DD249697A1 - Binder und verfahren zur herstellung von hochfestem beton - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Binder und ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Beton auf der Basis eines hydraulischen aluminatischen Bindemittels. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, hochfeste Moertel und Betone mit Druckfestigkeiten von ueber 100 MPa fuer stark beanspruchte Bauausfuehrungen bereitzustellen. Erfindungsgemaess wird das mit einem Gemenge aus Tonerdezement, feingemahlener Tonerde und einem wasserloeslichem Phosphat, wie Grahamsches Salz, erreicht, wobei sich die Masseanteile Tonerdezement:Tonerde:Grahamsches Salz wie etwa 1:0,6-1,2:0,3-0,6 verhalten und der mit Wasser angemachte vorzugsweise vibrationsverdichtete Frischbeton sofort oder nach einer Vorlagerung thermisch bei Temperaturen bis zu etwa 300C behandelt wird.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Binder und ein Verfahren zur Herstellung von hochfesten Beton, der als Verschleißschicht oder Verschleißelement bei hochbeanspruchten Fußböden oder Auskleidungen von Industrieanlagen oder einem anderen Erfordernis eines hochfesten zementgebundenen Werkstoffes eingesetzt wird.
Mit dem Begriff „hochfeste Betone" klassifiziert man zementgebundene Normalbetone mit Druckfestigkeiten von etwa 60 MPa bis 100MPa. Sie werden mit Portlandzement unter Verwendung von hocheffizienten Zusatzmitteln, i.d.R. Superverflüssiger, hergestellt, die insbesondere den Wasserbedarf für den Frischbeton vermindern. Diese portlandzementgebundenen Betone erreichen nach einer Lagerzeit von 28 Tagen Festigkeitswerte von maximal 90MPa bis 100MPa. Festigkeitsträger der Bindematrix dieser Betone sind die hydratisierten Portlandzementmineralien C3S und 0-C2S.
In jüngerer Zeit wurden weiterhin auf der Grundlage von Portlandzement höherfeste zementgebundene Werkstoffe entwickelt, wobei ultrafeine reaktive Zusatzstoffe, polare organische Verbindungen, geringe Wasserzementwerte und hohe Formgebungsenergien eingesetzt werden (vgl. Europa-Patentschriften EP 10777, EP 42935, EP 24854, EP 38126, EP 55035). Mit diesen aufwandintensiven zement- und polymergebundenen strukturdefektarmen Kompaktmaterialien, die einen streng determinierten Kornaufbau haben und eine porenreduzierende Druckverformung erfahren, werden Festigkeiten im Bereich zwischen 150MPa bis 300MPa erreicht.
Gleichfalls bekannt sind früh hochfeste Betone auf der Basis von Calciumaluminatsulfat-Zementen, die die Verbindungen C4A3S, C2S, CS, und C4AF enthalten. Die Festigkeiten dieser Mörtel bzw. Betone erreichen bereits nach 3 Tagen bis zu 60MPa und nach 28 Tagen bis zu 90MPa, wie aus dem DD-Patent 130237 ersichtlich ist.
Calciumaluminat-Zemente, die die Minerale CA und CA2 enthalten, zeigen gleichfalls ein schnelleres Hydratationsvermögen und eine zügige Festigkeitsentwicklung. Von Tonerdezement TZ70 ist bekannt, daß nach 3 Tagen Festigkeiten bis zu 40 MPa und nach 28 Tagen bis zu 80 MPa erreicht werden. Diese Zemente sind für die Feuerbetonindustrie von besonderem Interesse, um Anwendungstemperaturen fürfeuerfeste Zustellungen von über 1 5000C zu erreichen. Indem DE-Pätent 2738247 wird in diesem Zusammenhang angegeben, dem Tonerdezement zur Vermeidung des Festigkeitsabfalls im Temperaturbereich um 1 000°C Zusätze zuzusetzen, wie.beispielsweise Phosphat in Mengen von 0,5 bis 5Ma.-%.
Allgemein bekannt ist weiterhin, die Hydratation und die Festigkeitsbildung durch eine Warmnachbehandlung (Temperaturen unter 1000C) oder eine Autoklavbehandlung (Temperaturen bis zu 2000C und entsprechendem Wasserdampfdruck) bei Erfordernis zu beschleunigen, ohne daß es dabei aber gelingt, die aufgeführten Grenzfestigkeitswerte zu überschreiten. Die derzeit bekannten hydraulischen Binder ermöglichen es nicht, Mörtel und Betone mit Festigkeiten von mehr als 100 MPa als weichplastische vibrationsverdichtbare Massen mit einfachen Formgebungstechnologien trotz Einsatz konsistenzbegünstigender Zusatzmittel und Feinstoffzusätze herzustellen.
Es ist das Ziel der Erfindung, einen hochfesten hydraulischen Binder mit Festigkeiten von mehr a Is 100MPa herzustellen, der mit den in der Betontechnologie üblichen Verdichtungsmethoden verformt werden kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Binder für hochfeste Bauausführungen und verschleißfeste Schutzschichten zu schaffen.
Es wurde in überraschenderweise im Zusammenhang mit der Entwicklung hochfeuerfester Binder für die Feuerbetonzustellung 'in pyrotechnischen Anlagen, die Temperaturen über 1 5000C ausgesetzt sind, gefunden, daß Tonerdezement mit einem AI2Gv Gehalt von ca. 70Ma.-%, feingemahlene Tonerde und Zusätzen von Alkalimethaphosphat bei
einer plastischen Verarbeitung und anschließender thermischer Behandlung unter 5000C, also für die Feuerfestindustrie nahezu unbedeutenden Temperaturen, Festigkeitsbildungen ermöglicht werden, die über 100MPa betragen.
Das erfindungsgemäße Bindergemenge besteht aus auf den Tonerdezement bezogenen Masseanteilen der Tonerde zwischen 0,2 bis !,vorzugsweise aber 0,3 bis 0,6, wobei die Tonerde derart gefeint ist, daß ihre massebezogene Oberfläche größer 6000cm2/g und der Anteil kleiner 0,04mm größer 80 Ma.-% beträgt. Weiterhin enthält das Gemenge als wasserlösliches Alkalimethaphosphat Grahamsches Salz, das bezogen auf den Tonerdezement in Anteilen bis zu 0,7 Ma.-%, vorzugsweise aber 0,3 bis 0,6%, zugesetzt wird. Dieses Gemenge entwickelt bei Zusatz von Wasser, entsprechendem Mischen und einer Vibrationsverdichtung thioxotrope Eigenschaften. Der Binder kann unter Zusatz von verschleißfesten harten Zuschlagen wie Korund, Basalt, Granit u.a. zu hochfestem Mörtel oder Beton entwickelt nach kurzer Lagerzeit bei normalen Temperaturen in feuchter Atmosphäre Festigkeiten, die gleich und größer als die bislang erreichten Festigkeiten hochfester Betone sind. Bereits durch ein kurzzeitiges Ld. R. zweistündiges erwärmen auf Temperaturen zwischen 100 bis 150°C steigen die Festigkeiten um ca. 20 bis 30% an.
In folgenden Beispielen soll die Festigkeitsbildung des erfindungsgemäßen hochfesten Binders verdeutlicht werden. Es wurde ein Binder aus Tonerdezement TZ70 und gemahlene Tonerde im Masseverhältnis 1:1 gemischt und mit einem Wasserzementwert von 0,54 (Konsistenz: erdfeucht—weich) verarbeitet. Dem gleichen Trockengemenge wurde, bezogen auf den Zement, 0,6% Grahamsches Salz zugesetzt. Die Verarbeitung dieses Gemenges erfolgte bei gleicher Konsistenz, wobei der Wasserzementwert auf 0,33 gesenkt werden konnte. Für die Verarbeitung eines TZ 70, der nicht mit gemahlener Tonerde gemischt wurde, betrug bei gleicher Verarbeitbarkeit der Wasserzementwert 0,26.
In der nachstehenden Tabelle sind die Druckfestigkeitswerte nach 7tägiger Lagerung bei 200C und 90%iger Luftfeuchtigkeit und anschließender zweistündiger Trocknung bei 11O0C aufgeführt:
Binderanteile
TZ70 : gemahlenerTonerde : Grahamsches Salz
| Wasser-Zement- | Festigkeit | 110 |
| Wert | in MPa nach | 72 |
| 7d | 69 | |
| 0,26 | 60 | 138 |
| 0,54 | 49 | |
| 0,33 | 73 | |
1 : 0 : 0
1:1 : 0
1 : 1 : 0,006
Die Festigkeiten des erfindungsgemäßen Binders, der durch das Mischen mit Tonerde die Kosten für den energieintensiven Tonerdezement vermindert, erreichen nach einem Durchwärmen bei 1100C etwa 140MPa.
Mit dem erfindungsgemäßen Binderund dem aufgeführten Verfahren seiner thermischen Verfestigung gelingt es, hochfeste hydraulischgebundene Betone zu schaffen, die es vorteilhaft bei verschleißbeanspruchten Bauausführungen eingesetzt werden können. Selbst bei Temperaturbeanspruchungen von etwa 3000C betragen die Festigkeiten mehr als 100MPa. Abriebfeste Betonausführungen für Fußböden, staubführende Rohrleitungs- und Kanalsysteme und hochfeste Betonfertigteile für spezifische Baulösungen sind auf der Basis der erfindungsgemäßen Binders gegeben.
Claims (2)
1. Binder zur Herstellung von hochfestem Beton auf der Basis eines hydraulisch aiuminatischen Bindemittels, gekennzeichnet dadurch, daß ein Trockengemenge aus Tonerdezement mit einem AI2O3-Gehaltvon ca. 70 Ma. -%, aus feingemahlener Tonerde mit einer massebezogenen Oberfläche nach Blaine von größer 6000cm2/g bei einem Feinstoffanteil kleiner 0,04mm von größer 80 Ma.-% und einem wasserlöslichem Phosphat, vorzugsweise einem Alkalimetaphosphat in Form des Grahamschen Salzes, besteht, wobei die Masseanteile Tonerde zu Tonerdezement 0,5 bis 1,5 vorzugsweise aber 0,6 bis 1,2 betragen und der auf den Tonerdezement bezogene Grahamsalzanteil 0,1 Ma.-% bis 0,7Ma.-%, vorzugsweise aber 0,3% bis 0,6% ist.
2. Verfahren zur Herstellung von hochfestem Beton bei Verwendung eines Binders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton vorzugsweise mit soviel Wasser gemischt wird, daß ein vibrationsverdichtbares Gemenge entsteht und dieses sofort oder nach einer Vorlagerungszeit bei ca. 200C bei Temperaturen zwischen ca. 1000C bis 5000C, vorzugsweise aber kleiner 3000C, thermisch behandelt wird.
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