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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.
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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.
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Überall dort, wo weder Hochofenschlacke noch natürliche Puziolane
(TraB) zur Verfügung stehen, ist die Verwendung von gebrannten Tonen oder tonhaltigen
Stoffen (Aluminiumsilicaten) von Bedeutung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.