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Verfahren zur Herstellung hydraulischer Bindemittel Es ist bekannt,
beim Mahlen- von Portlandzementklinkern Gips zuzusetzen, um den Zement langsam oder
normal abbindend zu machen. Ohne diesen Zusatz wird durch Mahlen von nur Portlandzementklinkern
in der Regel ein Zement erzeugt, der so schnell mit Wasser r - eagiert, daß
ein unbrauchbares Produkt entsteht. Es ist auch bekannt, daß gewisse Zusätze, beispielsweise
von Caleiumchlorid in kleinen Mengen, eine beträchtliche Erhöhung der Druckfestigkeit
des Zements, besonders nach kurzer Erhärtungszeit, bewirken. Die Zugfestigkeit dagegen
wird, besonders nach längerer Erhärtungszeit, durch solche Zusätze beeinträchtigt.
Größere Zusätze von Stoffen wie Calciumchlorid machen den Zement schnell abbindend
und unbrauchbar.
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Es ist auch bekannt, daß sehr aluminatreiche Zemente eine große Neigung
haben, ein schnell abbindendes, unbrauchbares Produkt zu liefern. Dieser schädliche
Umschlag zum Schnellabbinden tritt oft ein, wenn solche Zemente zwecks Erzielung
einer hohen Festigkeit sehr fein gemahlen werden, oder wenn sie mit Zusätzen wie
Calciunichlorid versetzt werden, die auch eine Erreichung hoher Anfangsfestigkeiten
bezwecken.
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Es ist auch bekannt, daß schnell abgekühlte basische Schlacke durch
gewisse Zusätze, wie Kalilauge, Kalk oder Gips, in ein hydraulisches Bindemittel
umgewandelt werden kann, das indessen im Vergleich zum Portlandzement eine recht
mäßige Festigkeit aufweist. Die Festigkeiten der Produkte, die aus Schlacke und
beispielsweise Kalk hergestellt werden, sind so gering, daß solche Produkte keine
praktische Verwendung finden können. Durch Mischen von basischer Schlacke und Portlandzement
werden bekanntlich verschiedelie
hydraulische Bindemittel, wie
Eisenportlandzeinent, Schlackenzement u.ä., hergestellt.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß die Reaktionen,
welche das '\'erhalten der sogenannten hydraulischen Bindemittel bei Wasserzusatz
bestimmen, 111 verschiedenen Fällen durch gleichartige Fak-ZD toten bedingt sind,
und daß man deshalb el durch geeignete Zusätze den Reaktionsvor-,gang bei im übrigen
ganz verschiedenartigen livdraulischen Bindemitteln regeln kann, so 413 diese
gleichzeitig Normalbinder werden Lind ein Höchstmaß von Festigkeit aufweisen. -Es
hat sich somit herausgestellt, daß das schädliche Schnellabbinden durch Zusatz derartiger
Stoffe verhindert werden kann, welche die Reaktion der Aluminate verzögern, während
es möglich ist, die Reaktion der Silicate durch geeignete Zusätze züi beschleunigen,
und dafl) somit eine bisher unbekannte technische Wirkung gemäß der Erfindung immer
erzielt werden kann, indem inan gleichzeitig diese zwei -.Maßnahmen trifft, und
zwar die eine zwecks Verzögerung der Reaktion der Aluminate und die andere zwecks
Beschleuni-Csung der Reaktion der Silicate.
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Die Reaktion der Alunlinate wird zweckmäßig durch Zusatz einer Base
verzögert. Die Untersuchungen, die zu der Erfindung führten, haben gezeigt, daß
ein Calcitimaluminatglas in Wasser in einigen Minuten quantitativ hydratisiert wird,
während die Umwandlung in beispielsweise 51/,iger Kalilaugge nach 24Stunden nur
einige Prozent beträgt. Die Reaktion der Calciumsilicate wird dagegen durch Basen
dieser Konzentration in keinem nennenswerten Grade verhindert. Gewisse Salze, wie
Caleiumsalze, besonders solche, welche löslicher als Gips sind, Aluminium-.salze
u.a., beschleunigen die Reaktion der Silicate in neutraler oder basischer Lösung,
vermögen aber nicht, selbst in recht beträchtlichen Konzentrationen, die Reaktion
der Aluminate in hasischer Lösung zu beschleiinigen.
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Die neue technische Wirkung, die durch solches systematisches Leiten
der Reaktion der Aluminate und Silicate in einem livdraulischen Bindemittel mittels
z-,veier Ziisä7tze erzielt wird, ist sehr ausgesprochen und ermöglicht die Herstellung
hydraulischer Bindemittel-in bisher unbekannter Weise und mit bisher =erreichten
technischen Eigenschaften.
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Als praktische Beispiele für die Anwenduncy der Erfindung kann folgendes
erwähnt I b werden: Aus einem aluminatreichen, kieselsäurearmen Portlandzement wurde
durch Zusatz kleiner 'Mengen Alkalihydroxyd und Caleiumclilorid ein normal abbindender
Zeinent hergestellt, welcher bei Prüfung nach schwedischen Normen (Zeinent
: Sand
1 : 3)
bei Wasserlagerung folgende Festigkeiten zeigte:
Diese Festigkeiten, die gemäß der Erfindung bei Verwendung eines Portlandzeinents
erzielt wurden, entsprechen annähernd den Festigkeiten des Aluminatzeinents, der
bekanntlich ans Bauxit und Kalk livy- stellt z#e wird.
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Die Untersuchungen, welche zu dieser Erfindung führten, haben auch
die der basi,§chen Schlacke mit Wasser Margelegt und gezeigt, daß es auch in diesen
Fällen durch Zusätze möglich ist, gleichzeitig die Reaktion der Altiminate zu verzögern
und die der Silleate zu beschleunigen. -Mit Wasser reagiert fein geinahlene
basische Schlacke inoiliciit.t#l, die aufgelösten Alumiiiate und Silicate rea-J,
(Xieren aber miteinander und bilden ehi Gel auf den Schlackenkörnern, das den weiteren
#-erlauf der Reaktion unterbricht. Diese für die Erfindung grundlegende Reaktion
kann t' Zs auf folgende Weise nachgewiesen werden. t# Wird fein -einahlene Schlacke
mit Wasser verrührt, so beträgt die gebundene Wasseriiienge nach 24 Stunden nur
etwa ein Prozent. Wird das Schlackenpulver in Gegenwart von Sand umgerührt, so wird
-die gebildete Flächenschicht stetig abgerissen, wodurch die Reaktion fortschreitet,
so daß die chemisch gebundene Wasserinenge nach :24 Stunden etwa 17 Prozent
beträgt.
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Beim Zusatz einer Base, wie Kalk o,ler AlkalihYdroxyd, züi basischer
Hochofenschlacke wird eine etwas wirksamere ll"e2t]ztiO"ll als nur mit Wasser dadurch
ei-zielt. daß die Auflösung und Hydratisierung der #ltimiiiatv verhindert wird-,
die erzielten Festigkeiten s indessen sehr gering, -weil die Umwandlung der Silicate
langsam erfolgt. 13eini Zuk# z5
#,atz von nur einem Calciumsalz. -,vie Gip##
oder Calciumclilorid, wird zwar eine etwas j höhere Wirkung als nur mit Wasser erzielt,
die Festigkeiten sind jedoch immer noch sehr t# rin-. Eine ganz neue und überraschende
ge 2n# Wirkung hinsichtlich des Reaktionsvorganges und der Festigl#:eiten wird dagegen
vi-halten. wenn gemäß der Erfindung die Reaktion der Aliiiiiinate durch Zusatz einer
Base, wie Kalilauge, Natronlauge oder Kalk, verhindert (_AL,r verzögert wird, -,vährend
gleichzeitig ein verhältnismäßig leicht lösliches Calciuiii-Aluminiumsalz zwecks
Beschleunigung der Reaktion der Silicate zugesetzt wird.
Da Kalk
in der Form technischen, gebrannten oder gelöschten Kalks sich bisweilen als wirksam,
bisweilen als ganz -unwirksam erwies, wurde die Fähigkeit verschiedener Kalksorten,
schnell eine gesättigte Lösung mit Wasser zu geben, untersucht. Es stellte sich
heraus, daß die handelsüblichen Kalksorten oft sehr langsam reagierten und deshalb
nicht eher eine gesättigte Kalklösung ergaben, als bis die Aluminate mit dem Wasser
reagiert hatten und ein schädliches Schnellabbinden schon eingetreten war. Mit Kalk,
der aus reinem Calciumkarbonat bei niedriger Temperatur hergestellt wurde, oder
noch wirksamer mit Kalk, der durch Brennen gelöschten Kalks bei niedriger Temperatur
erzeugt wurde, wurden dagegen sehr schnell eine gesättigte Kalklösung sowie ein
wirksames Verhindern des Schnellabbindens erzielt. E, in Gemisch von Kali- oder
Natronlauge mit Kalk ist vorzuziehen, wenn die Auflösungsgeschwindigkeit des Kalks
in Wasser zu gering ist.
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Als Beispiel der'Wirkung, die gemäß der Erfindung erzielt werden kann,
sei erwähnt, daß durch Zusatz von 1
0/0 wirksamem Kalk, 11/0, Alkalihydroxyd
und
3 % Calciumchlorid zu schwedischem A-Zement die 48-Stunden-Festigkeit
von
22,5 kg/crn' nach schwedischen Normen auf 38o kg/cm2 oder um etwa
70 0/" bei entsprechender Steigerung der Zugfestig-].zeit von 21 auf
37 kgCM2, erhöht wurde. Aus basischer Hochofenschlacke wurde durch Zusatz
von 10/0 Natriumhydroxyd und .5 0/, Caleiumehlorid. ein Zement erzeugt, der bei
einer Prüfung mit Normalsand 1
:3 nach schwedischen Normen bei Wasserlagerung
folgende Ergebnisse zeigte:
Dieses hydraulische Bindemittel, das nur aus Schlacke mit kleinen Zugaben zwecks
Verzögerung der Reaktion der Aluminate und Beschleunigung der Silicate hergestellt
ist, bietet gahz neue Möglichkeiten für die Herstellung eines hydraulischen Bindestoffs
mit hoher Festigkeit, ungewöhnlich günstigem Verhältnis zwischen Druck- und Zugfestigkeit,
hoher Korrosionsbeständigkeit wegen der Abwesenheit freien Kälks, bei geringer Wärmeentwicklung
infolge der Abwesenheit #,on Tricalcitimsilicat und kalkreichen Alnminaten.
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Das Verfahren ermöglicht nicht nur die Verwendung bekannter Ausgangsstoff-e,
wie verschiedener Portlandzemente, Romanzement, Schlacken usw., sondern kann auch
auf besondere, zu diesem Zweck hergestellte Ausgangsstoffe angewendet werden. Beispiele
für solche sind gesinterte zementähnliche Kalkverbindungen mit geringerem Kalkgehalt
als dem des Portlandzements oder geschmolzene,evtl. schnell abgekühlte Schlakken,
die zu diesem Zweck in einer reduzierenden oder oxydierenden Atmosphäre hergestellt
sind und durch ihre Zusammensetzung dem Vorhandensein von Rohstoffen am Platze oder
den besonderen Zwecken, für die das Produkt zu verwenden ist, angepaßt werden.
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Das Verfahren kann auch zur Regelung der Abbindereaktionen bei solchen
Zementarten, beispielsweise aluminatreichen Zementen, mit Vorteil angewendet werden,
die trotz des Zusatzes von Gips beim Feinmahlen allzu schnell abbindende Produkte
liefern. Hierbei können die genannten regelnden Zusätze sowohl zusammen mit Gips
als auch an Stelle von Gips verwendet werden.