DE744064C - Verfahren zur Herstellung von Mischzementen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Mischzementen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung-von Mischzementen, d. h. solchen Zementen, die im wesentlichen aus einem hochkalkigen, hydraulischen oder nichthydraulischen Bindemittel oder aus Mischungen, insbesondere aus Luftkalken, hydraulischen Kalken und Portlandzementen von beliebiger Klinkerzusammensetzung und Zusätzen von gebrannten reinen oder natürlichen Aluminiumsilicaten, insbesondere Tonen und Nebenerzeugnissen der Industrie, beispielsweise der Aluminiumindustrie und der chemischen Industrie, bestehen.
• Die Verwendung solcher Zemente an Stelle von Portlandzementen hat den Vorteil i. einer niedrigeren Wärmetönung beim Abbinden, a. einer geringeren Angreifbarkeit durch aggressive Wasser, 3. einer Brennstoff und Energieersparnis bei der Herstellung und eines niedrigeren Preises.
• Überall dort, wo weder Hochofenschlacke noch natürliche Puziolane (TraB) zur Verfügung stehen, ist die Verwendung von gebrannten Tonen oder tonhaltigen Stoffen (Aluminiumsilicaten) von Bedeutung.
• Die Verwendung dieser Stoffe mit wechselndem Verhältnis Tonerde: Kieselsäure zum Portlandzement ist an --sich bekannt. Hierdurch wird bezweckt, den beim Abbinden und Erhärten des Zementes frei werdenden Kalk zu binden und dadurch den Zement beständig gegen Auslaugung und aggressive Wässer zu machen. Früher nahm man an, daß dieser Kalk ausschließlich an die Kieselsäure gebunden wird, weil bei der Entwässerung des Kaolins das Metakaolin entweder in die freien Oxyde Tonerde und Kieselsäure zerfällt, oder ein so labiles und reaktionsfähiges Anhydrid ist, dessen Tonerde im Gitter leicht beweglich und herauslösbar ist, so daß auch die Kieselsäure in einem besonders reaktionsfähigen Zustand vorliegt. Soweit Angaben über die Höhe der Brenntemperatur des Tones vorliegen, beziehen sie sich dementsprechend auch auf ihren Einfluß hinsichtlich der Fähigkeit des Tones, den Kalk zu binden.
• Da nun nach der früheren Auffassung nur die Kieselsäure den Kalk binden kann, diese aber bei Temperaturen oberhalb gooo C nicht mehr frei vorliegt, mußten so hoch gebrannte Tone für die Kalkbindung ausscheiden. Dies dürfte auch der Grund sein, warum die meisten Fachleute eine jedenfalls unter der Sintertemperatur liegende Brennhitze für die günstigste halten, und die Brenntemperatur der Tone im Schrifttum zwischen,roo und 8oo° C bzw. zwischen 300 und gooo C, und als schwache Rotglut, d. h. jeweils eine in einem mehr oder weniger großen Temperaturgebiet und unterhalb der y-a Tonerdeumwandlung und der Silimanit- bnv. Mullitbildung liegende Temperatur angegeben wird.
• Demgegenüber haben ausgedehnte Versuche der Erfinder den Nachweis erbracht. daß der Kalk nicht nur an die Kieselsäure, sondern auch an die Kieselsäure und Tonerde zusammen zu stabilen Kalkalumohydrosilicaten gebunden wird.
• Da es somit nicht mehr erforderlich ist, den Ton nur so hoch zu brennen, daß die Kieselsäure nicht die Fähigkeit verliert, den Kalk zu binden, die Brenntemperatur des Tones vielmehr über die bisher angenommene zulässige Höchsttemperatur gesteigert werden kann, wurde auch der Einfluß der Höhe der Brenntemperatur der Aluminiumsilicate auf die Eigenschaften dei hergestellten Mischzemente untersucht. Hierbei stellte sich heraus, daß die Höhe dieser Brenntemperatur von wesentlichem Einfluß auf die Eigenschaften der hergestellten Zfischzemente ist, und daß durch Änderung des Verhältnisses zwischen niedrig- und hochgebranntem Ton die Eigenschaften des Enderzeugnisses fallweise beeinflußt werden können, wobei gleichzeitig auch, wie bisher, eine gute Kalkbindung erzielt wird.
• Auf Grund der Erkenntnis, daß das Brennen des Aluminiumsilicates bei nur einer einzigen Temperatur keine gleich günstigen Ergebnisse hinsichtlich der Kalkbindung, der Festigkeit, des elastischen Verhaltens, der Sehwindung und des Festigkeitsrückganges bei Wechsellagerung ergeben kann, schlagen die Erfinder vor, ein Gemisch von niedrig-und hochgebrannten Aluminiumsilicaten zu verwenden, das fallweise so eingestellt wird, daß es die jeweils verlangten Eigenschaften hat.
• Soll beispielsweise ein Zement mit hoher Kalkbindung hergestellt werden, so muß der Puzzolanzusatz hauptsächlich aus niedriggebrannten Aluminiumsilikaten bestehen, während bei einem Zement mit hohen Festigkeiten, guter Wechsellagerbeständigkeit und geringer Sehwindung der Puzzolanzusatz einen hohen Gehalt an Aluminiumsilicaten aufweisen soll, die auf eine oberhalb der optimalen Brenntemperatur liegende Temperatur erhitzt worden sind.
• Selbst bei solchen, oberhalb der optimalen Brenntemperaturen, also bei hohen Temperaturen, beispielsweise iooo° C, gebrannten Kaolinen ist die Kalkbindung, insbesondere wenn man sie über längere Zeiträume beobachtet, technisch keineswegs zu vernachlässigen, sie ist aber, innerhalb der gleichen Zeitabschnitte betrachtet, geringer als die Kalkbindung an Kaolinen, die bei Temperaturen von q.oo bis Soo° C gebrannt sind.
• Demgegenüber ist aber die Sehwindung von Mischzementen aus 70% Portlandzement und 30% Kaolin, der bei iooo° gebrannt ist, erheblich kleiner als die Schiwindung des Mischzementes, der unter Verwendung von bei 4.00° gebranntem Ton hergestellt ist.
• So ergeben sich für die Sehwindung in mm,(m folgende Werte: Nach 14 28 _ 9o 36oTagen A . . . . . . . . o,o8 0,29 o,66 o,63 B . . . . . . . . 0,20 0,54 1,35 1,54 C . . . . . . . . 0,18 0,45 o,83 i,ii D . . . . . . . . 0,04 0,24 0,70 o,6i Hierin bedeuten: A = Portlandzement B --_ 70% Portlandzement und 3o0/, Kaolin (Brenntemperatur 400° C) C - 700/0 - - 300/0 - ( - 6oo° C) D - 7o0/, - - 300/0 - ( - iooo' C) Hieraus folgt, daß die Mischzemente mit I eine Sehwindung aufweisen. die geringer als bei iooo° gebranntem Kaolin teilweise sogar 1 die von reinem Portlandzement ist. Auch die Festigkeiten der Zemente, die brannte Kaoline zugesetzt werden, Für die unter Verwendung von hochgebranntem Kao- Biegezugfestigkeit in ke/cm2 ergaben sich beilin hergestellt sind, sind besser als die Eigen- spielsweise folgende Werte: schaften der Zemente, denen niedrigge-- 7 Tage WL 28 Tage WL 28 Tage kbL go Tage WL I8oTageWL A......... - 25 - 47 36 56 6o B......... 31 45 46 77 go Hierin bedeuten: A - 7o0/0 Portlandzement und 3o0/0 Kaolin (Brenntemperatur 400° C) B = 7o1/0 - - 30% - - ( - 1000° C) WL = Wasserlagerung, kbL = kombinierte Lagerung. Hieraus ergibt sich auch die wichtige Tatsache, daß der Festigkeitsrückgang bei z8 Tagen Wasserlagerung gegenüber 28 Tagen kombinierte Lagerung bei den Zementen mit einem Zusatz an hochgebrannten Kaolinen wieder ausgeglichen ist.
• Beim Vergleich eines Mischzementes, dessen Ton auf eine nach dem Stand der Technik als günstigste erkannte Temperatur gebrannt worden ist, mit einem erfindungsgemäß zusammengesetzten Mischzement ergibt sich folgendes Bild-A ist ein Mischzement mit 70°1o Portlandzement und 3o0% Kaolin, der auf eine Temperatur von 8ooo C erhitzt wurde, und B ein Mischzement, der aus 700/, Portlandzement, i00% Kaolin, der bei 60o° C gebrannt wurde, und 2o0/(, Kaolin, der auf eine-Temperatur von iooo° C erhitzt wurde, besteht. A. Sein hwind Biege- - Druckung zugfestigkeit festigkeit mm/m in kg/cm2 in kg/cm2 14 Tage.. o,12 27 96 28 - .. 0,34 51 192 56 - .. o,69 45 222 90 - . 0,87 - " 66 263 r80 - .. o,98 69 310 36o - .. 0,95 B. Sehwindung Biege- Druckin mm /m z°gfesngkeit Festigkeit in kg/cm? in kg/cm2 14 Tage.. Mg 31 113 28 - .. 0,31 50 200 56 - .. o,66 45 227 -90 - :: 0.74 72 307 180 - .. 0,79 84 355 36o - .. o,78 (Werte aus den Einzelergebnissen der Versuche ermittelt.) Der erfindungsgemäß hergestellte Mischzement B ist dem Mischzement A,- dessen Kaolin auf die optimale Temperatur von 8ooaf0 C, erhitzt wurde, sowohl hinsichtlich seiner mechanischen Festigkeiten als auch bezüglich seinem Schwindverhalten erheblich überlegen. Besonders in höherem Alter, etwa von 9o -Tagen an aufwärts, ist die Überlegenheit zahlenmäßig - deutlich zu @erkennen.
• Aus dieser Gegenüberstellung geht eindeutig der große technische Fortschritt der erfindungsgemäß zusammengesetzten Mischzemente hervor. _ Diese haben eine gute Kalkbindung, hohe mechanische Festigkciten, niedriges Schwindmaß und ein besonders eüns.tib-es elastisches Verhalten. Sie sind somit den Mischzementen äus Portlandzement und einem Ton optimaler Brenntemperatur sowohl hinsichtlich der Einzelergebnisse als auch insbesondere hinsichtlich der Summe 'der Eigenschaften eindeutig überlegen.
• Zusammenfassend zeigen die vorstehenden Versuchsergebnisse, daß es zur Erzielung bestimznter Eigenschaften des Mischzementes erforderlich ist. Aluminiumsilicate zuzusetzen, die bei bestimmter Temperatur gebrannt sind, und daß es insbesondere gelingt, den Mischzementen die fallweise günstigsten Eigenschaften, nämlich gute Kalkbindung, geringe Sehwindung, , hohe Festigkeit und günstiges elastisches Verhalten dadurch zu verleihen, daß ein Gemisch von Aluminiumsilicaten zugesetzt wird, die : teilweise bei hoher und teilweise bei niedriger Temperatur gebrannt sind. Unter niedriegebrannten Aluminiumsilicaten werden hierbei solche verstanden, die beispielsweise für reine Kaoline bei etwa 5000 gebrannt sind, während für die hochgebrannten Aluminiumsilicate ebenfalls für reine Kaoline Temperaturen von etwa iooo° in Frage kommen. Je nach der Art des Tones können diese Temperaturen schwanken; für Allophantone liegen sie beispielsweise niedriger als die vorgenannten Temperaturen.
• Der Zusatz an gebrannten Aluminiumsilicaten kann insgesamt bis zu etwa 5o0/0 betragen. Die Aufteilung dieses Zusatzes in niedrig- und hochgebrannte Aluminiumsilicate richtet sich hierbei nach den Mengen an freiem Kalk, die gebunden werden sollen, und nach den mechanisch-technischen sowie-physikalischen Eigenschaften, z. B. Festigkeiten, Schwindung und elastischem Verhalten, die das Enderzeugnis aufweisen soll. Te größer die Festigkeit und je niedriger die Schwindung sein soll, desto höher soll auch im allgemeinen der Anteil an hochgebranntem Ton in der Mischung des hoch- und niedriggebrannten Tones sein.
• Durch Laboratoriumsversuche bzw. auf Grund der Anforderungen, die an den jeweiligen Mischzement gestellt werden, läßt sich die Höhe der Brenntemperaturen, das Verhältnis zwischen niedrig- und hochgebranntem Ton und der Gesamtgehalt an gebrannten Aluminiumsilicaten im Mischzement fallweise leicht ermitteln.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung von Mischzementen aus kalkhaltigen Bindemitteln und Aluminiumsilicaten, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumsilicate in Form eines Gemisches aus hoch-und niedriggebrannten Aluminiumsilicaten zugesetzt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an gebrannten Aluminiumsilicaten im Mischzement bis zu etwa 50% beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischung der verschieden hoch gebrannten Aluminiumsilicate der Anteil an hochgebrannten Aluminiumsilicaten überwiegt. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Aluminiumsilicate etwa 30°% niedrig- und etwa 70% hochgebrannte Aluminiumsilicate enthält. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Schoch, Die Mörtelbindestoffe, Berlin 1928, S. 40; deutsche Patentschriften .... Nr. 542 322, 636 703, 617 185; schweizerische Patentschriften - 149033, 180 003; britische Patentschriften 252210, 345 145; französische Patentschrift... Nr. 659 679; österreichische - 85 604.; ungarische - zog o63; italienische - - 288 994; Tonindustrie-Zeitung 1911, S. 238 bis 241; _ _ 1923, S. 656; Die Chemie deutschen Zements und Beton, Lea und Desch, 1937, S.268 bis 270: Rep. of the Building Research 1927, S. 30, 34 34, 35, 47 bis 49; Grün, Schiwinden von Mörtel und Beton 1939, S.34; Journal of the Amer: Concrets Inst., Nr.
4. 4, Vol. 2, 193o, Tab. 4, 8, 11; Zeitschrift Die Betonstnaße 1939, Heft 1/2, Arbeit von Grün; DIN Io6o; Feichtinger, Die chem. Technol. der Mörtelmaterialien, 1885, S. 86; Kriegenhewer, Kalk und Mörtel, 1907, S. 147; Malquori, G. Chim, und appl. 12 (6), 312, 1930; Broschüre, LV. Dickmann, Über die Erhärtung der Baukalke, S. 32 his 37.