CH180003A - Verfahren zur Herstellung eines Zementes mit erhöhter Wasserbeständigkeit. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung eines Zementes mit erhöhter     Wasserbeständigkeit.       Es ist bekannt, dass bei der Reaktion des       Portlandzementes    mit Wasser bedeutende  Mengen     Caleiumhydroxyd    frei werden.

   Der  Hauptbestandteil des     Portlandzementes,        Alit     oder     Tricalciumsilikat,        3Ca0.        Si02,    scheidet  nämlich bei der Reaktion mit Wasser einen  Drittel seines Kalkgehaltes in Form von       Caleiumhydroxyd    ab, während zwei Drittel  zu     Dicaleiumsilikathydrat    gemäss der Glei  chung:       3Ca0.Si02@-aq--+        Ca(OH)_@-2Ca0.Si0=.aq     gebunden werden.  



  Das entstehende     Calciumhydroxyd    ist in  Wasser verhältnismässig rasch und leicht lös  lich, während das     Caleiumsilikathydrat    eben  so wie das aus dem     Aluminat    entstehende       Calciumaluminathydrat    verhältnismässig lang  sam gespalten und vom Wasser gelöst wird.  Wenn erstarrter und in Staubform überge  führter Beton mit Wasser behandelt     wird,     beobachtet man daher zunächst ein rasches  und später ein infolge der langsamen     hydro-          lytischen    Spaltung des Calciumsilikathydra-         tes    und     Calciumaluminathydrates    langsame  res Auslösen von Kalk.  



  Der Angriff     aggresiver    Wässer auf Beton  ist hauptsächlich von dem Gehalt des Betons  an freiem     Calciumhydroxyd    abhängig. Das       Calciumhydroxyd    ist teils direkt im Wasser  löslich, teils bildet es mit Kohlensäure lös  liches     Caleiumbikarbonat.    Mit Magnesium  salzen entstehen durch doppelte Umsetzung  lösliche     Caleiumsalze    und     Magnesiumhydro-          xyd    und mit Sulfaten entsteht     Calciumsulfat     oder Gips, welcher das Gefüge zersprengt  und so die     Auslaugung    erleichtert.  



  Es ist einleuchtend, dass eine Erhöhung  der Wasserbeständigkeit des Betons zu er  reichen wäre, wenn man ein billiges und       wirksames    Mittel hätte, welches imstande ist  das bei der Reaktion des Zementes mit Was  ser freiwerdende     Calciumhydroxyd    zu bin  den. Schon lange hat man nach einem sol  chen Mittel gesucht, und zur Erhöhung der       Wasserbeständigkeit    von hydraulischen Mör  teln sind bereits solche Zusätze     wie        Trass,              Puzzolanerde,        Kieselsäuregel,    Ziegelmehl usw.  in Vorschlag gebracht worden.

   Schon zur  Zeit     Salomos    und während der Römerzeit  wurden zum Beispiel Wasserleitungen aus  gelöschtem Kalk und Ziegelmehl gebaut.  



  Diese experimentell gefundenen und ohne  Verständnis der chemischen Vorgänge ver  wendeten Mittel haben jedoch nicht zu be  friedigenden Ergebnissen geführt und er  möglichen nicht eine rationelle Herstellung  hochwertiger Zemente mit einem Minimum  gehalt     ungewünschter    oder schädlicher Be  standteile.

   Eine rationelle Herstellung der  artiger Zemente ermöglicht dagegen die  vorliegende Erfindung, welche auf der Er  kenntnis beruht, dass man in     Kaolinan-          hydrid,        A120s.        2Si0_,    wie es durch     Brennen     von Kaolin oder     kaolinhaltigen    Rohstoffen  bei 500 bis<B>1000'</B> C erhalten wird, ein vor  zügliches und billiges     Nalkbindungsmittel     hat.

   Das erfindungsgemässe Verfahren zur  Herstellung eines Zementes mit erhöhter  Wasserbeständigkeit ist dadurch gekenn  zeichnet, dass     Portlandzement    mit einer sol  chen Menge eines     Kaolinanhydrid    enthalten  den Materials, welches durch     Brennen    bei 500  bis<B>1000'</B> C eines mindestens     25%    Kaolin,       AI203.2Si0.2.2H20,    enthaltenden Stoffes  erhalten wurde, gemischt wird, dass auf zwei  Moleküle     Tricalciumsilikat,        3Ca0    .

       S10"    des       Portlandzementes,    nach der     Bogueschen    For  mel berechnet, mindestens ein Molekül       Kaolinanhydrid,        A1203.2Si02,    kommt.  



  Die     kalkbindende    Wirkung des Kaolin  anhydrides ist darauf zurückzuführen, dass  die Kieselsäure des     Kaolinmoleküls    beim  Brennen, indem das     Konstitutionswasser    aus  getrieben wird, aktiviert wird, so dass sie ver  hältnismässig leicht mit     Calciumhydroayd     unter Bildung von kolloidalen     Calciumsili-          kathydraten    reagiert.

   Gemäss .dem oben  stehenden ist also das     Kalkbindungsver-          mögen    des verwendeten     Zusatzmittels    von des  sen Gehalt an Kaolin bedingt, und die übri  gen Bestandteile bedingen nur eine Verdün  nung beziehungsweise Verschlechterung des  entstehenden Betons. Man wird infolgedes  sen solche Ausgangsstoffe wählen, die einen    möglichst hohen Gehalt an     Kaolin    haben,  nämlich mindestens 25 %.

   Wenn ein solcher  Kaolin enthaltender Stoff zur     Aktivierung     der Kieselsäure bei 500 bis<B>1000'</B> C ge  brannt und mit dem     Portlandzement    im an  gegebenen Verhältnis gemischt wird, erhält  man einen Zement, in welchem schon nach  90tägiger Lagerung im Wasser das abge  schiedene     Calciumhydroxyd    quantitativ ge  bunden ist.  



  Das Brennen von Kaolin oder     kaolinhal-          tiger    Tone kann nicht ohne weiteres in einem  gewöhnlichen Drehofen für     Zementbrennung     durchgeführt werden. Die     Zementbrennung     erfolgt gewöhnlich bei einer Temperatur von       1400--bis   <B>1500'</B> C, und wenn man die Ofen  temperatur auf eine für die     Tonbrennung     geeignete Temperatur, zum Beispiel<B>750'</B> C,  herabzusetzen versucht, zeigt es sich, dass die  für die Erhitzung verwendete Kohlenpulver  flamme erlischt.

   Diesem Übel kann dadurch  abgeholfen werden, dass die Verbrennungs  zone des Ofens von Kaolin oder     kaolinhalti-          gem    Ton frei gehalten wird und nur als  Zünd- und Heizkammer verwendet wird, in  dem der Ton, der in     bekannter    Weise im  obern, kälteren Ende des Ofens eingeführt  wird, durch vor der Verbrennungszone lie  gende Öffnungen herausgenommen wird.  Durch     Anordnung    mehrerer     derartiger    Öff  nungen in verschiedenen Abständen von der       Verbrennungszone    ist es möglich, das ge  brannte Material gerade dort herauszuneh  men, wo es die geeignete Temperatur er  reicht hat.  



  In gewissen Fällen kann es vorteilhaft  sein, die ganze Länge des     Drehofens    für den       Tonbrennvorgang    zu benutzen. In solchen  Fällen wird der Drehofen zweckmässig mit.  einer ausserhalb desselben gelegenen, still  stehenden Verbrennungskammer versehen, in  der das Kohlenpulver verbrannt wird. Die  Verbrennungsgase zusammen mit dem zur  Einstellung der gewünschten Temperatur  etwa erforderlichen     Luftzuschuss,    werden von  der Verbrennungskammer in den Drehofen  eingeleitet, wo sie den Ton auf die geeignete       Aktivierungstemperatur    erhitzen.

        Wenn der Kalkgehalt des verwendeten       Porilandzementes    niedrig ist, wird selbst  verständlich eine entsprechend geringere       Menge        Caleiumhydroxyd    bei der Reaktion  des Zementes mit Wasser freigemacht.

    Wenn der Zement ausserdem nur einen ge  ringen Gehalt an Aluminiumoxyd aufweist,  ist die Wärmeentwicklung bei der genannten  Reaktion gering.     Portlandzemente    dieser Art       worden    in Schweden und auch in den Vereinig  ten Staaten von Nordamerika für Dammbau  ten hergestellt, und zeichnen sich dadurch  aus, dass sie, nach der     Bogueschen    For  mel für die Bestandteile des     Zementes:

         3     Ca0        #        Si02        -f-    x     (2Ca0        #        Si    02)     y(4Ca0        #        A1202        #        Fe203)        -f-        z(3Ca0        #        t11203)       berechnet, so wenig Kalk enthalten, dass der  Gehalt an     Dicalciumsilikat        (2Ca0    .

       SiO=)     mindestens gleich gross ist wie der Gehalt  an     Tricalciumsilikat        (3Ca0    .     Si0z),    und dass  der Gehalt an stark wärmeentwickelndem       Tricaleiumaluminat    gering ist.  



  Da das gebrannte,     Kaolinanhydrid    ent  haltende Material verhältnismässig langsam  reagiert, kann es in gewissen Fällen vorteil  haft sein, einen langsam reagierenden Port  landzement der oben beschriebenen Art zu  verwenden, insbesondere einen Zement, des  sen Gehalt an     Tricaleiumaluminat,    nach       Bogues    Formel berechnet, höchstens     6,"b    be  trägt. Das Binden des Kalkes erfolgt dabei  ungefähr in dem Masse, wie es aus dem Ze  ment ausgeschieden wird.  



  Der Zusatz von     Kaolinanhydrid    oder       kaolinanhydridhaltigen    Stoffen zum Port  landzement hat einen besonders günstigen  Einfluss auf die Festigkeitseigenschaften des  Betons nach längerer Lagerungszeit, wie  zum Beispiel nach 28 und 90 Tagen, und in  gewissen Fällen ist eine Festigkeit ermittelt  worden, die 40 bis 50 % höher liegt als die  des     Portlandzementes    selbst.

   Diese Wirkung  beruht darauf, dass das     Caleiumhydroxyd     mit der Kieselsäure des     Kaolinanhydrides    un  ier Bildung kolloidaler     Calciumsilikat-          hydrate    reagiert, ähnlich denjenigen, welche    aus dem     Kieselsäurebestandteil    des Port  landzementes entstehen. Diese     gelförmigen     Verbindungen erhöhen die Festigkeit des Be  tons in hohem Masse, und ganz besonders  wird die Zähigkeit, das heisst die Festigkeit  gegen Zugbeanspruchung, erhöht. Ein Ze  ment mit höherer Zugfestigkeit ist schon  seit langem     erwünscht,    und durch die Erfin  dung kann dieser     Wunsch    erfüllt werden.  



  Zur     Erzielung    guter     Anfangsfestigkeiten     kann der Verlauf der Reaktion durch Zusatz  von neutralem oder basischem     Calcium-          chlorid,    Aluminiumchlorid oder     einer    an  dern chemischen Verbindung, welche das  Abbinden und Erhärten des Zementes be  schleunigt, gefördert werden.

   So erhält man  zum Beispiel durch Zusatz von Beschleuni  gungsmitteln bei der Herstellung eines Pro  duktes aus gebranntem Kaolin und einem  kalkarmen, verhältnismässig langsam reagie  renden     Portlandzement    oben angegebener  Art einen Zement, der einen niedrigen Kalk  gehalt und eine hohe Anfangs- und     Schluss-          festigkeit    aufweist und einen freies     Calcium-          hydroxyd    nicht enthaltenden Beton liefert.  



  Die Herstellung der Zemente nach der  vorliegenden Erfindung erfolgt zum Beispiel  dadurch, dass     Portlandzementklinker    mit  dem gebrannten,     kaolinhaltigen    Material zu  sammen gemahlen wird. Man kann natür  lich auch den fertigen     Portlandzement    mit  einem separat gemahlenen,     gebrannten        kao-          linha.Itigen    Stoff mischen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung eines Zemen tes mit erhöhter Wasserbeständigkeit, da durch gekennzeichnet, dass Portlaudzement mit einer solchen Menge eines Kaolin anhydrid enthaltenden Materials, welches durch Brennen bei 500 bis 1000 C eines mindestens 25 % Kaolin, A1.,03 . 2Si0, . 2H20, enthaltenden Stoffes erhalten wurde, ge mischt wird, dass auf zwei Moleküle Trical- ciumsilikat, 3Ca0 .

   Si02, des Portlandzemen- tes, nach Bogues Formel berechnet, mindestens ein Molel.;#ül Kaolinanhydrid, A103. 2Si0" kommt. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das gebrannte, Kao- linanhydrid enthaltende Material mit einem Portlandzement gemischt wird., welcher, nach Bogues Formel berechnet, mindestens gleich viel Dicalciumsilikat wie Tricalciumsilikat enthält. ?.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gebrannte, Naolinanhydrid enthal tende Material mit einem Portlandzement gemischt wird, welcher, nach Bogues Formel berechnet, einen Tricalciumalu- minatgehalt von höchstens 6 % hat. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass noch eine chemische Verbindung, welche das Abbinden und Erhärten des Zementes beschleunigt, zugesetzt wird. -t. Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das gebrannte, Kaolinan- hydrid enthaltende Material mit dem Ze ment vermahlen wird.