DE4223494C2

DE4223494C2 - Schnellerhärtendes, hydraulisches Bindemittel

Info

Publication number: DE4223494C2
Application number: DE4223494A
Authority: DE
Inventors: Joachim Unsin
Original assignee: Heidelberger Zement AG
Current assignee: Calucem GmbH
Priority date: 1992-07-17
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2012-07-18
Also published as: CA2100813A1; JP2708697B2; CA2100813C; DE4223494A1; IL106377A; EP0579063A1; DE59305308D1; ATE148436T1; JPH0748152A; EP0579063B1; IL106377A0; US6238474B1

Description

Die Erfindung betrifft ein schnellerhärtendes, hydraulisches Bindemittel.

Es sind zahlreiche Zusammensetzungen bekannt, die Tonerdezement und Portlandzement enthalten und als schnellabbindende Mischungen zum Einsatz gelangen.

Im einzelnen ist zum Stand der Technik folgendes auszuführen:
Es ist beispielsweise der US-PS 4,012,264 zu entnehmen, daß ein sehr schnell abbindender und erhärtender Zement durch Vermischen von Portlandzement und Tonerdezement hergestellt werden kann, gegebenenfalls unter Verwendung von verschiedenen Beschleunigern; es ist weiterhin eine Calciumaluminat- und Portlandzementzusammensetzung beschrieben, die Verzögerer und/oder Beschleuniger enthält.

Tonerdezement wurde auch schon gebranntem Gips oder Anhydrit- Gips zugesetzt, um festere Formen und Güsse zu erhalten; siehe z. B. T. D. Robson, High Alumina Cements and Concretes, John Wiley & Sons, N. Y., 1962; auf den Seiten 126-127 dieser Literaturstelle ist erwähnt, daß Lithiumsalze als Beschleuniger für Tonerdezement geeignet sind.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß Zusammensetzungen, die Tonerdezement, Gips und Lithiumsalze als Beschleuniger enthalten, für sich allein eine übermäßige Schwindung und Naßexpansion in erhärtendem Zustand zeigen.

Aus der EP-PS 0 228 595 ist eine schnellerhärtende Bindemittelmischung, enthaltend Portlandzementklinker, reaktive Calciumaluminate und/oder Tonerdezement, reaktives Calciumsulfat, einen organischen Abbindeverzögerer sowie Alkalicarbonat, bekannt.

Bei dieser Bindemittelmischung ergibt sich eine sehr steile Erstarrungscharakteristik nach Beendigung der Topfzeit mit sehr hohen Frühfestigkeiten und hohen Endfestigkeiten.

Der Nachteil dieses Bindemittels liegt in den strengen bzw. einengenden Anforderungen bezüglich der Auswahl der Ausgangsstoffe.

Als Hauptkomponente wird nämlich nicht handelsüblicher Portlandzement, sondern gemahlener Portlandzementklinker unter Zusatz einer limitierten Calciumsulfatmenge eingesetzt.

Die EP-PS 0 211 362 beschreibt eine Mischung zur Herstellung schnellerhärtender Mörtel, die Bindemittel sowie übliche Zuschläge und Zusätze enthält. Aus dieser Trockenmörtelmischung läßt sich durch Zumischen von Anmachwasser ein schnellerhärtender Mörtel herstellen, der zum rißfreien Verfüllen von Ausbrüchen in Altbeton und zum rißfreien Beschichten grober Flickstellen geeignet ist.

Die EP-PS 0 211 365 offenbart einen Schnellzement, der reaktive Calciumsilikate und reaktive Aluminate enthält und der eine sehr schnelle Erstarrung mit hoher Frühfestigkeit, jedoch verhältnismäßig geringer Endfestigkeit, aufweist.

Ferner wird durch die EP-PS 0 213 390 eine Mörtelmischung beschrieben, die neben üblichen Zuschlägen und Zusätzen reaktive Calciumsilikate, reaktive Aluminate, Calciumhydroxid, Calciumsulfathydrat, Calciumsulfat anhydrit-II und organischen Abbindeverzögerer enthält, wobei eine Erhöhung der Menge an reaktiven Aluminaten eine Erhöhung der Früh- und Endfestigkeit bewirkt, eine Maßnahme, die jedoch zu einer erheblichen Erhöhung der Materialkosten führt.

Im Hinblick auf den Gehalt an reaktiven Calciumaluminaten bzw. Tonerdezement (TZ) in schnellerhärtenden Bindemittelmischungen des vorliegenden Typs, zeigen die angeführten Patentschriften, daß die Fachwelt Anteile von mindestens 5 Masse-%, üblicherweise erheblich höhere Anteile, eines modellhaften Tonerdezementes mit 50% Al₂0₃- Gehalt für unabdingbar hält.

Bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen, schnellerhärtenden Bindemittels hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß eine Verringerung des Gehaltes an Tonerdezement unter diesen Wert zu einer deutlichen Verbesserung der Drückfestigkeitsentwicklung führt, bei nur geringer Verminderung der Frühfestigkeit.

Vorliegender Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein schnellerhärtendes, hydraulisches Bindemittel bereitzu stellen, mit einem, gegenüber dem Stand der Technik, niedrigeren Anteil an TZ, welches eine zweckmäßige Ver arbeitungszeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäßen Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße, schnellerhärtende Bindemittel ist beispielsweise durch den besonderen Vorteil gekennzeichnet, daß es beim Einsatz geringerer Anteile an Tonerdezement einerseits sowie an einem handelsüblichen Portlandzement andererseits, sowohl hohe Frühfestigkeit als auch hohe, für Portlandzement typische, Festigkeitszuwachsräten auf weist.

Weitere Vorteile werden im folgenden angegeben:
Die Basis für die Ausgangsstoffe zur Herstellung des erfindungsgemäßen, schnellerhärtenden Bindemittels ist wesentlich breiter, da über das übliche Maß hinausgehende Anforderungen an die eingesetzten Portlandzemente und Tonerdezemente nicht gestellt werden.

Durch Verwendung von Calciumsilikatzementen, insbesondere von Portlandzementen verschiedener Festigkeitsklassen, kann die zu erreichende Druckfestigkeit des erfindungsgemäßen, schnell erhärtenden Bindemittels dem jeweiligen Anwendungszweck entsprechend eingestellt werden.

Durch die erhebliche Verminderung des Gehaltes an Tonerdezement im erfindungsgemäßen, schnellerhärtenden Bindemittel wird eine bedeutende Senkung der Material kosten erreicht.

Während handelsüblicher Schnellzement der Gattung Portlandzement/Tonerdezement erfahrungsgemäß beim Kontakt mit Luft bereits innerhalb weniger Stunden eine deutliche Verlängerung der Erstarrungszeiten nach dem Anmachen mit Wasser erfährt, weist das erfindungs gemäße, Schnellerhärtende Bindemittel bezüglich dieses Punktes eine bemerkenswerte Unempfindlichkeit auf. Durch niedrige Material- und Umgebungstemperaturen wird die Erstarrungszeit des erfindungsgemäßen schnellerhärtenden Bindemittels wenig verlängert.

Im folgenden werden anhand von Ausführungsbeispielen Versuchsergebnisse dargestellt.

Beispiel 1

Es lagen ein Bindemittel a)

99,1 Masse-% Portlandzement
0,8 Masse-% Alkalicarbonat
0,1 Masse-% Ca-Ligninsulfonat

und ein Bindemittel b)

92,45 Masse-% Portlandzement
4,7 Masse-% Tonerdezement
0,5 Masse-% Alkalicarbonat
0,3 Masse-% Alkalisulfat
1,6 Masse-% Ca(OH)₂
0,05 Masse-% anorganischer Erstarrungsbeschleuniger für Calciumaluminat hydrate
0,20 Masse-% organischer, die Hydratation der Calcium aluminatsulfate hemmen der Erstarrungsverzö gerers
0,20 Masse-% organischer, die Hydra tation der Calcium silicate hemmender Er starrungsverzögerer

zugrunde.

Die Zusammenführung beider Vorformulierungen in einem Verhältnis a:b = 5 : 95 führte zu einem Bindemittel der Zusammensetzung:

Portlandzement
92,78 Masse-%
Tonerdezement	4,47 Masse-%
Natriumcarbonat	0,52 Masse-%
Natriumsulfat	0,29 Masse-%
Calciumhydroxid	1,52 Masse-%
Lithiumcarbonat	0,048 Masse-%
KNa-Tartrat	0,19 Masse-%
Ca-Ligninsulfonat	0,20 Masse-%

Beispiel 2

Bindemittel a)

98,3 Masse-% Portlandzement
1,5 Masse-% Alkalicarbonat
0,2 Masse-% Ca-Ligninsulfonat

und Bindemittel b)

wurden zu einer Formulierung mit dem Verhältnis a:b = 50 : 50 zusammengeführt, welche die nachstehende Zusammen setzung aufweist:

Portlandzement
95,38 Masse-%
Tonerdezement	2,35 Masse-%
Natriumcarbonat	1,00 Masse-%
Natriumsulfat	0,15 Masse-%
Calciumhydroxid	0,80 Masse-%
Lithiumcarbonat	0,025 Masse-%
KNa-Tartrat	0,10 Masse-%
Ca-Ligninsulfonat	0,20 Masse-%

Beispiel 3

Bindemittel a)

98,1 Masse-% Portlandzement
1,5 Masse-% Alkalicarbonat
0,4 Masse-% Ca-Ligninsulfonat

und Bindemittel b)

wurden in einem Verhältnis a:b = 95 : 5 zusammengemischt. Die entstandene Formulierung weist die nachstehende Zu sammensetzung:

Portlandzement
97,82 Masse-%
Tonerdezement	0,24 Masse-%
Natriumcarbonat	1,45 Masse-%
Natriumsulfat	0,015 Masse-%
Calciumcarbonat	0,08 Masse-%
Lithiumcarbonat	0,003 Masse-%
KNa-Tartrat	0,01 Masse-%
Ca-Ligninsulfonat	0,39 Masse-%.

Als Vergleichsbeispiel diente eine Zusammensetzung, dessen Gehalt an Tonerdezement demjenigen eines handelsüblichen Schnellzements der genannten Gattung entspricht:

Portlandzement
78,8 Masse-%
Tonerdezement	15,0 Masse-%
Natriumcarbonat	2,0 Masse-%
Natriumsulfat	1,0 Masse-%
Calciumcarbonat	3,0 Masse-%
Lithiumcarbonat	0,05 Masse-%
KNa-Tartrat	0,05 Masse-%
Ca-Ligninsulfonat	0,10 Masse-%.

Die mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel und dem nicht erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellten Normmörtel nach EN196, bei 20°C und einem W/Z-Wert = 0,50 sowie den angegebenen Ausbreitungsmaßen, zeigten die in der Tabelle 1 zusammengefaßten Erstarrungs- und Drückfestigkeitswerte.

Im folgenden wird der Einfluß der Lagerung auf die Erstarrungszeit erörtert:
Die drei Tonerdezement-armen schnellerhärtenden Binde mittel wurden in 3mm dünner Schicht 24h lang an der Luft bei 23°C Raumtemperatur und 45% relativer Luftfeuchte ausgebreitet.

Nach Lagerung von 1, 2, 8 und 24h wurde sodann an Leim proben mit W/Z-Wert : 0,35 das Erstarren geprüft. Als Vergleichsprobe wurde auf die gleiche Weise ein handelsüblicher Schnellzement auf PZ/TZ-Basis geprüft. Die Ergebnisse sind der Tabelle 2 zu entnehmen.

Es zeigt sich hier, daß der erfindungsgemäße Tonerdezement-arme Schnellzement mit <4,7% Tonerdezement durch die eintägige Luftlagerung praktisch keine Veränderung bzw. zum Teil eine leichte Verkürzung des Erstarrens erfährt. Der handelsübliche Schnellzement auf Portlandzement/Tonerdezement-Basis zeigt dagegen nachteiligerweise eine rasch einsetzende, erhebliche Verlängerung der Erstarrungszeit von 20 Minuten beim frischen Zement auf fast 3 Stunden nach 1-tägiger Auslagerung.

Claims

1. Schnellerhärtendes, hydraulisches Bindemittel, bestehend aus Portlandzement, Tonerdezement sowie an sich bekannten Zusatzstoffen, gekennzeichnet durch einen Gehalt an
95-5 Masse-% an einem Bindemittel der Zusammensetzung
a) 98,1-99,1 Masse-% Portlandzement,
0,8-1,5 Masse-% Alkalicarbonat,
0,1-0,4 Masse-% organischer, die Hydratation der Calciumsilikate hemmender Erstarrungsverzögerer
und
5-95 Masse-% an einem Bindemittel der Zusammensetzung
b) 92,45 Masse-% Portlandzement
4,7 Masse-% Tonerdezement
0,5 Masse-% Alkalicarbonat
0,3 Masse-% Alkalisulfat
1,6 Masse-% Ca(OH)₂
0,05 Masse-% anorganischer Erstarrungsbeschleuniger für Calciumaluminathydrate
0,20 Masse-% organischer, die Hydratation der Calciumaluminatsulfate hemmender Erstarrungsverzögerer
0,20 Masse-% organischer, die Hydratation der Calciumsilicate hemmender und verflüssigungs fördernder Erstarrungsverzögerer.

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische, die Hydratation der Calciumsilikate hemmende und verflüssigungsfördernde Erstarrungsverzögerer ein Salz der Ligninsulfonsäure ist.

3. Bindemittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz Calciumligninsulfonat ist.

4. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische, die Hydratation der Calciumaluminatsulfate hemmende Erstarrungsverzögerer eine Oxicarbonsäure oder deren wasserlösliche Alkalisalze ist/sind.

5. Bindemittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxicarbonsäure Weinsäure oder Citronensäure ist und daß das wasserlösliche Salz dieser Säure ein Alkalisalz ist.

6. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonerdezement im Sinter- oder Schmelzverfahren hergestellt ist und einen Al₂O₃-Gehalt zwischen 40 und 80% aufweist.