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Herstellung eines hydraulischen Bindemittels Es wurde schon vorgeschlagen,
Beton aus Zement gegen aggressive Wässer widerstandsfähig zu machen sowie seine
Abbindefähigkeit und Härte zu vergrößern und den Schwund zu verhindern, indem ein
Teil des feinkörnigen Zuschlagstoffes (Sand) durch Zementklinker mit einer Korngröße
von o, r 5 mm und darüber ersetzt wird. Der gewünschte Gehalt .der Klinkenkörner
im Zement wurde dabei durch besondere Leitung .der Klinkervermahlung erzielt, damit
ein Teil des Mahlgutes grobkörnig blieb. Sollten Klinker von verschiedenen Zementen
benutzt werden, so wurden sie vor oder nach dem Mahlen vermischt. ;Auf diesem Wege
konnten gelegentlich Betonkörper mit erhöhter Festigkeit !hergestellt werden. Die
erwarteten hohen Festigkeiten wurden jedoch nicht immer erreicht; in vielen (Fällen
gingen die hohen Anfangsfestigkeiten wieder verloren, und es traten nach einiger
Zeit Treiberscheinungen auf, selbst wenn Klinker verwendet wurden, aus .denen an
sich raumbeständige, normale Zemente zu ermahlen waren. InAnbetracht dieser Unsicherheit
wird nach dem jetzigen Stande der Technik darauf verzichtet, Betonkörper besonders
hoher Festigkeit durch Verwendung gröberer Klinkerkörner herzustellen.
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Das Verfahren gemäß .der Erfindung stützt sich auf Untersuchungen
über die Ursachen dieser Mängel und betrifft deren Behebung. ' Diese Ursachen sowie
die Mittel zu deren Behebun.g sollen im folgenden beschrieben werden. Es kommt oft
vor, z..$. bei Verwendung von Tonendezementen, daß die zu erwartenden besonders
hohen Anfangsfestigkeiten nicht erreicht werden,, obgleich Mischungen von gleicher
chemischer
Zusammensetzung verwendet werden und auch dem Augenschein
nach sowie gewichtsmäßig zwischen den einzelnen Korngrößen kein Unterschied besteht.
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Eine Untersuchung mit dem Mikroskop oder einer Lupe zeigt aber, daß
sich in den Mischungen, die ungünstige Resultate ergeben, feine nadel- und splitterförmige
Teilchen; z. B. Lamellen befinden, die nicht ausschließlich von der blasigen, teilweise
schaumartigen Struktur ;des Tonerdezementklinkers bei mangelhaftem Vermahlen herstammen
können. Diese mit bloßem Auge kaum erkennbaren Splitter und Lamellen wirken schädlich.
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Ein anderer Grund für das Versagen liegt in dem Vorhandensein vieler
kleiner Poren, welche die Druckfestigkeit der gröberen Klinkerkörner und damit auch,diejenige
.des damit hergestellten Betonkörpers herabsetzen. Es ,genügt deshalb nicht, Zementklinker
auf eine Korngröße von o, i 5 bis 2 mm zu ,mahlen.
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Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung muß daher der :Mahlvorgang
so lange fortgesetzt werden, bis die porösen Teile und die lamellenförmigen Nadeln
verschwinden, damit nur noch Körner größeren Durchmessers vorhanden sind, deren
scheinbares Raumgewicht ,dem tatsächlichen Raurngew ficht des Klinkers nahekommt.
Die meisten Zementklinker, insbesondere Portlandzernentklinker, haben beim Verlassen
des Ofens ein scheinbares mittleres Raumgewicht von 2,65. Durch längeres Mahlen
kann durch Zerstörung der porösesten Teile das scheinbare Raumgewicht des Mahlgutes
bis auf 2,8 oder mehr .gebracht werden. Durch diese Maßnahme wird die erwünschte
hohe ,:Anfangsfestigkeit regelmäßig erreicht und die Raumbeständigkeit des Betons
verbessert.
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Durch Versuche wurde nun festgestellt, daß eine Prüfung der Mischung
von Zement- und Klinkerkörnern nach der Le-Chatelier-Probe (3- bis 6stündiges Kochen
der frisch erhärteten Mischung in Wasser) keine Gewähr für unbegrenzte Raumbeständigkeit
gibt.
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Es hat sich ergeben, daß die Le-Chatelier-Probe nur die Vorgänge berührt;
die sich an der Oberfläche der Körner abspielen, was bei Anwendung von feinen Körnern,
wie sie im normalen Zement ausschließlich vorkommen, durchaus genügt. Dagegen muß
die Kochprobe bei Mischungen mit gröberen Klinkerkörnern längere Zeit fortgesetzt
werden. Es wurde gefunden, daß bei ein und demselben Klinker die Raumbeständigkeit
erst von einer bestimmten Korngröße ab aufhört und Mischungen von Zement und Klinkerkörnern
unterhalb dieser Grenze unbeschränkt raumbeständig bleiben. Die Dauer der Kochprobe
muß aber erheblich größer als bei der Le-Chatelier-Probe sein; sie muß z. B. 7t2
Stunden betragen. Die für die Raumbeständigkeit maßgebliche obere Grenze der Korngröße
schwankt je nach Klinkerart zwischen 0,37
und 1o mm und darüber.
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Bis jetzt mußte davon Abstand genommen werden, Beton sehr hoher Festigkeit-en
durch Beimischen gröberer Klinkerkörner herzustellen, weil man nicht wußte, wie
Fehlschläge ausgeschlossen werden können. Gemäß vorliegender Erfindung werden die
groben Körner nur bis zu jener Korngröße benutzt, die während 72 Stunden in Wasser
von ioo° C die minimalste Qüellung zeigen.
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Nach einem Ausführungsbeispiel werden die Klinkerkörner mit folgenden
Sieben ausgesiebt: 0,08 mm, 0,13 mm, 0,20 mm, 0,29 mm, 0,45 mm, o,62
mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm usw., wodurch die mittleren Korngrößen o, i mm, o,17 mm,
0,25 mm, 0,37 mm, 0,54 mm, 0,81 mm, 1,5 mm, 2,5 mm usw. gewönnen werden.
Von. jeder Korngruppe werden gleiche Probekörper hergestellt, z. B. von 4o bis 45
mm Durchmesser und 16o bis 300 mm Länge. jeder Probekörper wird hergestellt
aus normalem Zement, der vorzugsweise aus demselben Klinker ermahlen ist wie die
zu prüfenden Klinkerkörner, und aus je einer der erwähnten Korngruppe. Die Probekörper
können z. B. 5o '/o gröbere Klin:kerkörner neben Zement enthalten. Die Mischung
wird durch Zusatz von Wasser zu einer plastischen Masse angemacht. Nach einer Erhärtung
szet von 24 Stunden werden die Probekörner in einer unter Fig. 1 und 2 schematisch
dargestellten Vorrichtung der Kochprobe unterworfen: Diese Vorrichtung besteht im
wesentlichen aus einem z. B. elektrisch beheizten Siederohr i, in welchem :der zylindrische
Probekörper 3 vom Wasser 2 umgeben ist, das dauernd zum Sieden gebracht wird.
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Die Quellung wird zwischen einer ortsfesten Unterlage .4 und einer
Meßvorrichtung 5 mit Zeiger 6 und Skala 7 abgelesen.
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Um ein seitliches Verbiegen des Probekörpers zu verhindern, wird dieser
durch axiale Rippen 8 gehalten. Zum freien Dürchfluß .des Wassers werden die Rippen
mit Öffnungen 9 versehen.
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Für jeden Probekörper ist eine solche Vorrichtung vorgesehen. -Alle
Vorrichtungen werden nebeneinander aufgestellt und können miteinander kommunizierend
verbunden sein, so daß, wenn sie gleichzeitig in Tätigkeit gesetzt werden, eine
unmittelbare Vergleichsmöglichkeit besteht. Zum Vergleich kann ein Probekörper untersucht
werden, der ausschließlich aus einem dem zu prüfenden Klinker entsprechenden Zement
hergestellt ist.
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Selbstverständlich läßt sich,dieQuellungsprüfun:g statt mit Wasser
von 1 oo° C auch mit Wasserdampf oder auch unter Druck mit Wasser oder Wasserdampf
höherer Temperatur durchführen. Im letzteren Falle kann .dann die Zeit entsprechend
gekürzt werden.
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Fig.3 zeigt ein Beispiel der Untersuchungsergebnisse, die mit einer
Einrichtung der beschriebenen Art an drei verschiedenen Portlandzementklinkern nach
einer Kochzeit von 96 Stunden beobachtet wurden. Die drei Kurven entsprechen
der relativen Ouellung der einzelnen Korngrößen. r.@:uf ,der Abszisse sind die mittleren
Korngrößen und als Ordinate die durch Quellung verursachten Längenänderungen der
Probestäbe eingetragen. Bei dem dem Vollstrich entsprechenden Klinker erkennt man,
daß die geringste Quellung bei Punkt B liegt
und einer Korngröße
von 0,37 mm entspricht. :Die Klinkerkörner dieser oder geringerer Größe erwiesen
sich als unbegrenzt raumbeständig. Der aufsteigende Kurvenschenkel B-C zeigt die
immer größer werdende Einwirkung der Quellun:g. Die gestrichelt und strichpunktierten
Kurven zeigen, daß für andere Klinker auch andere Optimal-,verte erhalten werden.
Der der strichpunktierten Kurve entsprechende Klinker zeigt seinen optimalen Wert
bei Klinkerkörnern, .die durch das i-mm-Lochsieb durchgehen. Die drei genannten
Klinkersorten entstammten der normalen Fabrikation. Es können aber durch Beigabe
von bekannten Flußmitteln Portlandzementklinker erbrannt werden, deren optimale
Werte bedeutend größeren Körnern entsprechen. Klinker sogenannter Schmelzzemente
(Tonerdezemente) ergeben Körner, die bis zu 30 mm Durchmesser und mehr verwendbar
sind. Diese Körner werden dort mit Vorteil verwendet, wo neben hoher Druck- und
Biegefestigkeit auch noch ein besonders hoher Widerstand gegen Reibung wichtig ist.
Portlandzement und Portlandzementklinker können mit 'T'onerdezementklinkern vermischt
werden, z. B. indem die großen und größten Körner aus Tonerdezementklinkern gebildet
sind, während die feinen Teile des Gemisches aus Portlandzement und Portlandzementklinkern
bestehen. Die Mischungsverhältnisse werden hierbei so gewählt, daß die Oberfläche
der großen Toner@dezementklinkerkörner z. B. 1,5 bis 20/u der gesamten Oberfläche
des Mischgutes nicht übersteigt, so .daß die Abbindezeit des Gemisches derjenigen
eines normalen Portlandzementbetons entspricht.
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Oft sind die Kurven weniger ausgeprägt als die unter Fig. 3 angegebenen
Beispiele. In jedem Falle ergibt sich aber auf .der Abszisse ein Punkt, der hinsichtlich
seiner niedrigsten Lage dem Punkt B entspricht.
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Die angegebenen Kochzeiten sollen auf 72 oder 96 Stunden nicht beschränkt
sein. Die erforderliche Kochzeit läßt sich nach folgenden Gesichtspunkten bestimmen
Schon bei der Kochprobe nach Le Chatelier ergibt sich für die Versuchsreihe eine
Kurve etwa von der Gestalt der Linie A-B-C gemäß Fig.3. Verlängert man die Kochzeit,
so wandert der tiefstliegende Punkt B immer mehr nach links, biss bei einer Bestimmten.
Kochzeit keine Verschiebung mehr stattfindet. Dies ist die minimale Kochzeit.
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Es können dem hydraulischen Bindemittel gemäß der Erfindung auch noch
inerte Zuschlagstoffe beigemischt werden, z. B. gebrochener Basalt oder mineralische
oder auch pflanzliche Fasern. Das Bindemittel gemäß der Erfindung kann auch ohne
Zuschlag verwendet werden.