DE69720595T2

DE69720595T2 - Hydraulischer Zement mit beschleunigter hoher Festigkeitsentwicklung

Info

Publication number: DE69720595T2
Application number: DE69720595T
Authority: DE
Inventors: Ramon Poo Ulibarri; Waltter Monterrey 64060 Lopez Gonzalez; Jose Sacramento S. Nicolas d. l. Garza Villafana Torres
Original assignee: Cemex SAB de CV; Cemex Central SA de CV
Current assignee: Cemex SAB de CV
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1997-02-04
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-05
Also published as: EP0812811A1; EP0812811B1; UY24549A1; PA8428701A1; CR5560A; CA2193339C; ES2196285T3; MX9602271A; CO4560452A1; AR004900A1; DE69720595D1; PE90598A1; BR9700621A; GT199700067A; CA2193339A1; US6149724A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Zementen, die in kurzen Zeiten eine vorhersehbare hohe Festigkeit entwickeln, spezieller betrifft die Endung ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Zementen, wie auch den Zement selbst.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hydraulische Zemente sind dafür bekannt, dass sie aus Materialien aufgebaut sind, die bestehen aus Oxiden und definierten chemischen Verbindungen, die zur anorganischen Chemie gehören, deren Verwendung auf der chemischen Reaktion der Oxide und anderer Bestandteile des Zementes mit Wasser beruht, unter Erzeugung von hydratisierten Verbindungen, die miteinander agglutinieren unter Erzeugung einer Masse, die schneller oder langsamer eine mechanische Festigkeit entwickelt. Es sind Zemente des zuvor erwähnten Typs auf dem Markt, die unter die allgemeine Bezeichnung "Hydraulische Zemente" fallen, die dazu befähigt sind, eine mechanische Festigkeit sehr rasch zu erzeugen, und die weit verbreitet bekannt sind als "Zemente mit hohem Aluminiumoxidgehalt".
Die Zemente mit hohem Aluminiumoxidgehalt bestehen im Wesentlichen aus Calciumaluminat der Formel CaO.Al₂O₃ und kleineren Mengen an Calciumaluminoferrit 4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃ wie auch Spuren eines anderen Calciumaluminates der Formel 12CaO.7Al₂O₃.
Der Gegenstand dieser Erfindung hat keine Beziehung zu Zementen mit hohem Aluminiumoxidgehalt, jedoch zu Zementen, denen die Calciumsulfoaluminat-Verbindung der Formel 4CaO.3Al₂O₃.SO₃ zugrunde liegt.
Die früheste Erwähnung von Zementen auf Basis von Calciumsulfoaluminat erfolgt in einem französischen Patent, das im Jahre 1936 für die Firma Poliet et Chausson, Paris, erteilt wurde, dessen Erfindung auf den Forschungen von Henry Lossier beruht, wobei es sich um Zemente handelt, denen die Calciumsulfoaluminat-Verbindung zugrunde liegt, und die bis zu diesem Zeitpunkt als Lossier-Zemente bekannt waren.
Bis zum Jahre 1941 stellte die vorerwähnte französische Firma auf Anforderung "expansive Zemente ohne Kontraktion" her, erzeugt aus einem Klinker, der erhalten wurde durch Brennen einer Mischung von geeigneter Zusammensetzung, gebildet aus Gips, eisenhaltigem Bauxit und Kalkstein.
1958 stellte Klein in den Vereinigten Staaten auf dem 71. Jahresmeeting der Gesellschaft ASTM eine Arbeit vor, in der er angab, dass eine Verbindung, die nicht genau identifiziert wurde, die jedoch einem wasserfreien Calciumsulfoaluminat zu entsprechen schien, der Grund für das Verhalten dieser expansiven Zemente war. Praktisch seit jener Zeit sind die besagten expansiven Zemente, auf Basis von Calciumsulfoaluminat als K-Zemente von der Gesellschaft ASTM bezeichnet bekannt und werden beschrieben in der Beschreibung C-845: Expansive hydraulische Zemente.
Die expansiven Zemente, die früher erwähnt wurden, wurden in einer mehr oder wenigerempirischen Art und Weise hergestellt, bis während des Fünften Internationalen Kongresses der Zement-Chemie, der in Tokio im Jahre 1968 abgehalten wurde, die Arbeiten mehrerer Autoren gleichzeitig erwähnten, dass die Hauptkomponente dieser Zemente durch ein Calciumsulfoaluminat der Formel 4CaO.3Al₂O₃.SO₃ gebildet wird.
Gemäß den Lehren des Standes der Technik zur Gewinnung der besagten expansiven Zemente wurde der Klinker auf Basis von Calciumsulfoaluminat mit Portland-Klinker vermischt wie auch mit granulierter Hochofenschlacke, um ein "gesteuertes Expansions"-Produkt zu erhalten. Seit dieser Zeit realisierten Zement-Forscher, dass Zemente auf Basis eines Calciumsulfoaluminat-Klinkers Zemente mit frühzeitiger Festigkeit erzeugten, die größer war als jene, die erzielt wurde bei alleiniger Verwen dung von Portland-Zement, wie es eindeutig beschrieben wird in der US-A-Patentschrift 4 957 556 von Hassan Kunbargi.
In Beziehung zur Erfindung von Kunbargi und gemäß den Lehren, die sich hieraus ergeben, ist es praktisch unmöglich, die Abbindezeit des Zementes nach der Vicat-Methode zu bestimmen, da die Abbindezeit extrem schnell ist, wodurch die Schwierigkeit der Handhabung des Betons, der mit diesem Zement erzeugt wird, stark erhöht wird, selbst bei Verwendung von Zitronensäure, die als Abbinde-Verzögerungsmittel empfohlen wird.
Ein anderes Problem, das durch den Zement hervorgerufen wird, der nach der Patentschrift von Kunbargi erzeugt wird, beruht darauf, dass die Entwicklung der Festigkeit im Falle des Zementes von Kunbargi unvorhersehbar ist und obgleich in manchen Fällen die angegebenen Druckfestigkeiten erzielt werden, häufig viel geringere Festigkeiten erhalten werden. Dieses Problem rührt natürlich im Wesentlichen von den Materialien her, die den Kunbargi-Zement bilden, wie er in der entsprechenden US-Patentschrift beschrieben wird.
Ferner wird bezüglich der Kunbargi-Patentschrift in den Spalten 3 und 4 auf die Tatsache hingewiesen, dass Calciumsulfoaluminat thermodynamisch nicht stabil ist und dass dies Calciumsulfoaluminat zersetzt wird, wenn es in einem Industrieofen auf Temperaturen über 1200°C erhitzt wird.
Andererseits wird in der Patentschrift von Kunbargi in Spalte 5 eindeutig angegeben, dass es aufgrund der thermodynamischen Eigenschaften von Calciumsulfoaluminat extrem schwierig, wenn nicht unmöglich ist, dass der Klinker, der durch Brennen der Rohmaterialien anfällt, die zur Herstellung des Zementes verwendet werden, Calciumsulfoaluminat, Tricalciumsilicat und Dicalciumsilicat enthält, ein Grund dafür, der in der Patentschrift angegeben wird, dass es notwendig ist, einen hydraulischen Klinker, der Tricalciumsilicat und Dicalciumsilicat enthält, mit dem in der angegebenen Weise erzeugten Klinker zu vermischen.
Schließlich wird bezüglich des Patentes von Kunbargi bezweifelt, dass die Druckfestigkeiten, die in der Patentschrift erwähnt werden, eine reale Grundlage haben, insbesondere aufgrund der Vermutung, dass durch Anwendung der ASTM-C-109-Methode oder der EN196-1-Methode, wobei es sich im letzteren Falle um den Standard der Europäischen Gemeinschaft handelt, der Wert der Festigkeiten nicht erhalten wird, ohne eindeutige Angabe des realen Wertes der Festigkeiten, da in dem Kontext der in Rede stehenden Patentschrift die Festigkeit des Zementes, erzeugt nach der Kunbargi-Methode, verglichen wird mit der Festigkeit von Portland-Zement.
Dringt man noch weiter in das Problem der Messung der Festigkeit, entwickelt durch den Kunbargi-Zement, ein, so ist die Methode, die angewandt wurde für die Bestimmung der verschiedenen Abbindezeiten des Zementes nicht eindeutig klar, was die Vermutung erlaubt, dass solche Messungen äquivalent sind jenen, die bezüglich Portland-Zementen durchgeführt werden, die sie in jedem Falle als äquivalent angeben, was tatsächlich nicht so ist, da der Wert der mechanischen Festigkeit irgendeines Typs eines hydraulischen Zementes kein absoluter Wert ist wie im Falle des spezifischen Gewichtes oder der chemischen Zusammensetzung, woraus sich ergibt, dass die Werte der Festigkeit grundsätzlich abhängen von der für die Bestimmung angewandten Methode. Im Falle eines hydraulischen Zementes ist die mechanische Festigkeit eine Funktion des Wasser-:Zement-Verhältnisses wie auch des Zement-:-Sand-Verhältnisses, wobei gilt, dass wird irgendeines der Verhältnisse verändert, die Ergebnisse zwischen den unterschiedlichen Messmethoden nicht miteinander vergleichbar sind.
Gemäß der ASTM-Methode liegt das Zement-:Sand-Verhältnis bei 1 : 2,75 und das Wasser-:Zement-Verhältnis bei etwa 0,49 im Falle von Portland-Zementen. Im Falle des Patentes von Kunbargi wird ein Verhältnis von Zement : Sand von 1 : 1 angewandt und natürlich ist das angewandte Verhältnis von Wasser : Zement nicht klar, jedoch ist es Tatsache, dass ein Kunbargi-Zement weit größere Festigkeiten liefert als sie erhalten werden im Falle von Portland-Zementen, jedoch sind die Bestimmungen, die nach der ASTM-Methode durchgeführt werden, nicht vergleichbar.
GEGENSTÄNDE DER ERFINDUNG
Es ist infolgedessen ein Hauptgegenstand der Erfindung, einen Zement herzustellen, dem Calciumsulfoaluminat zugrunde liegt, wobei in dem Herstellungsprozess des Zementes die Rohmaterialien bei Temperaturen oberhalb 1200°C gebrannt oder gesintert werden, ohne dass dies zu einer Verminderung des Gehaltes an Calciumsulfoaluminat in dem Klinker aufgrund der Zersetzung desselben führt.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen Zement herzustellen, dem Calciumsulfoaluminat zugrunde liegt und der abgesehen von einer adäquaten Menge an Calciumsulfoaluminat Dicalciumsilicat und Tricalciumsilicat enthält, wodurch die Notwendigkeit eliminiert wird, gemäß den Lehren von Kunbargi den Sulfoaluminat-Klinker mit einem hydraulischen Klinker zu vermischen, der Tricalciumsilicat und Dicalciumsilicat enthält.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen Klinker zu erzeugen durch Verwendung eines Brennofens, ausgerüstet mit einem Vorerhitzer sowie einer Vorcalcinierungsvorrichtung, der Calciumsulfoaluminat, Tricalciumsilicat und Dicalciumsilicat enthält wie auch andere Komponenten in geringeren Mengen, als Folge einer einzelnen Brennoperation in einem Industrieofen.
Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Zementes auf Basis von Calciumsulfoaluminat herzustellen mit verbesserten Handhabungscharakteristika und rascher Festigkeitsentwicklung, wobei dies alles das Ergebnis der Zusammensetzung des Klinkers ist, dem wie in einer vorangehenden oder gleichzeitigen Stufe zum Vermahlen andere Komponenten zugesetzt werden, unter Gewinnung eines Zementes mit sehr hohen und sich rasch entwickelnden Festigkeiten, mit einer besseren Abbindezeit und insbesondere mit der Garantie, dass die Festigkeiten, die sich entwickeln, beibehalten werden innerhalb der vorher eingestellten Parameter.
In Form einer Zusammenfassung der Vorteile, die durch den Gegenstand dieser Erfindung erzielt werden, kann das folgende erwähnt werden:

a) Es wird ein Klinker erzeugt, der gemäß dem Stande der Technik bisher nicht erzeugt werden konnte.
b) Die chemische Gesamtzusammensetzung des Klinkers, der erzeugt wird, ermöglicht es, dass er in geeigneter Weise durch andere Komponenten während eines weiteren Mahlprozesses aktiviert wird.
c) Durch Anwendung des Verfahrens zur Herstellung des Zementes der Erfindung ist es möglich, in einer insgesamt gesteuerten und vorhersehbaren Weise einen Zement zu erzeugen, der rasch sehr hohe mechanische Festigkeiten entwickelt.
d) Der Zement-Gegenstand der vorliegenden Erfindung zeigt Charakteristika, die es ermöglichen, Beton-Straßenbeläge herzustellen, die für den Schwertransport nicht später als 8 Stunden nach der Herstellung geöffnet werden können. Diese Anwendungsweise lässt sich eindeutig ausdehnen auf die Verlegung von Landebahnen, auf das Reparieren von Brücken oder Betonstrukturen, wobei diese Anwendungen lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung und nicht der Beschränkung aufgelistet werden.

Um eine einfache Schreibweise zu ermöglichen, werden im Rahmen der Beschreibung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung Abkürzungen für die chemischen Verbindungen angewandt, die ganz allgemein weltweit in der Zement-Industrie verwendet werden:
S dient dazu, SiO₂ zu identifizieren,
A wird verwendet für Al₂O₃
F wird verwendet für Fe₂O₃
C wird verwendet für CaO
M wird verwendet für MgO
S wird verwendet für SO₃
N wird verwendet für Na₂O
K wird verwendet für K₂O und
N wird verwendet für H₂O
ZUSAMMENFASSUNG DER BESCHREIBUNG
Wie im Vorstehenden beschrieben, besteht die Erfindung in der Erzeugung eines Klinkers durch Brennen der Rohmaterialien, die den Zement bilden, wobei die chemische Zusammensetzung bisher auf industriellem Wege noch nicht erhalten werden konnte. Die Zusammensetzung enthält grundsätzlich einen hohen Gehalt an Calciumsulfoaluminat 4CaO.3Al₂O₃.SO₃, Tricalciumsilicat 3CaO.SiO₂ und Dicalciumsilicat 2CaO.SiO₂, wobei während der Mahlstufe dem Klinker optimale Mengen an Calciumoxid oder -hydroxid (Kalkstein oder hydratisierter Kalkstein) und einige der unterschiedlichen Formen von Calciumsulfat, einem natürlichen Produkt oder einem industriell erzeugten Produkt oder in Form eines industriellen Nebenproduktes zugesetzt werden. Die Zugabe der zuletzt erwähnten Bestandteile führt zur Aktivierung des Klinkers.
Der Zusatz der im Vorstehenden erwähnten Bestandteile kann natürlich vor dem Vermahlen erfolgen oder während des Vermahlens, unter Erzeugung des sulfoaluminösen Klinkers, wobei der Kalk oder der hydratisierte Kalk und das Calciumsulfat mit dem notwendigen Feinheitsgrad verwendet werden als Zement mit den erforderlichen Charakteristika desselben, nämlich der Entwicklung von hohen Festigkeiten in sehr kurzen Zeiten.
Als Rohmaterialien für die Erzeugung des Klinkers können beliebige Typen von Materialien des Typs verwendet werden, der normalerweise zur Herstellung von Zementen auf Calciumsulfoaluminatbasis eingesetzt wird, die, wenn sie in adäquater Weise dosiert werden, der Mischung die adäquate chemische Zusammensetzung verleihen, die vor dem Vermahlen in einen Industrieofen eingeführt wird des Typs, der üblicherweise in der Zement-Industrie verwendet wird, um eine Brennung bei einer Temperatur oberhalb 1200°C herbeizuführen. Hierdurch wird ein Sulfoaluminat-Klinker als Teil des Prozesses für die Gewinnung des Zementes der Erfindung erzeugt.
Als Beispiel der Rohmaterialien, die verwendet werden können, sind jene zu erwähnen, die üblicherweise zur Herstellung von Portland-Zement eingesetzt werden, wie Kalkstein, Schiefer, kalkhaltige Materialien und beliebige der natürlich vorkommenden Formen von Calciumsulfat, wie Gips oder Anhydrit; verschiedene Typen von Ton, wie Kaolin sowie Alumite und beliebige der unterschiedlichen Typen von Bauxit, wo es erforderlich ist.
Es ist ferner möglich, Rohmaterialien einzusetzen, die das Ergebnis industrieller Prozesse sind, wie Abfallprodukte mit der einzigen Beschränkung, dass sie in Übereinstimmung stehen mit den Erfordernissen in Bezug auf den Umweltschutz. Infolgedessen ist es möglich, Gips zu verwenden, der als Nebenprodukt einiger industrieller Prozesse anfällt, wie Phosphogypsum, ein Produkt, das hauptsächlich bei der industriellen Produktion von Phosphorsäure erhalten wird.
Die Mengen an Rohmaterial, die bei der Herstellung der Klinker verwendet werden, gelten unter der Voraussetzung, dass nach ihrem Brennen bei Temperaturen oberhalb 1200°C die folgenden Prozentsätze erfüllt werden:

1.- Die berechnete Menge an Calciumsulfoaluminat liegt vorzugsweise zwischen 20 und 40% des Gesamtgewichtes der Zement-Zusammensetzung.
2.- Die berechnete Menge an Dicalciumsilicat soll vorzugsweise zwischen 10 und 30 % liegen.
3.- Die berechnete Menge an Tricalciumsilicat soll notwendigerweise immer bei mindestens 1% liegen, liegt jedoch vorzugsweise zwischen 10 und 30%.
4.- Die berechnete Menge an Anhydrit CaSO₄ soll bei mindestens 1% liegen.
5.- In keinem Falle soll der Gehalt an gebundenem Kalk im Klinker, berechnet als Gesamt-Kalk minus freiem Kalk zu einer Erhöhung der C3S-Werte führen, die von jenen abweichen, die unter Punkt 3 angegeben sind.
6.- Der Gehalt an freiem Kalk liegt vorzugsweise unterhalb 0,5%, jedoch soll er in keinem Falle so hoch sein, als dass er die Menge übersteigt, die unter den Punkten 3 und 5 angegeben sind.

Gemäß den Lehren der Erfindung ist die Koexistenz von Calciumsulfoaluminat und Tricalcium- und Dicalciumsilicaten in dem Klinker, der erzeugt wird, extrem wichtig. Infolgedessen ist es erforderlich, dass die Temperatur in dem heißesten Bereich des Ofens 1200°C übersteigt und dass die Kombinationsreaktion des Calciumoxides mit den anderen Oxiden so vollständig wie möglich verläuft, was bedeutet, dass die Steuerung der Operation des Ofens durchgeführt wird durch Bestimmung der Menge an Calciumoxid, das unumgesetzt verbleibt, wobei eine solche Verbindung in der Zement-Industrie als freier Kalk bekannt ist. Um die Menge an Calciumoxid, die unumgesetzt verbleibt, analytisch bestimmen zu können, gilt als die am meisten geeignete Methode diejenige, die beschrieben wird in ASTM-C114: Chemical Analysis of Hydraulic Cement. Diese Bestimmungsmethode erlaubt eine genaue Steuerung des Betriebes des Ofens und gewährleistet, dass die chemischen Reaktionen, die im Inneren des Ofens stattfinden, in der gewünschten Weise erfolgen, wodurch die Formation der vorbestimmten Mengen an Calciumsulfoaluminat und Dicalcium- und Tricalciumsilicaten garantiert werden.
Wenn der Klinker hergestellt worden ist, müssen die optimalen Mengen an Calciumhydroxid und Calciumsulfat, die dem Klinker während des Mahlprozesses zugegeben werden, im Laboratorium bestimmt werden, damit die gewünschten Druckfestigkeiten erzielt werden.
Die Dosierung des Calciumhydroxides und des Calciumsulfates zum Klinker kann erfolgen, wie im Vorstehenden erwähnt wurde, vor oder während des Mahlprozesses der Materialien auf einen vorbestimmten Feinheitsgrad, wobei es möglich ist, als Calciumsulfat beliebige der verschiedenen Formen zu verwendet, die von dieser Verbindung existieren, unter der einzigen Bedingung, dass die Temperatur innerhalb der Mühle derart ist, dass der Zement eine Temperatur erreicht von ungefähr zwischen 100 und 125°C während des Mahlprozesses und dass die Verweilzeit in der Mühle ausreichend lang ist, um Gips CaSO₄.2H₂O in das Hemihydrat 2CaSO₄.2H₂O zu überführen, wodurch gewährleistet wird, dass das Calciumsulfat, das in dem Zement vorliegt, sich in einem Zustand befindet, derart, dass es während der Hydratation des Zementes rasch reagieren kann und dass dasselbe die gewünschte Festigkeit entwickelt.
Das Vorhandensein von Calciumhydroxid, das vor oder während des Mahlprozesses des Zementes zugegeben wird, wie auch die Tatsache, dass Calciumsulfat in der Zusammensetzung des Zementes in der Form des Hemihydrates gefunden wird, sind Lehren, die völlig unbekannt sind aus der Beschreibung und den Ansprüchen des Patentes von Kunbargi, wobei dies der Hauptgrund dafür ist, weshalb der Zement auf Basis von Calciumsulfoaluminat durchweg die raschen Festigkeiten entwickelt, die erwünscht sind und für die die Abbindezeit stärker zurückgedrängt wird, was die Verwendung des Betons erleichtert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie bereits im vorstehenden Text angegeben wurde, steht der Gegenstand dieser Erfindung insbesondere in Beziehung zur gesteuerten industriellen Herstellung eines Zementes auf Basis von Calciumsulfoaluminat, der in einer vorbestimmbaren Weise sehr hohe Festigkeiten in einer kurzen Zeitspanne entwickelt.
Für informative Zwecke ist anzugeben, dass die Zemente des Standes der Technik auf Basis von Calciumsulfoaluminat ausschließlich klassifiziert wurden aufgrund einer Funktion ihrer expansiven Eigenschaften und dass im Falle der Erfindung, die hier beschrieben wird, diese expansive Charakteristik nicht relevant ist.
Ferner wird zum Zwecke der Klarstellung auf die Tatsache verwiesen, dass wenn eine Lösung erwähnt wird, Bezug genommen wird auf die Paste, die sich aus der Zugabe von Wasser zu Zement ergibt, worin bestimmte Substanzen gelöst sind als Folge der Hydratationsreaktionen des Zementes.
Im Grunde genommen beruht die rasche Entwicklung der Festigkeit des Zementes der Erfindung teilweise auf der Formation der chemischen Verbindung, dem soge nannten Ettringite, dessen Formel besteht aus C3A.3CaSO₄.32H₂O, wobei die Bedingungen für die Formation dieser Verbindung im Detail in der Beschreibung dieser Erfindung beschrieben werden, die später folgt, und wobei die Formation das Ergebnis der chemischen Reaktion zwischen Calciumsulfoaluminat, Calciumsulfat und Calciumhydroxid ist, wenn die Zemente hydratisiert werden.
Es ist von größter Wichtigkeit, wie sich aus den Lehren der Erfindung ergibt, dass das Ettringite von Beginn der Hydratation des Zementes an erzeugt wird, wobei es für die Verbindung wichtig ist, dass die notwendigen Mengen an Calciumionen Ca²⁺, Sulfationen SO₄ ^2– und Hydroxylionen OH^– in der Lösung vorhanden sind. Die besagten Mengen müssen ausreichend sein, um eine Übersättigung der entsprechenden Ionen in der Lösung herbeizuführen, die die Zementpaste bildet, wobei die Calciumund Sulfationen mit dem Calciumsulfoaluminat unter Erzeugung von Ettringite reagieren und die Hydroxylionen einen pH-Wert von über 12 aufrechterhalten, was die Formation von Ettringite ermöglicht.
Einige der Beschränkungen, die der Zusammensetzung des Klinkers auferlegt werden, und die aufrechterhalten werden, wie sich aus der vorliegenden Erfindung ergibt, leiten sich ab von dem, was im Vorstehenden kurz erwähnt wurde und diese können wie folgt zusammengefasst werden:

1.- Sämtliches Aluminiumoxid, das in dem Klinker vorliegt, muss sich in der Form von Sulfoaluminat wiederfinden, um die maximale Formation von Ettringite in der kürzesten möglichen Zeit zu garantieren, ausgehend von einer einzelnen Verbindung während der Hydratation des Zementes durch die Entwicklung einer einzelnen chemischen Reaktion. Lag Tricalciumaluminat in dem Klinker vor, kann Ettringite dennoch erzeugt werden, ausgehend von der Reaktion zwischen Tricalciumaluminat und Calciumsulfat, doch würde dies sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit wie auch das chemische Gleichgewicht verändern, da zwei Verbindungen gleichzeitig, bei einer unterschiedlichen Geschwindigkeit, bezüglich des Sulfations miteinander im Wettbewerb stehen würden.
2.- Um zu gewährleisten, dass sich sämtliches Aluminiumoxid, das in dem Klinker vorliegt, in der Form von Sulfoaluminat befindet, muss ein geringer Überschuss an SO₃ vorhanden sein, d. h. es muss eine Minimum-Menge an Anhydrit vorliegen, weshalb sämtliches SO₃, das mit dem Aluminiumoxid reagieren kann, Sulfoaluminat erzeugt. Liegt ein Überschuss an Aluminiumoxid vor aufgrund eines Sulfationenmangels, wird Tricalciumaluminat erzeugt, wobei das Vorhandensein dieser Verbindung in dem Zement unerwünscht ist, wie es in dem vorstehenden Absatz erläutert wurde.
3.- Um das Ziel zu erreichen, dass die Formation von Ettringite rasch stattfindet, ist es erforderlich, ein hochalkalisches Medium aufrechtzuerhalten, d. h. einen pH-Wert von mindestens 12 oder darüber, der garantiert wird durch das Vorhandensein von OH^–-Ionen, die sich aus der Zugabe von hydratisiertem Kalk während oder vor dem Mahlverfahren ergeben. Zusätzlich unterstützen die Calciumionen, die auch aufgrund der Zugabe von hydratisiertem Kalk vorliegen, die Übersättigung an Calciumionen, die erforderlich ist für die rasche Formation von Ettringite.

Das Vorhandensein von freiem Kalk in dem Klinker führt zu einer zusätzlichen Zufuhr der Menge an Calciumionen, die in der Hydratationslösung des Zementes vorliegen und das Vorhandensein ist in gleicher Weise ein Faktor bezüglich der Aufrechterhaltung eines hohen pH-Wertes in der Lösung, doch hängt die Geschwindigkeit, mit der der Kalk in Lösung geht von einer Anzahl von Faktoren ab, beispielsweise überführt die Brenntemperatur des Klinkers das Calciumoxid in einen niedrigeren Zustand der Reaktivität (der Kalk wird zu Tode gebrannt) im Vergleich zu der Reaktivität von in geeigneter Weise gebranntem Kalk. In dem Klinker weist das freie Kalkgranulat unterschiedliche Größen auf und das Granulat ist im Allgemeinen umgeben von dem Rest der chemischen Verbindungen, die einen Teil des Klinkers bilden. Infolgedessen ist ihre Verfügbarkeit zur Reaktion nicht unmittelbar. Tatsächlich ist es nicht genau bekannt, bei welcher Geschwindigkeit und zu welchem Zeitpunkt der restliche freie Kalk im Klinker beginnt zu reagieren, wobei dies der Grund für die Tatsache ist, dass der restliche freie Kalk im Klinker (Calciumoxid) auf einem Minimum-Grad gehalten wird, d. h. bei einem Wert unterhalb 0,5 %. Auf diese Weise wird die Formation der maximal möglichen Menge von Dicalcium- und Tricalciumsilicat ebenfalls gewährleistet.

4.- Wenn als Ergebnis des Brennens der Wert von freiem Kalk auf über 0,5 % ansteigt, muss dieser Faktor während der Klinker-Aktivierungstests korrigiert werden, wobei in jedem Falle der Überschuss an freiem Kalk vermieden wird, der sich ableitet aus den Ursachen, die in dem vorstehenden Paragraphen beschrieben wurden, da ein Überschuss an freiem Kalk zum Auftreten der folgenden zusätzlichen Probleme führen kann:
a) Eine unerwünschte und ungesteuerte Expansion kann während der Hydratation des Zementes stattfinden, die das Ergebnis der Hydratation und einer unzeitgemäßen Reaktion des freien Kalks sein würde. In dem Falle, in dem letztere stattfindet, würde die Formation von Ettringite verzögert, wobei der Umstand einer solchen Verzögerung die destruktive Expansion des Zementes ist.
b) Die Berechnung der Verbindungen kann zu einem negativen Wert für Tricalciumsilicat führen mit der sich daraus ergebenden Veränderung in den Bedingungen des chemischen Gleichgewichtes, das man wünscht zu erhalten mit der speziellen chemischen Zusammensetzung der Erfindung, was dazu führt, dass der Zement, der erzeugt wird, unter die Spezifizierung und die Verhaltensprobleme der Kunbargi-Zemente fällt. Infolgedessen soll aufgrund der oben analysierten Probleme die Menge an freiem Kalk nicht einen Wert überschreiten, wie einen Wert, um einen negativen Tricalciumsilicatwert zu erzielen.

Abgesehen von den Charakteristika, die im Vorstehenden unter Bezugnahme auf die chemische Zusammensetzung des Klinkers beschrieben wurden, ist es sehr wichtig, dass die Verfahrensbedingungen des Ofens adäquat sind, um die Formation der gewünschten Verbindungen zu erreichen, und zwar innerhalb der Mengen-Parameter, die bestimmt wurden. In Relation zu den Verfahrensparametern des Ofens soll die Temperatur, die das Material in dem wärmsten Bereich des Ofens erreicht, über 1200°C liegen und sie soll vorzugsweise zwischen 1200°C und 1500°C liegen.
Eine zusätzliche Verfahrens-Charakteristik des Ofens ist die, dass er in solcher Weise betrieben werden soll, dass das Material bei der maximalen Temperatur während der notwendigen Zeitspanne verbleibt, um zu gewährleisten, dass der erhaltene Gehalt an freiem Kalk in dem Klinker bei unter 0,5 % liegt. Die chemische Zusammensetzung des erzeugten Klinkers soll bestimmt werden nach irgendeiner Methode der chemischen Analyse, die in der Zement-Industrie angewandt wird, beispielsweise durch X-Strahlen-Fluoreszenz, jedoch soll im Falle einer Diskrepanz zwischen den Ergebnissen die Methode angewandt werden, die beschrieben wird in der Literaturstelle ASTM-C-114: Chemical Analysis of Hydraulic Cement. Für die Bestimmung des Gehaltes an freiem Kalk während des Betriebes des Ofens ist die empfohlene und am meisten geeignete analytische Methode diejenige, die beschrieben wird in der Literaturstelle ASTM-C-114: Chemical Analysis of Hydraulic Cement-94, Abschnitt 27.

1.- Die chemische Analyse, ausgedrückt in Massen-Prozentsätzen, soll in Molen ausgedrückt werden, zu welchem Zweck der Prozentsatz eines jeden Oxides dividiert wird durch das Molekulargewicht des Oxides: Mole an Siliziumoxid SiO₂ = %SiO₂/60,07 Mole an Aluminiumoxid Al₂O₃ = %Al₂O₃/101,96 Mole an Ferrioxid Fe₂O₃ = %Fe₂O₃/159,69 Mole an Gesamt-Calciumoxid CaO_(t) = %CaO_(t)/56,08 Mole an freiem Calciumoxid CaO_(x) = %CaO_(x)/56,08 Mole an Schwefeltrioxid SO₃ = %SO₃/80,06
2.- Von dem gesamten Gehalt an Molen von Calciumoxid, CaO_(t), wird der Gehalt an freiem Calciumoxid, CaO_(x), in Molen abgezogen. Dieser Wert soll als das gebundene Calciumoxid CaO_(c) betrachtet werden.
3.- Es ist zu beachten, dass der gesamte Gehalt an Aluminiumoxid, Al₂O₃, gefunden wird gebunden als Calciumsulfoaluminat 4CaO.3Al₂O₃.SO₃.
4.- Die Mole an SO₃ und CaO, die gefunden werden und das Calciumsulfoaluminat, 4CaO.3Al₂O₃.SO₃ bilden, werden wie folgt berechnet: Mole an SO₃, gebunden in dem Sulfoaluminat: SO₃ = Mole Al₂O₃/3. Mole an CaO, die in dem Sulfoaluminat gebunden sind: CaO(1) = Mole Al₂O₃*(4/3).
5.- Der Gehalt an Calciumsulfoaluminat, in Molen, in dem Klinker sollte gleich der Anzahl an Molen von SO₃ in dem Calciumsulfoaluminat sein.
6.- Der Gehalt an Anhydrid, CaSO₄, in dem Klinker wird gleich sein dem Überschuss in Molen an SO₃: Molen an Anhydrid: CaSO₄ = Gesamtmole an SO₃ – SO₃ in Calciumsulfoaluminat. CaO im Anhydrid = CaO(2) = Mole an SO₃ im Anhydrit.
7.- Sämtliches Fe₂O₃ soll als 2CaO.Fe₂O₃ betrachtet werden.
8.- Berechne das CaO, das notwendig ist zur Erzeugung des 2CaO.Fe₂O₃: Mole von CaO in 2CaO.Fe₂O₃: CaO(3) = Mole an Fe₂O₃*2.
9.- Berechne die Mole an Calciumoxid, die zu diesem Zeitpunkt als nicht umgesetzt verbleiben: Mole an CaO, die als nicht umgesetzt verbleiben: CaO(4) = CaO(c) – CaO(1) – CaO(2) – CaO(3).
10.- Berechne das molare Verhältnis CaO(4)/SiO₂. Ist dieses Verhältnis kleiner als 2, so weicht der Klinker von den Spezifikationen ab. Ende der Berechnung.
11.- Das Calciumoxid, das als C2S gefunden wird, entspricht: CaO(5) = Mole an SiO₂*2.
12.- Der Gehalt an C3S in Molen entspricht: CaO(4) minus CaO in C2S: Molen an C3S = CaO(4) – CaO(5).
13.- Der Gehalt an C2S entspricht dem Gesamtgehalt an Molen von SiO₂ minus der Mole von C3S.
14.- Schließlich wird, um die Ergebnisse der Berechnung von Verbindungen in Massen-Prozentsätze zu übertragen, der Wert, der für jede Verbindung erhalten wurde, multipliziert durch ihr Molekulargewicht: Prozentsatz an Calciumsulfoaluminat. 4CaO.3A1₂O₃.SO₃, Mole an 4CaO.3Al₂O₃.SO₃ × 610,26. Prozentsatz an Anhydrit, CaSO₄, Mole an CaSO₄ × 136,14. Prozentsatz an Calciumferrit, 2CaO.Fe₂O₃, Mole an 2CaO.Fe₂O₃ × 271,85. Prozentsatz an Tricalciumsilicat, C3S, Mole an C3S × 228,3. Prozentsatz an Dicalciumsilicat, C2S, Mole an C2S × 172,23.

Die Koexistenz innerhalb des Klinkers an sowohl Calciumsulfoaluminat wie auch Dicalcium- und Tricalciumsilicaten am Ausgang des Ofens kann nach verschiedenen unterschiedlichen analytischen Methoden bestimmt werden, beispielsweise durch optische Mikroskopie oder durch Elektronen-Abtastmikroskopie. Die Koexistenz der zuvor erwähnten Verbindungen kann ferner durch Röntgenstrahl-Brechung überprüft werden, abgesehen davon, dass jede dieser Methoden dazu verwendet werden kann als ergänzende Kontrolle, wobei ihre Anwendung nicht wesentlich für die Verfahrenskontrolle ist, die zu konzentrieren ist auf die Überwachung des Gehaltes an freiem Kalk durch die zuvor erwähnte analytische Methode.
Es wird empfohlen, dass die chemische Zusammensetzung des Klinkers überwacht wird vom Zeitpunkt des Vermahlens der Rohmaterialien an, dass eine sorgfältige Überwachung der Zusammensetzung des rohen Pulvers erfolgt, dass eine Überprüfung zum Zeitpunkt des Prozesses erfolgt, bei dem die Proportionierung der unterschiedlichen Materialien erfolgt, wie Kalkstein oder Schiefer, Ton, Kaolin, Bauxit, Gips usw., wobei dies der übliche Weg der Überwachung der Zusammensetzung des Klinkers in der Zement-Industrie ist.
Es ist offensichtlich, dass kein Problem besteht bei der Verwendung unterschiedlicher Materialien zur Herstellung des Klinkers, die als industrielle Abfälle oder Nebenprodukte in anderen Industrien anfallen, beispielsweise ist es möglich, Sand von Gießformen zu verwenden, Phosphogypsum, usw.. Die Methode des Vermahlens der Rohmaterialien kann nach beliebigen Verfahren erfolgen, wie sie normalerweise in der Zement-Industrie durchgeführt werden, d. h. mittels Kugelmühlen, Rohrmühlen, Walzen-Pressen oder gewissen Kombinationen hiervon.
Der Ofen, der zur Herstellung des Klinkers verwendet wird, kann ebenfalls ein Ofen eines beliebigen Typs sein, der üblicherweise zur Herstellung von Klinker für Portland-Zement verwendet wird. Beispielsweise ist es möglich, ohne jegliche Beschränkung, normale Öfen zu verwenden, Öfen mit einem Vorheizen von beliebigen der unterschiedlichen Typen von Zyklonen oder Rosten, Öfen mit einem Vorerhitzer und einem Vorbrenner, usw.. In entsprechender Weise können beliebige der unterschiedlichen Systeme für das Abkühlen des Klinkers eingesetzt werden, die in der Zement-Industrie üblich sind, wobei sie während des Entladens des Ofens eingesetzt werden können. Beispielsweise können erwähnt werden Rost- oder Gitterkühler oder Planeten-Kühler.
Wenn der Klinker hergestellt worden ist, soll er im Laboratorium bewertet und untersucht werden durch Anwendung von Aktivierungstests durch Zusatz von Calciumoxid oder -hydroxid und einigen Formen von Calciumsulfat. Der Klinker, der auf industriellem Wege erzeugt wird, führt nicht notwendigerweise, wenn er zu irgendeinem Feinheitsgrad vermahlen wird, zu einem Zement, der in der Lage ist, rasch hohe Festigkeiten zu entwickeln. Im Allgemeinen ist dies nicht der Fall.
Die rasche Entwicklung der hohen Festigkeiten ergibt sich aus der richtigen Zusammensetzung des Klinkers, wie auch aus der richtigen chemischen Zusammensetzung des Zementes, die eine rasche Formation von Ettringite-Kristallen ermöglichen, deren Formation stattfindet durch die Reaktion von Calciumsulfoaluminat mit Calciumhydroxid und Calciumsulfat.
Im Gegensatz zu dem, was von Collepardi und Turriziani im Jahre 1972 festgestellt wurde, hängt diese Reaktion von der Konzentration an SO₃ ^2–- und OH^–-Ionen in der Lösung ab (das Merkmal Lösung steht für die Paste, die durch den Zusatz von Wasser zum Zement erzeugt wird). Die Zeit zur Formation von Ettringite-Kristallen hängt von der nahen unmittelbaren Verfügbarkeit dieser Ionen in der Lösung ab, wie auch die Entwicklung von hohen Festigkeiten, weshalb aus diesem Grunde eine richtige Dosierung an Ca(OH)₂ wichtig ist, wobei ohnedies die Eigenschaften abhängig sind von dem Auftreten dieser Verbindung als Funktion des freien Kalks oder der Erzeu gung von Ca(OH)₂ von der Hydratation von C3S, wie es von Kunbargi in seinem Patent Nr. 4 957 556 vorgeschlagen wird, wonach die Reaktionsgeschwindigkeit für diesen Zweck praktisch unmöglich zu berechnen oder vorherzusagen ist.
Etwas ähnliches passiert mit dem Vorhandensein von SO₃ ^2–-Ionen in der Lösung, deren Verhalten fälschlicherweise in Labortesten ermittelt wird durch direkten Zusatz von Gips zu dem Klinker, ohne dass das reale Verhalten dieser Materialien in der industriellen Praxis in Betracht gezogen wird, wobei es im Laboratorium übliche Praxis ist, die Gegenwart von SO₃ ^2–-Ionen als Derivate von Gips zu berechnen und nicht als Hemihydrat.
Während des industriellen Vermahlens muss die Temperatur der Materialien in dem Mahlkreislauf auf Temperaturen zwischen 100 und 130°C erhöht werden. Unter diesen Temperaturbedingungen verliert der Gips CaSO₄.2H₂O 1 1/2 Moleküle Wasser und wird zum Hemihydrat: 2CaSO₄H₂O, dessen Löslichkeits- und SO₃-Sättigungs-Gleichgewichts-Geschwindigkeiten unterschiedlich sind von jenen von Gips und Anhydrid, wobei dies der Grund für die unrichtige Dosierung der Menge an SO₃ ist, was es erforderlich macht, Gips zum Klinker zuzusetzen, um die Entwicklung seiner Festigkeit zu optimieren, wobei als Folge hiervon gemäß dem Stande der Technik unvorhersehbare Ergebnisse erhalten wurden.
Aktivierungstests im Labormaßstab, vor dem Vermahlen, werden infolgedessen mit einer Klinker-Probe durchgeführt, die repräsentativ ist für den zu vermahlenden Posten, mit einer Probe Gips, die repräsentativ ist für den zu verwendenden Posten und die mindestens 24 Stunden lang in einem Laboratoriumsofen bei 120°C aufbewahrt wurde, unter Verifizierung mittels einer thermischen Differentialanalyse, Thermogravimetrie und Röntgenstrahlbrechung, seiner Überführung in das Hemihydrat 2CaSO₄H₂O, sowie mit einer repräsentativen Probe des Postens an hydratisiertem Kalk, der beim Vermahlen verwendet wird. Die im Vorstehenden erwähnten Materialien werden zuvor zu einem Feinheitsgrad vermahlen, der ähnlich ist demjenigen, von dem erwartet wird, dass er in dem Zement vorliegt, wobei dieser Feinheitsgrad ausgedrückt wird als Prozentsatz der Zementteilchen mit einer Größe von unter 45 Mikron.
Wenn die Materialien vollständig identifiziert worden sind, kann fortgefahren werden mit der Bestimmung des optimalen Gehaltes an hydratisiertem Kalk und Hemihydrat, der in den Klinker zum Zwecke seiner Aktivierung eindosiert werden soll. Mischungen aus dem Klinker und Hemihydrat werden hergestellt unter Veränderung des Gehaltes an zugesetztem SO₃, beispielsweise 3%, 5%, 7% SO₃, die nachfolgend im Falle einer jeden der Mischungen eindosiert werden, unter Erhöhung der Mengen an hydratisiertem Kalk, ausgehend von beispielsweise 1 % und mit Erhöhungen von 1 %, da in diesem Fall die Veränderung des Gehaltes an Kalk kritisch ist. Infolgedessen werden die folgenden Reihen von Proben erhalten, die wie folgt identifiziert werden:

1.- + 3% SO₃ und 1, 2, 3, 4, 5 und 6 % hydratisiertem Kalk
2.- + 5 % SO₃ und 1, 2, 3, 4, 5 und 6 % hydratisiertem Kalk usw..

Fortgefahren wird mit der Bestimmung der Druckfestigkeit von jeder der Proben nach der Methode ASTM-C109-Standardtest-Methode für die Bestimmung der Druckfestigkeit von hydraulischem Zementmörtel, wobei lediglich in Betracht gezogen wird, dass das Verhältnis von Wasser zu Zement eingestellt werden sollte durch Verwendung der Flüssigkeits-Tabelle und nicht durch das konstante Wasser-Zement-Verhältnis, das für Portland-Zemente spezifiziert wurde. Die Festigkeiten, die entwickelt werden, können verifiziert werden durch das Alter, das als geeignet betrachtet wird, beispielsweise 1 1/2 Stunde, 3 Stunden, usw., nachdem das Wasser zum Vermischen zugesetzt wurde. Nach diesem Verfahren ist es leicht, eine Beziehung zu den Festigkeiten zu finden, die bei gleichem Alter durch einen hydraulischen Vergleichs-Zement entwickelt werden, beispielsweise durch einen Portland-Zement.
Als Beispiel für die Druckfestigkeiten, die nach den Lehren der vorliegenden Erfindung erhalten werden können, wird die folgende Tabelle angegeben, in der auch die Festigkeiten von Portland-Zement dargestellt sind.
Bemerkung 1: Die Mörtel-Würfel behielten ihre Form nicht bei, wenn sie aus der Form entfernt wurden und konnten infolgedessen nicht dem Drucktest unterworfen werden.
Bemerkung 2: Obgleich die Würfel ihre Form beibehielten, wenn sie aus der Form entfernt wurden, brachen sie bald zusammen, wenn Druck angewandt wurde. Es ist nicht möglich, irgendeine Festigkeit zu messen.
Sämtliche der Druckfestigkeits-Ergebnisse in der vorstehenden Tabelle sind ausgedrückt in Form von MPA (Megapascal-Werten) und wurden nach der ASTM-C-109-Methode: Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars erhalten.
Wie im Falle von anderen Zementen auf Basis von Sulfoaluminat ist es möglich, die Abbindezeit des Zementes der Erfindung zu verzögern durch Verwendung von organischen Produkten, wie Zitronensäure, wie es in der zuvor erwähnten Arbeit von Collepardi und Turriziani beschrieben wird.
Aufgrund der Studien, die von den Erfindern an den Hydratations-Reaktionen des Zementes durchgeführt wurden, wurde geschlossen, dass die rasche Entwicklung der Festigkeit in dem Zement der Erfindung verursacht wird durch die Formation von Ettringite-Kristallen, die von dem Zeitpunkt an vorhanden sind, zu dem mit dem Zusatz von Wasser begonnen wird. Die rasche Entwicklung der Festigkeit durch den Zement ist ausschließlich auf diese Verbindung zurückzuführen, da Dicalcium- und Tricalciumsilicate anfangs lediglich als Stabilisatoren der Hauptreaktion agieren, als Folge ihrer langsamen Einführung von Ca²⁺-Ionen in die Lösung, wobei sie auf diese Weise einen hohen pH-Wert stabilisieren, der wie früher erwähnt wurde, wichtig ist für die Entwicklung der Hauptreaktion. Die Dicalcium- und Tricalciumsilicate tragen nachfolgend in einer langsameren und allmählicheren Weise zur Entwicklung der mechanischen Festigkeit bei, insgesamt aufgrund ihrer langsameren Hydratationsreaktion.
Es besteht eine Übereinstimmung mit dem, was von Collepardi und Turriziani behauptet wurde, dass nämlich die Hauptreaktion die folgende ist: C4A3S + 6Ca(OH)₂ + 8 CaSO₄.2H₂O + 74 H₂O = 3(C3A.3CS.32H₂O).
Trotzdem behaupteten sie, dass die Bereitstellung von Ca(OH)₂ auf der Hydratation der Calciumsilicate beruht, einer Reaktion, die wie bereits im Vorstehenden erwähnt sehr langsam verläuft, weshalb es erforderlich ist, einen direkteren Lieferanten für Ca(OH)₂ zu haben, was zur Gewinnung der raschen Festigkeiten führt, welche die Zemente auf Calciumsulfoaluminatbasis gemäß der Erfindung haben, zu deren Herstellung sie niemals befähigt waren.
Andererseits ist es möglich, den Hydratations-Reaktionen des Zement-Gegenstandes der vorliegenden Erfindung zu folgen mittels der Techniken, die für das Studium der Hydratations-Reaktionen von anderen hydraulischen Zementen üblich sind, weshalb es möglich ist, die entsprechende Bibliographie in Beziehung zu diesen Techniken zu konsultieren, weshalb es als unnötig betrachtet wurde, diese hier zu beschreiben.
Einige Aspekte dieser Überwachung durch eine Röntgenstrahl-Brechungstechnik werden im Folgenden beschrieben.
Mit der Überwachung der Reaktion muss 1 Minute nach Beginn der Reaktion begonnen werden, die erfolgt durch Zusammengeben von Wasser und dem Zement. Die Linien, die das Vorhandensein von Ettringite identifizieren, beginnen in dem Brechungsmuster vom ersten Moment an ausgeprägt zu sein. Im Verlauf der Zeit ver stärken sich die Linien und werden ausgeprägter, während im Gegensatz hierzu die Linien, welche dem Calciumsulfoaluminat entsprechen, in ihrer Intensität abnehmen.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung gilt, dass die optimale Zusammensetzung der Erfindung derart ist, dass abgesehen von der Darstellung von Ettringite-Linien von der ersten Minute an und abgesehen von einer regulären Erhöhung der Intensität daraufhin die Linien, welche Calciumsulfoaluminat identifizieren, gleichmäßig in ihrer Intensität abnehmen und nach 24 Stunden seit dem Beginn der Hydratations-Reaktionen vollständig verschwinden, was die totale Formation von Ettringite aus dem Calciumsulfoaluminat anzeigt. Es ist offensichtlich, dass das reale Verhalten des Zementes geringfügig von dem Verhalten abweicht, das hier beschrieben wurde, doch sollte es im Wesen sehr ähnlich sein.
In Beziehung zu dem zuletzt Gesagten sollte eindeutig festgestellt werden, dass das, was von Kunbargi angegeben wurde, vollständig von dem abweicht, was oben offenbart wurde, da er in seinem Patent feststellte, dass die rasch entwickelte Festigkeit, die durch Zemente auf Sulfoaluminatbasis erzeugt wurde, ihre Ursache hat in der Reaktion von Calciumaluminat, wenn es im Falle von Zementen mit hohem Aluminiumoxidgehalt auftritt. Es liegt kein Calciumaluminat in Zementen auf Calciumsulfoaluminatbasis vor, überdies wurden im Falle der vorliegenden Erfindung Vorkehrungen getroffen für die Quantifizierung der Zusammensetzung des Zementes, um das Vorhandensein von irgendeiner der möglichen Zusammensetzungen von Calciumaluminat, C3A, C12A7 usw. zu verhindern.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Calciumsulfoaluminat enthaltendem Zementklinker, bei dem ein Gemisch eines Zementrohmaterials bei einer Kalzinierungstemperatur von hinreichend über 1200°C behandelt wird, um die konsistente koexistierende Bildung von Dicalciumsilikat und Tricalciumsilicat in einem industriellen Brennofen zu gewährleisten, der einen Vorheizen aufweist, wobei die Rohmaterialien Quellen von CaO, SiO₂, Al₂O₃ und SO₃ sind und gemischt werden, um Klinker zu erhalten, die einen Gehalt von 20% bis 40% Calciumsulfoaluminat, 10% bis 30% Dicalciumsilicat, wenigstens 1% Tricalciumsilicat, wenigstens 1 % Anhydrit, um die Anwesenheit von jeglichem Aluminat außer von Calciumsulfoaluminat zu unterdrücken, und von weniger als 0,5% freiem Calciumoxid aufweisen, wobei alle Prozentangaben auf dem Gesamtgewicht des erhaltenen Klinkers basieren.
Verfahren zur Herstellung von Zementklinker nach Anspruch 1, wobei der Gehalt an Tricalciumsilicat zwischen 10 und 30% beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Zementklinker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Kalzinierungstemperatur zwischen 1200°C und 1500°C beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Zementklinker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Brennofen einen Prekalzinierer aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Zement aus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestelltem Klinker, das zusätzlich die Aktivierung des erhaltenen Klinkers durch Zusatz einer Menge von etwa 1% bis 6% Calciumoxid oder -hydroxid und/oder etwa 3% bis 7% Calciumsulfat umfaßt, die letztgenannte Prozentangabe im Sinne von vorhandenem SO₃, und das resultierende Gemisch gemahlen wird, wobei ein wesentlicher Prozentsatz von Partikeln kleiner als 45 μm ist und eine hinreichende Mahltemperatur aufrechterhalten wird, um wirksam die Hemihydrat-Phase von Calciumsulfat zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung von Zement gemäß Anspruch 5, wobei die Mahltemperatur zwischen 100°C und 130°C gehalten wird.
Verfahren zur Herstellung von Zement nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Aktivierung des Klinkers durch den Zusatz von Calciumoxid oder -hydroxid vor oder während des Mahlschrittes des Gemisches erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von Zementklinker gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Gemisch des Zementrohmaterials aus der aus Kalkstein, Calciumsulfat und Ton bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Calciumsulfoaluminat enthaltender Zement, hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Zement nach der Hydratation einen pH-Wert über 12 aufweist und eine Druckfestigkeit von etwa 10 MPa innerhalb einer Zeitdauer von etwa 5 Stunden infolge der Bildung von Ettringit entwickelt, wenn das Calciumsulfoaluminat mit Calcium- und Sulfationen reagiert.