CH644573A5

CH644573A5 - Verfahren zur herstellung eines bindemittels fuer die verwendung in dick- bzw. rohschlamm, moertel und beton mit einem niedrigen wasser/zement-gewichtsverhaeltnis.

Info

Publication number: CH644573A5
Application number: CH424180A
Authority: CH
Inventors: Bengt Forss
Original assignee: Flowcon Oy
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1984-08-15
Also published as: SE447097B; GB2051031B; RO84532B; IT8048830A0; IT1174776B; AT392637B; DD151150A5; NO150676C; IN152973B; IT8048830A1; BR8003407A; US4306912A; NL8003179A; ATA287680A; RO84532A; CS379480A2; AR220055A1; NO801600L; DE3020384C2; CS259505B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels für die Verwendung in Dick- bzw. Rohschlamm, Mörtel und Beton mit einem niedrigen Wasser/Ze-ment-Gewichtsverhältnis von weniger als 0,4, wobei man, bezogen auf das Bindemittel,

- mindestens 50 Gew.-% eines hydraulischen Materials, wie Schlacke, technische Puzzolanerden und/oder natürliche Puzzolanerden, als Rohmaterial für das Bindemittel verwendet,

- mindestens einen Teil des hydraulischen Materials mahlt, bis es eine spezifische Oberfläche von mindestens 400 m2/ kg hat, und

-0,1 bis 5 Gew.-% mindestens eines Plastifikators, wie eines sulfonierten Polyelektrolyts, zum Rohmaterial zusetzt.

Als zusätzlicher Bestandteil des Bindemittel-Rohmateri-als können 0 bis 50 Gew.-% Materialien mit einem hohen

Kalkgehalt, wie Portlandklinker, gelöschter Kalk od.dgl., verwendet werden.

Im folgenden wird unter «Zement» ein Bindemittel im allgemeinen verstanden; dieser Begriff ist somit nicht auf gewöhnlichen Portlandzement bzw. seine Derivate beschränkt.

Nachteile des derzeitigen Betons aus gewöhnlichem Portlandzement sind u.a. hohe Bindemittelkosten, hohe Hydratisierungswärme, schlechte Formbeständigkeit und schlechte Korrosionsbeständigkeit des Betons. Der zuletzt genannte Nachteil beruht zum Teil auf der Tatsache, dass als Folge der Hydratisierung des Zements eine grosse Menge an gelöschtem Kalk [Ca(OH)2], der bereits mit Wasser und schwachen Säuren reagiert, freigesetzt wird. Diese Menge kann fast ein Viertel der Gesamtmenge an Bindemittel ausmachen, so dass der Beton in saurem Boden gegen die korrodierende Wirkung der Säuren im Boden geschützt werden muss.

Die schlechte Korrosionsbeständigkeit des Betons resultiert teilweise aus seiner hohen Porosität, die wiederum von der grossen Menge Wasser herrührt, welches zum Mischen verwendet wird, oder im Fall einer steifen oder trockenen Betonmischung von unzulänglicher Verdichtung. Die für eine vollständige Hydratisierung des Zements erforderliche Wassermenge beträgt etwa 25% der Zementmasse, wogegen in der Praxis beim Betonieren häufig mehr als das Doppelte dieser Menge Wassers verwendet wird. Darüber hinaus kann bei Betonmischungen, die eine grosse Menge Zement enthalten, die hohe Hydratisierungswärme zu Spannungen und Rissen führen, was schlechte Korrosionsbeständigkeit zur Folge hat.

Die Beständigkeit des gewöhnlichen Portlandzements gegenüber Sulfat ist auch schwach, was auf den hohen A1203-Gehalt des Zements zurückgeht, so dass in sulfathältiger Umgebung ein teurerer, sulfatbeständiger Spezialzement für Betonbauten verwendet werden muss.

Solange der derzeitige Zement in Verwendung ist, sind Bestrebungen im Gange, die oben geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten auszuschalten bzw. zu verringern, u.zw. durch Zugabe von industriell erzeugten oder natürlichen hydraulischen Materialien zum Zement bzw. Beton, welche weniger Kalk, d.h. Puzzolanerden enthalten, deren Kosten erheblich niedriger als die Kosten von Zement sind und deren Beständigkeit gegenüber Säuren und Sulfaten höher ist und deren Hydratisierungswärme niedriger ist als jene von gewöhnlichem Zement. Eine extensivere Verwendung dieser Zusätze war hauptsächlich durch ihre langsame Hydratisierung und Härtung bzw. Abbindung begrenzt, was eine schlechte Anfangsfestigkeit zur Folge hat und in Widerspruch zu den Zielen der modernen Fertigteilindustrie steht.

Der bedeutendste Zusatz zu Portlandzement ist Hochofenschlacke, die in Verbindung mit der Herstellung von Roheisen erzeugt wird. In den Industrieländern wird dieses Neben- bzw. Abfallprodukt in so grossen Mengen erzeugt, dass es schwierig ist, eine Verwendungsmöglichkeit dafür zu finden. In manchen Ländern ist die Verwendung von Schlak-ke üblich, doch ist die verwendete Menge klein im Vergleich zu der Menge an verwendetem Zementklinker. Der gebräuchlichste Schlackengehalt in Schlackenzement beträgt etwa 30 bis 50%.

Die hydraulischen Eigenschaften und die Reaktivität der Schlacke hängen hauptsächlich von der Basizität der Schlak-ke ab, d.h. vom Verhältnis der Menge an basischen Bestandteilen zur Menge an sauren Bestandteilen. Wird die Reaktivität der Schlacke ausgedrückt, wird oft der sogenannte F-Wert verwendet, wie er in der folgenden Gleichung definiert ist:

5

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20

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30

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45

50

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60

65

3

644 573

CaO + CaS + '/2 MgO + AI203

F-Wert

Si02 + MnO

Ist der F-Wert > 1,9, so ist die Schlacke hochreaktiv, wogegen die Schlacke bei einem F-Wert von <1,5 langsam reagierend und mager ist. Die hydraulischen Eigenschaften der Schlacke hängen auch vom Glasgehalt der Schlacke, der nämlich bei einer guten Schlacke mehr als 95% betragen muss, ab. Je höher der Al203-Gehalt der Schlacke ist, desto besser sind ihre Festigkeitseigenschaften,.obzwar die Menge an Al203-Hydratisierungsverbindungen nicht direkt die Festigkeit beeinflusst.

Die langsame Hydratisierung und Härtung, was auf die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften der Schlacke zurückgeht, können durch Mahlen der Schlacke auf eine hohe spezifische Oberfläche beseitigt werden. Es wurde bemerkt, dass die Festigkeit von Schlackenzement als Funktion der spezifischen Oberfläche rasch ansteigt. Wegen ihres hohen Glasgehalts ist die Schlacke jedoch schwierig zu mahlen, und die zum Mahlen erforderliche Energie kann doppelt so hoch sein wie bei Zementklinker.

Eine Beschleunigung der Hydratisierung der Schlacke kann auch mittels verschiedener Beschleunigungsmittel erzielt werden, von denen die folgenden die bekanntesten sind: Zementklinker, verschiedene Sulfate, wie Anhydrit und Gips, gelöschter oder ungelöschter Kalk und Alkalien und alkalische Salze.

Von diesen Beschleunigungsmitteln sind Zementklinker sowie Gips und Klinker zusammen die am häufigsten verwendeten.

Wegen ihrer langsamen Reaktionen finden Schlackenzemente hauptsächlich als sogenannte Zemente mit geringer Wärmeentwicklung angesichts des reduzierten Rissrisikos in monolithischen Betonkonstruktionen Anwendung.

Die in Kraftwerken durch die Verbrennung von Brennstoffen, wie Kohle, Torf od.dgl. erzeugte Flugasche wird auch als aktives Füllmaterial für Zement und Beton mit geringer Wärmeentwicklung verwendet. Flugasche ist üblicherweise ein hydraulischer Zusatz, der langsamer als Schlacke reagiert, was u.a. auf ihren geringen Kalkgehalt zurückzuführen ist. Ihre hydraulischen Eigenschaften werden üblicherweise durch die Zugabe von kalkhältigen Komponenten, wie gelöschtem Kalk und Klinker, und durch Mahlen derselben zu einer höheren Feinheit verbessert. Abgesehen von den verwendeten Brennstoffen, hängen die Zusammensetzung und die hydraulischen Eigenschaften von Flugasche auch von den vorherrschenden Verbrennungsbedingungen ab. Die Feinheit der Flugasche kann von der Grössenord-nung der Zementfeinheit sein.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile auszuschalten und ein Verfahren zu schaffen, mit welchem es möglich ist, aus Industrieneben- bzw. -abfall-produkten und aus natürlichen Puzzolanerden hochqualitative, rasch härtende Bindemittel herzustellen.

Die Erfindung beruht u.a. auf folgenden Erkenntnissen:

Es wurde beobachtet, dass neben der Anwendung höherer Abbindetemperaturen die Verwendung von Zusätzen bestimmter Art eine äusserst günstige Auswirkung auf die Hydratisierungsgeschwindigkeit der Schlacke hat, weshalb nicht so viel Klinker, ja in manchen Fällen überhaupt keiner benötigt wird.

Es ist bekannt, dass Hochofenschlacke langsamer reagiert als Klinker, dass aber die Festigkeit des auf diesen beiden Bindemitteln basierenden Betons letztlich gleich ist.

Beispielsweise gestattet die Zugabe von alkalischen Car-bonaten oder Hydroxiden bei rasch reagierenden Zementen auch eine reichlichere Verwendung von Schlacke. Beispielsweise beruht wahrscheinlich bei der Verwendung von Natriumcarbonat (Na2C03) die Wirkung auf einer Erhöhung des pH-Wertes, wodurch die OH-Komponente die Schlacke aktiviert. Gleichzeitig fördern ein hoher pH-Wert zusammen mit einem gereinigten Ligninsulfonat die Fliessfähigkeit des Betons. Neben Natriumcarbonat können auch andere Alkalicarbonate (z. B. K2C03 und Li2C03) und andere alkalische Salze verwendet werden.

-Es wurde weiters beobachtet, dass die Reaktionsgeschwindigkeit um so höher ist, je höher die Basizität der Schlacke ist und je feiner die Schlacke gemahlen ist.

Es ist bekannt, dass es nicht der Mühe wert ist, Zementklinker über eine gewisse Grenze hinaus zu mahlen, da eine zusätzliche Feinheit die Härtungs- und Festigkeitseigenschaften kaum verbessert. Im Gegenteil, lohnend ist es, die Schlacke auf eine spezifische Oberfläche von z. B. 400 bis 800 m2/kg zu mahlen.

Somit beginnt Schlacke gleichermassen wie Zement zu reagieren, wenn etwas alkalisches Salz zugegeben wird, welches als Aktivator fungiert.

Es ist auch bekannt, dass die Reaktion schneller vor sich geht, wenn die Abbindetémperatur auf z.B. 40 bis 90 °C erhöht wird.

Es wurde weiters beobachtet, dass sich die Basizität auf die Schlacke günstig auswirkt, wenn letztere auf einen ausreichenden spezifischen Oberflächenwert gemahlen wurde (>400 m2/kg).

Es ist möglich, an sich bekannte Mahlhilfsmittel (Ligninsulfonat od.dgl.) zu verwenden, welche ein Feinzermahlen der Schlacke ermöglichen und zusätzlich später im Beton als Plastifikator fungieren können.

Erfindungsgemäss ist es somit möglich, Schlacke zu verwenden, wenn sie genügend fein zermahlen ist und wenn alkalische Beschleunigungsmittel verwendet werden. Unter diesen Umständen wirkt die Schlacke überraschenderweise als rasch härtendes Bindemittel im Beton.

Die Hydratisierung von Schlacke und Puzzolanerden kann durch den Einsatz von Plastifikatoren, wie Ligninsul-fonaten oder sulfonierten Ligninen oder anderen sulfonierten Polyelektrolyten, wesentlich verbessert werden, wodurch das Wasser/Zement-Verhältnis des Betons erheblich gesenkt werden kann. Durch die Zugabe von verschiedenen Beschleunigungsmitteln, wie Alkalihydroxiden und/oder -car-bonaten oder anderen alkalischen Salzen, ist es auch möglich, Bindemittel mit hohen Schlackengehalten in rasch härtenden Zementen zu verwenden. Diese günstige Wirkung beruht wahrscheinlich auf dem höheren pH-Wert, wobei die Schlacke bzw. Puzzolanerde zur selben Zeit aktiviert wird, als die Wirkung der Plastifikatoren intensiviert wird.

Es wurde weiters noch beobachtet, dass die Auswirkung der Alkalität um so günstiger ist, je langsamer das hydraulische Bindemittel von Natur aus reagiert, und dass diese Wirkung um so heftiger ist, je feiner das Bindemittel zermahlen wurde. So setzt die Reaktion der Schlacke auf die gleiche Weise wie bei Zement ein, wenn etwas Alkalicarbonat und/ oder -hydroxid zugegeben wird, welche als Aktivatoren wirken.

Angesichts der obigen Ausführungen kann gesagt werden, dass das plastifizierende Mittel (z.B. Ligninsulfonat) und der Aktivator (z.B. NaOH und/oder Na2C03) zusammen als sehr starke plastifizierende Kombination wirken.

Es ist auch möglich, beim Mahlen an sich bekannte Mahlhilfen zuzugeben, sowie Zusätze, die das Fliessverhalten des pulverisierten Bindemittels verbessern bzw. die Eigenschaften des daraus hergestellten Betons (z.B. Mittel zur Entfernung von Luft od.dgl.).

Genauer gesagt ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass in das Rohmaterial auch insge5

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15

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25

30

35

40

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55

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65

644 573

4

samt 0,5 bis 8 Gew>%, bezogen auf das Bindemittel, von zumindest einem Alkalihydroxid und/oder zumindest einem alkalischen Salz, wie einem Alkalicarbonat, als Abbinde- und Härtungsregulator zugegeben werden.

Die Beimengungen oder ein Teil davon können während des Mahlens oder danach zugegeben werden.

Die Bindemittelkomponenten können so aufgeteilt werden, dass das Verhältnis der Gesamtmenge an Erdalkalimetallen zur Menge an Siliziumdioxid im Bindemittel 1,1 bis 1,6, vorzugsweise 1,2 bis 1,4, beträgt.

Es ist auch möglich, Schlacke und Puzzolanmaterialien für die Herstellung von rasch härtendem Beton zu verwenden, wenn zusätzlich zum Plastifikator stark alkalische Zusätze (z.B. Na2C03, NaOH od.dgl.) verwendet werden.

Die Fliessfähigmachung ist ein bedeutender Faktor, damit die Verwendung geringer Mengen von Alkalimetallsalzen (z.B. Na2C03) und von Alkalimetallhydroxiden (z.B. NaOH) möglich wird. In kleinen Mengen zugegeben, verkürzen diese Materialien die Abbindezeit erheblich. Dabei beschleunigt der hohe pH-Wert die Härtung und trägt in Kombination mit einem sulfonierten Polyelektrolyt (z.B. Ligninsulfonat oder sulfoniertes Lignin od.dgl.) auch zur Erhöhung der Weichmacherwirkung bei. Das NaOH hingegen wirkt sich entscheidend auf die Verkürzung der Abbinde* und Härtungszeit aus, beeinflusst aber auch zu einem gewissen Grad die Plastifizierung.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird folgendes zur Mischung zugegeben:

0,1 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel, von zumindest einem sulfonierten Polyelektrolyt od.dgl. und

0,5 bis 8,0 Gew.-% (als Gesamtmenge), bezogen auf das Bindemittel, von zumindest einem Alkalihydroxid und/oder einem alkalischen Salz, wie einem Alkalicarbonat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert.

Gemäss einer Ausführungsform werden Schlacke und/ oder andere Puzzolansubstanzen mittels 0,1 bis 5 Gew.-% Alkaliligninsulfonat oder sulfoniertem Kraftlignin, gegebenenfalls zusammen mit anderen sulfonierten Polyelektro-lyten, wie Kondensationsprodukten von Formaldehyd-Mel-

amin, Formaldehyd-Naphthalin od.dgl., zu einer Feinheit von 400 bis 800 m2/kg gemahlen.

Während des Mahlens ist es möglich, gleichzeitig andere Substanzen zuzugeben, welche den Mahlvorgang, die Hand-5 habungseigenschaften des Bindemittels bzw. die Eigenschaften des aus dem Bindemittel erzeugten Betons verbessern, wie das Fliessen des Bindemittelpulvers fördernde Substanzen, Beschleunigungsmittel oder Verzögerurigsmittel, Mittel zur Entfernung von Luft od. dgl.

io Es sollte bemerkt werden, dass das Alkalihydroxid und/ oder das alkalische Salz nicht in Verbindung mit dem Mahlvorgang zugegeben werden muss, sondern es kann auch separat in das Bindemittel gemischt werden oder im Zuge des Einmischens in den Beton.

15 Alkali-Ligninsulfonate oder sulfonierte Alkalilignine wirken sich günstig auf die Mahleigenschaften des Bindemittels aus.

Als Einstellmittel für das Abbinden und Härten des Bindemittels ist es möglich, Alkalibicarbonate, Alkalicarbonate, 20 Hydroxide und verschiedene alkalische Salze zu verwenden. Diese können im Zuge des Mahlens oder zu einem späteren Zeitpunkt zugegeben werden.

Ist es wünschenswert, Klinker zum Bindemittel bzw. zum Beton zuzugeben, sollte der Klinker vorzugsweise unter Ver-25 wendung derselben Zusätze separat gemahlen werden.

Aufgrund der gemeinsamen Wirkung des Feinmahlens sowie der Verwendung von Mahlhilfen und von Mitteln zur Einstellung der Hydratisierungsgeschwindigkeit ist es möglich, aus Schlacke und/oder anderen Puzzolanerden, insbe-3o sondere mittels Wärmeaushärtimg, einen rasch härtenden, dichten und korrosionsbeständigen Beton zu erhalten, in welchem der Anteil an Zementklinker sehr klein oder nichtexistent ist (z.B. 20 bis 0 Gew.-%).

Beispiel 1

35 Es wurde ein Versuch an Beton durchgeführt, dessen grösste Teilchengrösse 12 mm betrug und welcher 400 kg Bindemittel pro m3 Beton enthielt. Es fand eine Aushärtung von 10 cm Würfeln bei 70 °C (7 h) bis zur Druckprobe statt. Tributylphosphat wurde als Mittel zur Entfernung von Luft 40 verwendet.

Tabelle 1

Zementklinker

Schlacke

Zusatzstoffe

Wasser/

Konsistenz

Druckfestigkeit

Menge

Feinheit

Menge

Feinheit

Lignin

Beschleunigungs

Zement-

(VB)

(MN/m2)

(%)

(m2/kg)

(%)

(m2/kg)

sulfonat mittel

Verhältnis

9h

24 h

(%)

50

552

50

500

2

2,0 (Na2C03)

0,34

1

31,0

35,0

50

552

50

500

1,3

1,3 (NaHC03)

0,41

2

29,5

35,1

50

552

50

500

1,1

1,6 (KHC03)

0,38

3

33,3

41,0

50

552

50

600

1,8

1,8 (Na2C03)

0,36

1

40,0

45,1

20

552

80

600

1,3

1,3 (Na2C03)

0,35

3

41,2

46,9

10

552

90

700

1,1

1,1 (Na2C03)

0,32

1

44,9

51,0

0

100

700

1,4

1,8 (Na2C03)

0,37

3

30,4

37,0

Beispiel 2

55 kg, das Verhältnis von Bindemittel zu Normalsand 1

: 3, das

Wirkung eines Beschleunigungsmittels auf das Härten eines Bindemittels auf Schlackenbasis.

Die spezifische Oberfläche der Schlacke betrug 600 m2/

Wasser/Zement-Verhältnis 0,35, die Temperatur des Mörtels 50 °C. Der Mörtel wurde in einer Wärmekammer bei 50 °C (4 h) ausgehärtet und danach bei 20 °C bis zur Druckprobe.

Tabelle 2

Test Nr.

Beschleunigungsmittel

Druckfestigkeit MN/m2 1 Tag 3 Tage

28 Tage

1

0,8% NaHG03

0,4

1,2

17,0

2

1 % Na2C03

20,6

26,5

31,1

3

1% Na2C03 + 0,1% NaOH

24,3

29,9

34,1

4

.1% Na2CÒ3 + 0,25% NaOH

28,5

32,9

36,0

5

1% Na2C03 4- 1% NaOH

38,7

45,2

51,0

5

644573

Als fliessfähigkeitsförderndes Mittel wurde 0,5% Ligninsulfonat, und als Mittel zur Entfernung von Luft wurde 0,1% Tributylphosphat zugegeben.

Gemäss den US-PS 3 960 582, 3 959 004 und 4 032 251 wird die Verwendung von NaHC03 und von anderen Bicar-bonaten neben fliessfahigkeitsfördernden Mitteln empfohlen, um einen fliessfahigen Beton zu erhalten.

Versuche haben jedoch gezeigt, dass die Verwendung von Bicarbonaten in Bindemittelmischungen, die viel Schlacke und Puzzolanerden enthalten, wegen ihres niedrigen pH-Wertes (siehe Beispiel 1) nicht vorteilhaft ist. Der Einsatz von Bicarbonaten resultiert in einem äusserst langsamen Abbinden und Härten des Betons, wobei die Hydratisierung nicht ausreichend beschleunigt werden kann, nicht einmal mittels Wärmeaushärtung.

Beispiel 3

Als Bindemittel wurde Schlacken/Klinkerzement 70/30 verwendet, wobei die spezifische Oberfläche beider Kom-io ponenten 500 m2/kg betrugt. Die Bindemittelmenge betrug 400 kg/m3 Beton.

Tabelle 3

Ligninsulfonat Beschleunigungsmittel Wasser/Zement- Festigkeit (MN/m2)

(%) Verhältnis 9 h 24 h 7 Tage

1,5 1,6% Na2C03 0,387 33 38 42

1,5 1,3% NaHC03 0,415 30 35 39

1,5 1,5% KHC03 0,387 23 26 34

1,5 2,1% K2C03 0,385 27 32 34

Zum Beton wurde 0,1% Tributylphosphat (TBP) zugegeben, und die Wärmeaushärtung fand bei 70 °C statt.

Beispiel 4

Wird Schlacke alleine als Bindemittel verwendet, tritt die Wirkung der Alkalität sowohl auf die Fliessfähigkeit als

25 auch auf die Entwicklung der Festigkeit noch klarer hervor, was aus der folgenden Tabelle 4 ersichtlich ist.

(Als Bindemittel wurden 400 kg/m3 einer Schlacke mit einer spezifischen Oberfläche von 470 m2/kg verwendet. Das Mittel zur Entfernung von Luft war TBP (0,1 %). Der Beton 30 wurde bei 70 °C ausgehärtet.)

Tabelle 4

Menge an Ligninsulfonat als fliessfähigkeitsförderndes Mittel (%)

Beschleunigungsmittel

Menge an Beschleunigungsmittel (%)

Wasser/ Zement-Verhältnis

Setzmass (cm)

Festigkeit (MN/m2) 6h 9h

3 Tage

7 Tage

1,5

Na2C03

3,0

0,38

6

18

20

26

28

1,5

NaHC03

2,4

0,40

9

0,7

6

9

13

1,5

NaOH

1,0

0,365

23

13

14

15

18

1,5

NaOH

2,0

0,325

20

19

21

29

30

1,5

NaOH

3,0

0,335

19

29

33

34

35

1,5

NaOH

6,0

0,335

18

33

35

38

40

2,0

NaOH + Na2C03

3,5+1,5

0,32

20

32

34

37

39

Je nach den Betonierbedingungen und den Anforderungen, die an die Betonmischung bzw. an den gehärteten Beton gestellt werden, ist es möglich, verschiedene Kombinationen von Beschleunigungsmitteln zu verwenden, um das Ziel auf optimal wirtschaftltiche Weise zu erreichen.

Es ist auch bekannt, dass ein fester und haltbarer Beton erhalten wird, wenn beim Mischen des Betons ein Minimum an Wasser und ein Bindemittel, welches nicht unnötig viel Kalk enthält, verwendet werden.

Beim Portlandzementklinker wird ein hoher Kalksättigungsgrad angewendet, um die Hydratisierungsreaktionen zu beschleunigen. Wird die Hydratisierung mittels Wärme, einem niedrigen Wasser/Zement-Verhältnis und verschiedener Beschleunigungsmittel beschleunigt, ist ein hoher Kalksättigungsgrad eher schädlich als nützlich. Bei normalem Beton hält das freiwerdende Ca(OH)2 einen hohen pH-Wert aufrecht, der die Bewehrung gegen Rost schützt. Bei dichtem Beton mit niedriger Porosität ist das nicht notwendig, und die Gesamtmenge an Erdalkalioxiden muss entsprechend so dem Si02-Gehalt des Bindemittels eingestellt werden. Liegt dieses Verhältnis bei etwa 1,2 bis 1,5, werden Festigkeiten auch mit hydraulischen, als minderwertig betrachteten Bindemitteln, wie Schlacke und Flugasche, unter Anwendung von Wärmeaushärtung erzielt, welche denen entsprechen, die mit den besten Zementen erhalten werden.

Beispiel 5

Flugasche allein liefert keine zufriedenstellende Festigkeit, auch wenn sie mit einer Base aktiviert wird, ebensowenig wie eine Mischung aus Schlacke und Flugasche bei einem Verhältnis von 2:1. Wird die Menge an Flugasche auf 10% reduziert, wird das obige Molverhältnis erzielt, was auch aus der Entwicklung der Festigkeit in der folgenden Tabelle 5 ersichtlich ist. Um dieses Molverhältnis zu erzielen, bedarf es einer etwa 10% igen Kalkzugabe zur Schlacken/Flugaschen-Mischung von 2:1, wodurch die Festigkeiten merklich verbessert werden. Bei einer höheren Kalkzugabe nehmen die Festigkeiten wieder ab.

60

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Tabelle 5

Bindemittel

Lignin

Beschleuni

Wasser/

Setzmass

Festigkeit (MN/m2)

sulfonat gungsmittel

Zement-

(cm)

6h

9h

3 Tage

7 Tage

(%)

(% NaOH)

Verhältnis

100% PFA

2,0

3,0

0,305

21

3

4

9

15

67% S, 33% PFA

1,5

3,0

0,310

20

0,1

0,2

2,0

5,0

90% S, 10% PFA

03

2,0

0,310

16

26

27

32

37

60% S, 30% PFA, 10% SL

1,5

3,0

0,315

17

33

52

57

53% S, 27% PFA, 20% SL

1,5

3,0

0,345

9

26

34

37

47% S, 23% PFA, 30% SL

1,5

3,0

0,360

17

20

26

32

In dieser Tabelle bedeutet PFA Flugasche, S Schlacke und SL gelöschten Kalk. Die Bindemittelmenge betrug 400 kg/m3. Als Mittel zur Entfernung von Luft wurde 0,1% Tributylphosphat und als Verzögerungsmittel 0,05% Na-Gluconat zugegeben. Die Aushärtungstemperatur war 70 °C.

Im folgenden Beispiel 6 werden die Ergebnisse eines umfassenden Tests aufgezeigt:

Beispiel 6

Konsistenz: Das Wasser/Zement-Verhältnis des durch das erfindungsgemässe Verfahren erhaltenen Betons liegt üblicherweise um etwa 25 bis 40% unter dem entsprechenden Verhältnis von OPC (Ordinary Portland Cement - gewöhnlicher Portlandzement). Trotzdem ist die Bearbeitbarkeit des neuen Betons besser als die Bearbeitbarkeit von normalem OPC-Beton.

Durch die Verwendung einer Schlackenmenge von 400 kg/m3 Beton veränderte sich die als Setzmass in cm gemessene Konsistenz des Betons als Funktion des Wasser/Zement-Verhältnisses in einem umfassenden Test, der in einer Beton-Fertigteilfabrik durchgeführt wurde, wie aus der folgenden Tabelle 6 ersichtlich.

Tabelle 6

Wasser/Zement-

Verhältnis 0,38 0,05 0,33 0,30 0,38 0,273

Setzmass (cm) 25 23,5 21 18 . 12 2

20

25

35

Als der Betonmischer nicht ausreichend vom OPC-Beton gereinigt war, wurden die folgenden Ergebnisse (Tabelle 7) erhalten, was zeigt, dass OPC nicht mit dem neuen Beton gemischt werden soll

Tabelle 7

W asser/Zement-Verhältnis Setzmass (cm)

0,35 22

0,34 22

0,325 12

«Schockaushärtung» des neuen Betons: In einer Fabrik wurde ein Fussbodenelement unter Verwendungeines 20%igen Betons mit 340 kg Schlacke/m3 und einem Wasser/ Zement-Verhältnis von 0,41 gegossen.

Nach einer Vorlagerung von 30 Minuten wurde das Element in einen Infrarotofen eingebracht. Die Entwicklung der Festigkeit wurde durch Zusammendrücken von 15 cm Würfel, die entsprechend gelagert wurden, festgestellt. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten (Tabelle 8):

Tabelle 8

Aushärtungszeit (h)

0,5

1,5

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

durchschnittliche

Lufttemperatur (° C)

31

58

66,5

66

67

67,5

68,5

Reifung (h °C)

15,5

60,5

125,0

158,5

191,8

225,8

259,8

293,1

Druckfestigkeit (MN/m2)

21,5

24,5

26,0

30,0

34,6

36,5

Wie sich zeigt, ging der Festigkeitsanstieg rasch vor sich, und es konnten keine Risse im Element beobachtet werden.

Es sollte bemerkt werden, dass es für das erfindunsge-mässe Verfahren nicht kritisch ist, wie die OH-Gruppe und das Alkalicarbonat in das Bindemittel eingebracht werden. Das kann auch über eine chemische Reaktion erfolgen, nämlich gemäss der folgenden Formel so Dementsprechend kann das Alkalicarbonat durch Zugabe einer ausreichenden Menge davon eingebracht werden, wobei eine Reaktion z.B. gemäss der folgenden Formel stattfindet:

55 3Na2C03 + Ca(0H)2->CaC03 + 2NaOH + 2Na2C03

(2).

Na2C03 + Ca(OH)2 -» CaC03 + 2NaOH (1).

Claims

644 573

1. Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels für die Verwendung in Dick- bzw. Rohschlamm, Mörtel oder Beton mit einem niedrigen Wasser/Zement-Gewichtsverhältnis von weniger als 0,4, wobei man, bezogen auf das Bindemittel,

- mindestens 50 Gew.-% eines hydraulischen Materials als Rohmaterial für das Bindemittel verwendet,

- 0,1 bis 5 Gew.-% mindestens eines Plastifikators zum Rohmaterial zugibt,

dadurch gekennzeichnet, dass man dem Rohmaterial auch insgesamt 0,5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel, mindestens eines Alkalimetallhydroxids und/oder mindestens eines alkalischen Salzes als Abbinde- und Härtungs-rëgulator zusetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als hydraulisches Material Schlacke, technische Puzzolanerden und/oder natürliche Puzzolanerden verwendet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Plastifikator einen sulfonierten Poly-elektrolyt verwendet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Regulator ein Alkalimetallcar-bonat, vorzugsweise Na2C03, verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Regulator NaOH verwendet, wobei man vorzugsweise 1 bis 4 Gew.-% NaOH zusetzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Regulator eine Kombination aus Na2C03 und NaOH verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man 0,5 bis 3 Gew.-% Na2C03 und 0,5 bis 3 Gew.-% NaOH zusetzt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens einen Teil der Zusätze im Zuge des Mahlens zusetzt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens einen Teil der Zusätze nach dem Mahlen zusetzt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Alkalimetallhydroxid in situ erzeugt, indem man ein Alkalimetallcarbonat und ein anderes lösliches Hydroxid zusetzt.