DE660268C

DE660268C - Vervollkommnungen an hydraulischen Bindemitteln

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Publication number: DE660268C
Application number: DEE48292D
Authority: DE
Original assignee: Ets Poliet & Chausson
Current assignee: Ets Poliet & Chausson
Priority date: 1936-02-14
Filing date: 1936-05-05
Publication date: 1938-05-20
Also published as: AT153230B; DK57247C; GB474917A; CH198648A; FR813977A

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
20. MAI 1938

REiCHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSF 80b GRUPPE los

£ 4<?2p2 VIjSo b Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: _><S'. April

Etablissements Poliet & Chausson m Paris Vervollkommnungen an hydraulischen Bindemitteln

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. Mai 1936 ab

Die hydraulischen Bindemittel, und zwar namentlich die Zemente, erfahren nach dem Abbinden mit zunehmender Erhärtung und Trocknung einen gewissen Schwund, was Vorsichtmaßnahmen erforderlich macht, um die schädlichen Wirkungen des Schwindens zu begrenzen.

Zu diesem Zwecke bemüht man sich, die Rißbildung und das Haarrissigwerden der Überzüge durch Wahl einer geeigneten Körnung zu vermindern. Beim Verlegen von Fliesen, für Arbeiten von großen Abmessungen und für Straßenbeläge werden sog. Kontraktionsfugen vorgesehen.

Bei Bauten aus Eisenbeton wird das Problem noch komplizierter, da die Kontraktion des Betons die Armierungen unter Druckspannung setzt. Erfolgt nun eine Belastung, so können die Armierungen erst wirksam werden, nachdem sich diese Druckspannungen durch Ausdehnung des Betons gelöst haben. was unvermeidlich Rißbildungen auf der gespannten Seite des Betons zur Folge hat.
• Diese wenigen Beispiele mögen genügen, um kiar zu zeigen, welche außerordentliche Bedeutung der Verwendung eines Zements ohne Schwindung oder selbst mit einer beabsichtigten und genau bemessenen Dehnung der Mörtel oder des Betons zukommt. Die Wichtigkeit einer solchen Vervollkommnung ist den Zementfachleuten auch nicht entgangen, und diese haben seit vielen Jahren Versuche in dieser Richtung ausgeführt. Leider haben aber die bisher vorgeschlagenen Lösungen den Hoffnungen, welche unvollständige. instabile Ergebnisse zeitweilig erweckt hatten, nicht entsprochen.

Man kann drei Arten der Schwindung unterscheiden, von denen sich

die erste aus der Verfestigung des kolloidalen Gels ergibt, welche im Augenblick des Abbindens und bei der fortschreitenden Umwandlung des kristallinen, sich stabilisierenden Systems eintritt: diese Schwindung ist irreversibel.

Die zweite Art der Schwindung ist auf die Änderungen des Feuchtigkeitszustandes des Konglomerats zurückzuführen und ist reversibel.

Die dritte Art des Schwundes ergibt sich aus der Senkung der Temperatur: in diesem Falle unterliegt der Zement einfach den allgemeinen physikalischen Gesetzen mit einem bekannten und unveränderlichen Ausdehnungs- oder Kontraktionskoeffizienten.

Unter diesen verschiedenen Arten des Schwindens läßt sich lediglich die erste durch die Mittel, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden, aufheben.

Die zweite Art der Schwiudung gehorcht den Gesetzen der Kapillarphysik und kann nur durch den Grad der Dichtigkeit des Mör-

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tels und des Betons, abgesehen von deren Feuchtigkeitszustand. beeinflußt werden.

Die dritte Art des S,-h\vir.Ien> c ruz-eht sich vollkommen jeglicher Abhilft:. Um eine Lösung des Problems der Schwindung zu liefern sind nun bereits verschiedene Mittel vorgeschlagen worden, welche jedoch nicht vollkommen zufriedenstellend sind. Die wichtigsten bisher vorgeschlagenen Mittel ίο sollen nachstehend an Hand der Fig. r. 2 und 3 der beiliegenden Zeichnung besprochen werden.

r. Man hat eine Magerung des Zements versucht, indem man inerte, auf die Feinheit des Bindemittels zermahlene Stoffe hineinbrachte. Die !lagerung, welche ihre relative Wirksamkeit im Bereiche der Grobkörnung von Mörtel und Beton bewiesen hat, wird wirkungslos,- wenn man sie bei sehr feinen Körnungen, wie denjenigen des Zements (etwa ro bis 8o Mikron), anwendet. Dies läßt sich dadurch erklären, daß diese inerten, feinen Körner Oberflächenreaktionen mit dem Aurühnvasser aufweisen, ebenso wie die Körner der Zemente, und daß die Gesamtkapillar-(Oberflächen-} Spannung unverändert bleibt. Tn Fig. ι sind als Abszissen die Zahl der Tage und als Orclinaten die Schwindungen in Millimetern aufgetragen. Die Kurve ι be-' zieht sich auf einen künstlichen, als Testzement dienenden Portlandzement, dieKurve2 auf denselben Zement mit Zusatz von 20 ⁰J₀ gemahlener Kieselsäure, die Kurve 3 ebenfalls auf denselben Zement mit Zusatz von 20 °/₀ gemahlenem gebranntem Ton.

2. Auch Zusätze von hydrophoben Stoffen, von Bitumen sowie von hygroskopischen Salzen haben ihre Anhänger gefunden. Theoretisch wenigstens sollten diese Zusätze eine gewisse Verminderung des Schwindens herbeiführen, indem sie die Verdampfung herabsetzen oder im Innern des Betons eine dauernde Feuchtigkeit aufrechterhalten. Was die hydrophoben oder feuchtigkeitsvertreibenden Zusätze und einen Bitumensatz anbelangt, so stellt man mitunter tatsächlich während der ersten Erhärtungsperioden eine Abnahme des Schwindens fest; aber diese Erscheinung bleibt im Laufe der Zeit nicht bestehen, und man erreicht schließlich nichts weiter als eine \'erzögerung der Entwicklung eier Schwundvorgänge.

In Fig. 2 sind wieder als Abszissen die Zahlen der Tage und als Ordinaten die Schwindungen in Millimetern eingetragen. Die Kurve 4 bezieht sich auf einen Testzement, während tue Kurve 5 diejenige eines Zements mit Zusatz von J¹'/,, feuehtigkcits-. vertreibenden Stoffen ist.

Was die hygroskopischen Salze, wie Calciumchlorid, anbelangt, so erreicht man durch Zusatz derselben im allgemeinen völlig entgegengesetzte Erg-eljnis.se als erwartet, wie Fig. 3 zeigt, wo wieder die Erhärtüitgszcit in Tagen und das Schwinden in Millimetern eingetragen ist. Die Kurve 4 ist wieder diejenige eines Testzements, während die Kurve 6 diejenige eines Zements mit einem Zusatz von 2°/₀ OaCL. ist.

Die vorliegende Erfindung liefert nun eine Lösung für das Problem der Schwindung, und das neue Verfahren zur Herstellung hydraulischer Bindemittel, insbesondere von Portlandzementen o. dgl. mit einem Zusatz von Sulfaten oder sulfathaltigen Stoffen, besteht. darin, daß dem Portlandzement o. dgl. veränderliche, zwischen 10 bis 50 % betragende Mengen von auf Basis von Sulfoaluminatverbindungen zusammengesetzten Zementen zugesetzt -werden, die durch doppelte Um-Setzung auf die Aluminate des Grundzements einwirken können, um einen größeren Prozentsatz an Sulfoaluminaten oder ein neues Sulfoaluminat zu bilden, das mit mehr Wassermolekülen kristallisiert, um das Schwinden der hydraulischen Bindemittel durch ein fortschreitendes Quellen auszugleichen, das gleich oder größer als das Schwinden ist und genau überwacht und hemessen wird, so daß die Ouellung im Laufe der Re- go aktion die Elastizitätsgrenze des Bindemittels nicht überschreitet.

Es ist ferner zweckmäßig, diesen Ausgleich der Schwindung über das dem irreversiblen Schwund entsprechende Maß hinaus zu steigern und eine gewisse Ausdehnung hervorzurufen, ohne dabei jedoch die Elastizitätsgrenze des Betons zu überschreiten, so daß man

1. über einen gewissen Dehnungsbereich zum Ausgleich der Wirkung eines außergewöhnlichen Trocknungsgrades und einer dauernden Deformation verfügt, die auf die Druckspannungen zurückzuführen ist. welche die Dehnung des Betons entgegen den Armierungen während des ersten Härtungsstadiums entwickelt,

2. die Armierungen unter eine Vorspannung setzt, was für das Verhalten des Eisenbetons sehr vorteilhaft ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens, durch das man sehr günstige Resultate erzielt, wird der Zusatz gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung von einem vorzugsweise wasserfreien Sulfoaluminat (Zement) gebildet, das vorher auf fi-uertechnischem Wege hergestellt worden ist.

Um das gesuchte Ergebnis zu erzielen, d. h. um die Schwindung der hydraulischen Bindemittel auszugleichen und eine gewollte meßbare Ausdehnung hervorzurufen, genügt es nicht, daß einfach ein beliebiges Sulfat oder

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Calciumsulfat zu einem Zement (J)cispielshallvr Portlandzement') zugesetzt wird, sondern iiie?es Sulfat π:ιΊ.ι dabei einen Teil einer anderen Verbindung oder einer der anderen Mischungen bilden, von denen nachstehend du· .\ode .«ein wird.

I>iese Verbindungen, die hier Sulfoaluminate genannt werden, sind, ganz gleich ob sie durch Schmelzen oder durch Mischung erhalten werden,.nicht unbedingt selbstquellend, wenn sie für sich allein angewendet werden, da beim Anrühren dieser 'Verbindungen mit Wasser das sich bildende kristallisierte Sulfoaluminat aus den vorher aufgelösten Teilen entsteht. Aber nach dem diesen Verbindungen eigentümlichen Abbindeprozeß wird durch ihre Hydrolyse in Gegenwart von Wasser CaSC)₄ frei gemacht, das direkt sozusagen in naszierendem Zustande auf das hydratisierte Aluminat einwirkt, welches sich durch das Abbinden des als Grundlage dienenden Portlandzements gebildet hat und dabei zur Bildung des quellenden Sulfoaluminats führt. Die Kombination CaSO₄ und Aluminat ist -verwirklicht in dem Bindemittel gemäß der französischen Patentschrift 7S0 747.

Beweisende Ergebnisse werden erreicht, wenn man dem Portlandzement, wie oben angegeben, veränderliche Mengen \Όη auf Basis von Sulioaiuminatverbindungen, sog. Sulfoaluminaten. zusammengesetzten Zementen zusetzt, welche durch doppelte Umsetzung- auf die Aluminate des Grundzements einwirken können, um einen größeren Prozentsatz an Suifoaluminaten oder ein neues Sulfoaluminat (Sulfat-AIummat-Doppelverbindung) zu bilden, das mit mehr Wassermolekülen kristallisiert.

Fig. 4 zeigt lediglich beispielsweise für eine Stoffzusammensetzung das Ergebnis, welches mit einem reinen Brei aus künstlichem Portlandzement durch einen absichtlich übersteigerten Zusatz erreicht wird, um die Wirksamkeit dieses Zusatzes und die Beständigkeit seiner Wirkung in der Zeit deutlich zu machen.

Die Kurve 7 bezieht sich auf einen künstlichen Vergleichszement, während die Kurve 8 sich auf eine Mischung von 80 °/₀ des künstliehen Zements mit 20 % Sulfoaluminat bezieht.

Als Abszissen sind wieder die Tage der Erhärtung eingetragen, und als Orclinaten jinl oberhalb von XuIl die Dehnungen in Millimetern, unterhalb von XuIl die Schwindungen in Millimetern eingetragen.

Die benutzten Sulfoaluminate können von Mischungen von tonerdehaltigem Zement und CaSO.. von Schlacke 1 Schlackenzement) und

So Anhydrit 1'CaSO₄), von Schlacke und zu hoch gebranntem Gips oder auch von überreich sulfatisierten Zementen gebildet werden, welche durch doppelte Umsetzung bei ihrer Reaktion mit dem Anrührwasser Calciumsulfoaluminate bilden können.

Vorzugsweise werden wasserfreie Sulfoaluminate (SuIf at-Aluminat-Doppel verbindungen) verwendet, welche auf feuertechnischem Wege gemäß der französischen Patentschrift 747 erhalten werden, wie oben angegeben. In diesem Falle stellt nämlich jedes Korn des in den Portlandzement eingeführten Zusatzstoffes eine Zusammensetzung dar. welche alle Bestandteile einschließt, die für das gesuchte Ergebnis in günstigem Sinne mitwirken, und die Zusätze liefern regelbare überwachbare und genau bemeßbare Reaktionen. Zum Ausgleich der Schwindung der Portlandzemente ist es angebracht, vorzugsweise Sulfoaluminate zu verwenden, die reich an SO₃ sind und einen geringen Gehalt an CaO aufweisen. Bei sulfatisierten Zementen erhält man bemerkenswerte Ergebnisse, indem man ihnen Portlandzement zusetzt. Bei Tonerde- und Schlackenzementen kann man quellende Sulfoaluminatverbindungen oder !Mischungen von Portlandzement und CaSO₄ zusetzen.

Claims

Patentansprüche: go

1. Verfahren zur Herstellung hydraulischer Bindemittel, insbesondere von Portlandzementen o. dgl. mit einem Zusatz von Sulfaten oder sulfathaltigen Stoffen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Portlandzement o. dgl. veränderliche, zwischen ro bis 50 °/„ betragende Mengen von auf Basis von Sulfoaluminatverbindungen zusammengesetzten Zementen zugesetzt werden, die durch doppelte Umsetzung auf die Aluminate des Grundzements einwirken können, um einen größeren Prozentsatz an Suifoaluminaten oder ein neues Sulfoaluminat zu bilden, das mit mehr Wassermolekülen kristallisiert, um das Schwinden der hydraulischen Bindemittel durch ein fortschreitendes Quellen auszugleichen, das gleich oder größer als das Schwinden ist und genau überwacht und bemessen wird, so daß die Ouellung im Laufe der Reaktion die Elastizitätsgrenze des Bindemittels nicht überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz von einem vorzugsweise wasserfreien Sulfoaluminat (Zement) gebildet wird, das vorher auf feuertechnischem Wege hergestellt worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verhältnis von 10 bis 50⁰/,, zugesetzten Sulfoaluminate

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von Ansehungen von toncrdehal tigern Zement und Ca SOj, von Schlacke (Schlackenzemeiit) und Anhydrit (Ca S O₄), von Schlacke und zu hoch gebranntem Gips oder auch von sulfatisicrtcn Zementen gebildet werden, welche in der Lage sind, durch doppelte Umsetzung bei ihrer Reaktion mit dem Anrührwasser KaIk-.-mlfoaluminate zu bilden.

4. Verfahren nach Anspruch ι bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich der Schwindung der Portlandzemente vorzugsweise Sulfoaluminate zugesetzt werden, die reich an SO₃ sind und

. einen kleinen Gehalt an CaO aufweisen.

5. Verfahren zur Herstellung von

hydraulischen Bindemitteln, insbesondere von sulfatisierten Zementen, nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem sulfatisierten Zement Portlandzement zugesetzt wird.

6. Verfahren zur Herstellung von hydraulischen Bindemitteln, insbesondere von Tonerdezementen und Schlackenzementen, nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch den Zusatz von quellenden Sulfoaluminatverbindungen zu den Tonerde- und Schlackenzementen.

7, Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den Zusatz von Mischungen von Portlandzement und CaSO₁ zu den Tonerde- und Schlackenzementen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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