NO742269L - - Google Patents

Description

Sementmasse og fremgangsmåte ved fremstilling derav

Oppfinnelsen angår såkalte ekspansjonssementmaterialer og

en fremgangsmåte ved fremstilling derav.

Portland-sement fremstilles ved å blande et.kalkholdig materiale, som kalksten, og et leiremateriale, hvoretter blandingen males til et fint pulver. Dette føres deretter gjennom en ovn ved en temperatur tilstrekkelig til å bevirke begynnende smelting, for fremstilling av en klinker som deretter males med en liten mengde gips til et fint, herdbart pulver.

Bestanddelene i portland-sement foreligger hovedsakelig i

form av kalsiumsilicater, i. det vesentlige som • trikalsiumsilicat,

C3S, og dlkalsiumsilicat, C2^ > sammen med mindre mengder trikalsiumaluminat, C-^A, og tetrakalsiumaluminiumferrit, C^AF, og dessuten mindre mengder av alkalimetalloxyder og magnesiumoxyd. Det skal bemerk.es at innen sementnomenklaturen brukes.de følgende symbol-betegnelser C = CaO, S = Si.02'A = A-l2°3°9F = Fe2°3*N^r den blandes me~d vann, hydra tis er es sementen, bindes og herdes og tjener derved som bindemiddel for. sand, grus. eller andre mineralaggregater. ;Selvom portland-sem.entbe.tong er et av de mest utstrakt anvendte bygningsmaterialer, er den beheftet med den iboende egenskap at den krymper når den tørker. Denne tørkekrymping kan forårsake sprekkdannelse i den ferdige betong. Sprekker med varierende stør-relse finnes vanligvis i de fleste armerte betongkonstruksjoner. På grunn av den iboende tørkekrymping for portland-sementbetonger er en rekke forskjellige forspenningsteknikker blitt anvendt. Forspenning utføres vanligvis mekanisk og krever et omfattende utstyr og en møysommelig teknikk. Når den herdende betong forspennes, hemmes den slik at det utvikles en trykkspenning som er tilstrekkelig høy til å motvirke krympningen. ;Dessuten er forsøk blitt gjort på å fremstille en sementblanding som ikke vil krympe når den hydratiseres og herdes. Disse forsøk har ført til utviklingen av ekspansjonssementer som kan be-tegnes som sementer som når de blandes med vann, danner en pasta som under og etter bindingen og herdingen er tilbøyelig til å få et øket volum tilstrekkelig til i det minste å balansere den iboende tørke-krympning. ;Ekspansjonssementer er blitt behandlet for fremstilling av krympningskompenserte betonger og selvspennende betonger. En krympningskompensert betong er en ekspansjonssementbetong hvori ekspansjonen dersom den hemmes, bevirker at det utvikles trykkspenninger som tilnærmet balanserer strekkspenningen i betongen forårsaket ved tørkingen. På den annen side er en selvspennende betong en ekspansjonssementbetong hvori ekspansjonen dersom den hemmes, bevirker at det utvikles trykkspenninger som er tilstrekkelig høye til å bevirke en betydelig trykkspenning i betongen etter at tørkekrympningen har forekommet. ;De mest velkjente av ekspansjonssementene er antagelig sementblandingene og -bestanddelene av den såkalte "Type K", som beskrevet i US patentskrifter nr. 3 155 526, 3 251 701 og 3 303 037. Disse sementer av "Type K" inneholder vanligvis en ekspandert bestanddel som består av en stabil vannfri kalsiumsvovelaluminatfor-bindelse. erholdt ved oppvarming av en blanding av bauxit, kritt og gips ved en temperatur ikke over ca. 1593° C, f.eks. ca. 1316° C. ;En annen vanlig ekspansjonssement er.sementen av såkalt "Type M" som består av en blanding av Portland-sement, kalsiumalu-minatsement og kalsiumsulfat eller-av et malt produkt fremstilt fra Portland-sementklinker, kalsiumaluminatklinker.. og kalsiumsulf at. ;Et eksempel på ytterligere en vanlig ekspansjonssement er sementen av den såkalte "Type S" som er en portland.. sement inneholdende et høyt C^A-innhold og inneholder et overskudd, av kalsiumsulfat ut over den mengde som vanligvis forekommer i. andre Portland-sementer. ;De ovenfor beskrevne ekspansjonssementmaterialer anvendes for fremstilling av krympningskompensert og selvspennende betong. Anvendelsen av disse vanlig ekspansjonssementblandinger har imidlertid bare gitt begrenset gode iresulater hovedsakelig på grunn av at når slike sementer anvendes, er forskjellen mellom den bevirkede ekspansjon og den senere tørkekrympning meget vanskelig å kontrol-lere innenfor aksepterbare grenser. ;For de fleste vanlige ekspansjonssementblandinger er denne forskjell vanligvis for stor og må motvirkes f.eks. ved bruk av forholdsvis store mengder armeringsstål. Dessuten må de vanlige ekspansjonssementblandinger i alminnelighet holdes under kontrol-lerte betingelser under bindingen. Således .'.vil standard ekspansjonssementer vanligvis ikke ekspandere sterkt ved høye temperaturer og må bindes under våte betingelser før de vil gi aksepterbare resultater. ;Dessuten er slike sementer ikke sementer som er motstands-dyktige overfor sulfater. Videre er styrken for de vanlige ekspan-sjonsbetonger som regel lavere enn for ikke-ekspansjonssementer. ;Det taes derfor ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe et nytt ekspansjonssementmateriale og en fremgangsmåte for fremstilling av dette. Det nye ekspansjonssementmateriale er for erholdelse av de gunstige resultater ikke avhengig av at det i dette benyt-tes en forbindelse av svovelaluminat. ;Det foreliggende ekspansjonssementmateriale har dessuten et vannbehov som ikke er forskjellig fra vannbehovet for vanlig Portland-sement, og det bindes ved høye temperaturer og under tørre betingelser og danner en betong som er like sterk som eller sterkere enn betong dannet fra vanlige Portland-sexaenter. ;Det har ifølge oppfinnelsen vist seg at det nye ekspansjonssementmateriale kan fremstilles utelukkende fra leirematerialer og kalkmaterialer som er vanlig anvendt for fremstilling av portland- ;sementklinker.;Oppfinnelsen angår således et ekspansjonssementmateriale som er særpreget ved at det er fremstilt av leirematerialer og kalk-materi.aler og inneholder 1 - 70-vekt % fritt CaO, idet den gjenværende del hovedsakelig utgjøres av trikalslumsilikat og er i det vesentlige fri. for dikalsi.umslli.cat. ;Det skal bemerkes at fritt CaO eller kalk som anvendt heri, er: ment å betegne kalk som kan bestemmes ved'hjelp av metoden ifølge ASTM C114-69.. Ekspansjonen av sementmaterialet ifølge oppfinnelsen beror på den volumøkning som finner sted når kalsiumoxyd h.ydratiseres til kalsiumhydroxyd. ;Den foreliggende fremgangsmåte for fremstilling av det nye ekspansjonssementmateriale er særpreget ved at ;(a) leirematerialer og kalkmaterialer innføres i en ovn, idet kalkmaterialene inneholder tilstrekkelig med CaO-dannende materialer til at de fullstendig vil reagere med de øvrige materialer i ovnen under erholdelse av et overskudd av uomsatt CaO i den brenté klinker i en mengde av 1 - 70 vekt% av denne, (b) reaksjonsmaterialene brennes i en forbrenningssone i ovnen i tilstrekkelig tid og med en tilstrekkelig temperatur til at i det vesentlige hele silicatmengden i det tilførte materiale vil omdannes til trikalsiumsilicat i det vesentlige uten at ' dikalsiumsilicat dannes, men likevel vil gi 1-70 vekt% fri kalk i den erholdte brente klinker, og (c) klinkeren males for fremstilling av et pulverformig, hydraulisk ekspansjonssementmateriale. ;Det foreliggende ekspansjonssementmateriale kan foreligge;i blanding med en hydratiserbar sement, som portland-sement. ;Det nye ekspansjonssementmateriale ifølge oppfinnelsen kan skreddersys for utførelse av spesielle arbeider. ;Således kan f.eks. det nye materiale anvendes alene eller sammen med Portland-sement for fremstilling av en krympningskompensert betong eller en selvspennende betong. Den effektive forsinkede ekspansjonsvirkning, som erholdes med det nye sementmateriale, vil utøve sin virkning i den herdede betong og fortsette i ca. 1 uke. Denne ekspansjonsegenskap er fullstendig overraskende ut fra den kjente uheldige virkning ay .et. overskudd av. fri kalk i vanlige ;p'ortland~ sementblandinger. Det er . s.åledes, kjent at en tilstedeværelse av fri. kalk. i en'mengde'utover et. par., prosent. i v portland-.sementblandinger vil gjøre disse blandinger uegnede fordi den frie kalk forårsaker en forsinket avbrutt ekspansjon av betongen. Denne :.~avbrudte ekspansjon som forårsakes av et overskudd av fri kalk i portland-sement,kan begynne i den første uke av hydratiseringen og fortsette i så lang tid som 10 år. Det synes således overraskende at mens tilstedeværelsen av et overskudd av fri kalk i vanlig portland-sement vil føre til en ukontrollert ekapansjon og nedbryt-ning av portland-sementbetong, vil en tilstedeværelse av fri kalk i det foreliggende ekspansjonssementmateriale føre til en meget gunstig kontrollert ekspansjon når materialet anvendes sammen med alle typer av pOrtland-sementer eller "pozzolan"-sementer. ;I vanlige portland-sementer fører fri kalk til ufullsten-dige omsetninger under brenningen. Dette fører tilsynelatende til en innkapsling av den frie kalk av langsomt hydratiserende sementforbindelser som på sin side hindrer en tidlig hydratisering av fri kalk. En forsinket hydratisering' i betong kan' føre til en avbrudt ekspansjon. I sementmaterialet ifølge oppfinnelsen er den frie kalk tilsynelatende omgitt av slike hurtig hydratiserende forbindelser som C^S og C3A, og ikke av C2S. Hovedgrunnen til den forsinkede hydratisering er således eliminert i de foreliggende sementmaterialer. ;Det foreliggende ekspansjonssementmateriale kan således anvendes som en ekspanderende bestanddel eller et ekspanderende til-setningsmiddel for vanlige sementer, som portland-sement, eller'.det kan anvendes alene som ekspansjonssement avhengig av dets sammensetning. Dersom det anvendes alene som ekspansjonssement,kan vanlige mengder av gips tilsettes som herderegulerende middel på samme måte som for vanlige sementer. Det foreliggende ekspansjonssementmate- • riale består helst i det vesentlige av 1 - ca. 70 vekt% fri kalk idet resten hovedsakelig utgjøres av trikalsiumsilicat (C-^S). ;Det skal også bemerkes at det foreliggende sementmateriale vil bli beskrevet ut fra dets innhold av fri kalk eller CaO, og det vil forståes at de andre jordalkalimetalloxyder og fortrinnsvis andre jordalkalimetalloxyder bestående av bariumoxyd og strontiumoxyd kan helt eller delvis anvendes som erstatning for kalsiumoxydet som fortrinnsvis anvendes i det foreliggende sementmateriale. ;Det skal dessuten bemerkes at det foreliggende ekspansjonssementmateriale kan fremstilles fra vanlige bestanddeler som anvendes ;i. en' ovn for fremstilling av 'port land-* s-ement.. Andre bestanddeler enn fri kalk. og trikalsiumsi.licat kan således være tilstede i det foreliggende sementmateriale. Dette kanf.eks. inneholde aluminat vanligvis i form av tri.kalsiumalum.inat, C^A, og jern vanligvis i

form av .tetrakalsi.umalumini.umferrit, C^AF..Dessuten kan det foreliggende materiale inneholde mindre mengder av andre forurensninger som er vanlig forekommende i tilførselsmaterialer for ovner for fremstilling av portland-sement, som fosfater, alkaliske materialer og magnesiumoxvd. Dessuten kan mineral jr,. som flusspat, tilsettes. Disse bestanddeler utøver ikke en uheldig virkning i det foreliggende ekspansjonssementmateriale enn i vanlige portland-sementer, og det foreliggende materiale kan tåle disse bestanddeler i samme utstrek-ning som de kan tåles av vanlig portland-sement. Ekspansjonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen inneholder vanligvis en flytende fase i en mengde av ca. 15 - ca. 30 vekt%, fortrinnsvis ca. 18 •- ca.

28 vekt%, bestemt ved hjelp av den velkjente metode ifølge Lea og

Parker beskrevet i Building Research Technical Paper No. 16, His Majesty's Stationery Office, London, 1935. Når f.eks. det foreliggende sementmateriale. fremstilles ved den foretrukne temperatur av 1454 - 1510° C, vil den prosentuelle mengde av flytende fase ved denne temperatur, basert på det prosentuelle innhold av Al203, Fe2C3, MgO, K2C og Na2G i klinkeren, utgjøres av 3,0 (% A1203) + 2,25 (% Fe203) + % MgO + % K20 + % Na20. Da den prosentuelle mengde av den dannede flytende fase er avhengig av brenntemperaturen og lavere når brenntemperaturen også er lavere, skal det bemerkes at når det foreliggende materiale fremstilles ved en temperatur på ca. 1399° C, vil det prosentuelle innhold av flytende fase utgjøres av 2,9 5 (% A1203) + 2,2 0 (% Fe203) + % MgO + % K?0 + % Na20. Som et ytterligere eksempel kan det nevnes at hvis det foreliggende materiale fremstilles ved en tempertur på ca. 1343° C sam tilsvarer smeltepunktet for det kvartære eutektis ke systemCaO-Al203-Si02-Fe203, og hvis forholdet Al203:Fe203er over 1,38:1, vil det prosentuelle innhold av flytende fase utgjøres av 6,1 (% Fe203) + % MgO + % K20<+>% Na205og hvis forholdet Al203:Fe203er under 1,38:1, vil det prosentuelle innhold av den flytende fase utgjøres av 8,50

(%<A1>2<0>3). - 5,22 (%Fe203) + % MgO + % K20 + % Na20. Det foretrekkes vanligvis at mengden av aluminatene og ferritene og andre forurensninger er under ca. 30 vekt% av sluttmaterialet.

Det foretrekkes således at hele silikatmengden i det foreliggende ekspansjonssementmateriale er tilstede i form av tri- kalsi.urrisi.li.cat, C^S, og at materialet ifølge oppfinnelsen inneholder i det vesentlige intet, fortrinnsvis intet, dikalsi.umsilicat, C2S. Det har ifølge oppfinnelsen ..vist seg .at en. vesentlig mengde di-kalsiumsili.cat er skadelig for materialet ifølge oppfinnelsen fordi det forårsaker en forsinket hydratisering av kalken. Det foretrek-;/kes. derfor at det høyst er tilstede ca. 5 vekt%' dikalsiumsilicat, og helst at intet dikalsiamsilicat er tilstede i det foreliggende materiale.

Ekspansjonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen bør dessuten ha en partikkelstørrelse ikke over ca. 20 mesh (Tyler-sikter) og et Blaine-overflateareal på ikke over ca. 6000 cm<2>/g som bestemt ifølge ASTM C204-68. Det er ennu mer foretrukket at ekspansjonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen har partikler med en størrelse som gjør at de vil passere gjennom en 80 mesh sikt og at det har et Blaine-overflateareal på ikke over 4 000 cm<2>/g. Det er ennu mer foretrukket at det foreliggende ekspansjonssementmateriale har partikler med en størrelse slik at de i det vesentlige passerer gjennom en 100 mesh sikt og at det har et Blaine-overflateareal på 1500 - 3000 cm2/g.

Det foreliggende ekspansjonssementmateriale kan fremstilles fortrinnsvis fra reaktive leirematerialer og kalkholdige materialer som vanligvis anvendt ved fremstilling av portland-sementklinker. Hovedforskjellen ved fremstillingen av det foreliggende ekspansjonssementmateriale og en typisk portland-sementklinker er at bestanddelene velges slik at det fås et overskudd på 1 - 70 vekt% fri kalk etter avsluttet støkiometrisk omsetning av de andre bestanddelene med kalk, og at ovnen drives under slike betingelser at ut-gangssilicatmaterialet vil reagere med kalken i støkiometriske forhold under dannelse hovedsakelig av trikalsiumsilicat. Dette kan oppnås ved at ovnen drives under såkalte "normal" betingelser til såkalte "hardbrennings"-betingelser. Ovnen kan enkelt drives ved en temperatur på 1260 - 1593° C, fortrinnsvis 1454 - 1510° C, og materialet omsettes i ovnens forbrenningssone i tilstrekkelig tid til at hele eller i det vesentlige hele mengden av silicatmaterialet vil omdannes til trikalsiumsilicat. Den hardbrente klinker fra ovnen er vanligvis et sterkt fortettet materiale. Jordalkalimetalloxydet og

silisiumdioxydet bør derfor reagere fullstendig støkiometrisk med hverandre under dannelse av et jordalkalimetallsilicatreaksjonspro-dukt inneholdende det maksimale støkiometriske forhold av jordalkalimetalloxydet til si.lici.umdioxydet og i det vesentlige inget jord-

alkaliroetailsilicat med. et forhold .mellom jordalkalimetalloxyd og sili.ci.umdl.oxyd som er lavere enn dette maksimum.. Det bør bemerkes at de tilførselsmateri.aler. som ikke reagerer under slike brennings-betinge.ls.er enten på grunn av deres størrelse eller sammensetning, ikke skal tas i, betraktning for de ovennevnte støkiometriske bereg-ninger, selv om de kan være tilstede i tilførselsmaterialet.

Etter brenningen avkjøles klinkeren på vanlig måte, som ved avkjøling med luft eller ved bråkjøling i vann.. Det foretrekkes vanligvis at klinkeren bråkjøles i vann hvis en lys farve er ønske-lig. Deretter males klinkeren til en egnet partikkelstørrelse, som nevnt ovenfor.

Hvis det foreliggende ekspansjonssementmateriale inneholder under ca. 10 vekt% fri kalk, kan det vanligvis anvendes direkte som ekspansjonssement. Når det anvendes sammen med portland-semar.it-blandinger, skal det foreliggende ekspansjonssementmateriale fortrinnsvis inneholde 5-45 vekt% fri kalk, mer foretrukket 10 - 35 vekt% fri kalk, og helst 10 - 30 vekt% fri kalk. Det fåes utmerkede blandinger inneholdende f.eks. 20- 28 vekt% fri kalk. Det foreliggende ekspansjonssementmateriale kan blandes med en hvilken som helst vanlig Portland-sement i en! . 'hvilken som helst egnet forholdsvis mengde, f.eks. 1 -.99 vekt% ekspansjonssementmateriale i den erholdte blanding. Tilfredsstillende ekspansjonssementer kan vanligvis fremstilles ifølge oppfinnelsen ved å blande 10 - 40 vekt% av det ovenfor beskrevne ekspansjonssementmateriale med 90 - 60 vekt% portland-sement. Det foreliggende ekspansjonssementmateriale kan skreddersys for å gi en ønsket ekspansjon, ikke bare ved å regulere mengden av fri kalk i materialet, men også ved å regulere materialets partikkelstørrelse. Vanligvis vil materialets, finhet regalere hydratiseringshastigheten og ekspansjonsforholdet. Meget enkle prøver for å fastslå partikkelstørrelsen i forhold til ekspansjons-tiden kan utføres ved å skreddersy den foreliggende sement for et hvilket som helst spesielt bruksforhold.

Den i et betongsystem inneholdende ekspansjonssementmateriale ifølge oppfinnelsen erholdte ekspansjon er vanligvis propor-sjonal med mengden av fri kalk i det samlede materiale eller den samlede blanding som anvendes. Hvis således det foreliggende ekspans jonssementmateriale blandes med en annen hydratiserbar sement, som Portland-sement, har det vist seg at det fås en bedre kontroll av den samlede sementblanding hvis det frie kalkinnhold i det fore liggende ekspansjonssementmateriale'er- 10 - 30 vekt%, dvs. fortrinnsvis over 10 vekt%, men. under 30. vekt%. Når det foreliggende ekspans,jonssementmateriale blandes med vanlige sementer for fremstilling av en ekspansjonsblanding, vil det. lineære forhold mellom ekspansjonsgraden og mengden av. fri . kalk i det samlede sementmateriale i praksis være mer jevnt hvis. det for. fremstilling av det samlede sementmateriale ved blanding anvendes et ekspansjonssementmateriale ifølge oppfinnelsen som inneholder fri kalk i en mengde av 10 - 30 vekt%fenn hvis det samlede sementmateriale erholdes ved blanding under anvendelse av det foreliggende.ekspansjonssementmate riale med et innhold på vesentlig over 30 vekt% fri kalk. Mulig-heten for jevnt å regulere ekspansjonen av blandinger inneholdende det foreliggende ekspansjonssementmateriale avtar f.eks. med økende innhold av fri kalk i det foreliggende ekspansjonssementmateriale utover ca. 30 vekt% fordi når ekspansjonssementmaterialet inneholdende slike store mengder av fri kalk anvendes, vil små variasjoner i mengden av ekspansjonssementmaterialet som blandes med andre sementblandinger føre til større variasjoner i den erholdte ekspansjonsgrad.

Et egnet ekspansjonssementmateriale ifølge oppfinnelsen som kan anvendes sammen med Portland-sement i et hvilket som helst ønsket forhold, vil inneholde fri kalk i en mengde av 20 - 30 vekt% og ha et Blaire-overflateareal på 2000 - 3000 cm<2>/g. Dessuten vil en annen egnet utførelsesform av det foreliggende ekspansjonssementmateriale inneholde fri kalk i en mengde på ca. 4 5 vekt% og ha partikler som alle vil passere gjennom en 100 mesh sikt, og ha et Blaine-overflateareal på ikke over ca. 2000 cm /g. Når innholdet av fri kalk i det foreliggende ekspansjonssementmateriale er 4 5 vekt% eller derover, foretrekkes det vanligvis at sementmaterialet har et Blaine-overflateareal ikke over 2000 cm p/g. Hvis imidlertid det er nød-vendig med en sterkere opprinnelig ekspansjon, kan et kalkinnhold på 4 5 vekt% eller derover anvendes sammen med materiale med et høyere Blaine-overflateareal. Ekspansjonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen kan dessuten skreddersys for å gi en opprinnelig hurtig ekspansjon, fulgt av en generelt jevn langsom ekspansjon i løpet av en ønsket tid. Et egnet eksempel på et slikt materiale er et som inneholder 5-40 vekt% fri. CaO og som inneholder en 50:5.0 blanding av et materiale med et jevnt Blaine-overflateareal på 3000 cm /g og et materiale med en jevn partikkelstørrelse på -100 mesh. Det fremgår således, at det nye ekspans jonssementmateriale ifølge oppfinnel sen kan skreddersys for . å tilfredsstille et hvilket som helst egnet spesielt bruksformål. Det kan som et generelt forslag fremsettes at når ekspans.jonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen anvendes alene, eller i blanding med portland-sement for fremstilling av en krympningskompensert sement, foretrekkes det vanligvis at sluttinn-holdet av fri kalk i. det erholdte materiale eller den erholdte blanding skal utgjøre 2-10 vekt%'. "Kjemisk, forspennende" . materiale kan fremstilles ved å øke mengden av fri kalk i materialet.

Det foreliggende ekspansjonssementmateriale kan fremstilles i store mengder inneholdende varierende mengder av fri kalk (1 - 7 0 vekt%) og partikler med varierende størrelser, hvis bare partikkelstørrelsen er mindre enn ca. 20 mesh og det foreliggende ekspansjonssementmateriale får et Blaine-overflateareal ikke over ca. 60.00 cm /g. Hver fremstilt sats kan lagres i en silo og deretter blandes med portland"sementmaterialer, f.eks. vanlig portland-sement av type I, og deretter markedsføres i pakket tilstand eller 1 løs vekt.

Det er ikke helt forstått hvorledes de foreliggende ekspans jonssementmaterialer utøver sin ekspanderende virkning. Det antas for tiden at forekomsten av fri kalk sammen med trikalsiumsilicat i fravær av eller i det vesentlige i fravær av dikalsiumsilicat er nøkkelen til det foreliggende ekspansjonssementmateriales ekspanderende egenskap. I vanlig :p3rtiand~ sement er de frie CaO-partikler tett innelukket i sementforbindelser omfattende dik.alsium-silicat. Dette belegg er tilstrekkelig til å hindre en tidlig hydratisering av CaO. Hvis således store mengder fritt CaO er tilstede (over et par prosent, f.eks. over ca. 2 vekt%) i et vanlig' portland-sernentmateriale, fører den erholdte innkapsling av CaO til en forsinket hydratisering og avbrudt ekspansjon som kan forekomme i flere år. På grunn av imidlertid at CaO og trikalsiumsilicat foreligger sammen i ekspansjonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen og at i det vesentlige intet dikalsiumsilicat er tilstede, fås en svakt forsinket kalkhydratisering, men en i det vesentlige fullstendig kalkhydratisering i løpet av ca. 1 uke. Det antas at det er dette som gir det foreliggende ekspansjonsmateriale dets ekspanderende egenskaper. Det er blitt fremsatt en teori, at hardbrenningen av sementbestanddelene i ovnen ikke bare fører til en fullstendig omdannelse av silicatene til trikalsiumsilicater og etterlater et vesentlig overskudd av fri kalk, men også at den fører til meget findelte, tette partikler av fritt CaO som er tynt belagt med trikalsiumsilicat og/eller andre hurtig hydratiserende sementforbindelser'(med unntagelse av dikal-siumsili.cai) .. Når således, det foreliggende ekspans jonssementmateriale anvendes alene eller sammen med andre sementmateri.aler i blanding me.d vann, vil vannet trenge gjennom de andre hurtig hydratiserende sementforbindelser, som trikalsiumsilicat, etter at de er blitt hurtig hydratisert, og deretter hydratisere den fri kalk.

Denne prosess, fører til en gunstig forsinket hydratisering av kalken. En vesentlig hydratisering av den frie kalk begynner bare etter at sementen er blitt bundet, men hydratiseringen er i det vesentlige fullstendig i løpet av ca. 6 eller 7 dager, og dette bevirker den effektive og teknisk verdifulle ekspansjon av det hydratiserende materiale. Det erholdte materiale inneholder de samme kjemiske bestanddeler som portland-sement og ingen tilsetningsinidler, som sulfoaluminater, som er kjemisk forskjellige fra bestanddeler i Portland-sement.

Det erholdte materiale danner en betong som vanligvis er sterkere enn den vanlige ekspansjonssementbetong. Dessuten kan det nye sementmateriale anvendt alene eller sammen med portland-sement herde i tørt vær, det krever ikké mer vann enn vanlig portland-sement, idet bindes ved høyere temperaturer, det er motstandsdyktig overfor sulfat, og det er rimelig å fremstille. Sementmaterialet ifølge oppfinnelsen er et materiale som gjør det mulig for industrien å skreddersy sementmaterialets ekspansjon for spesielle konstruksjons-formål på en mer nøyaktig måte enn hittil mulig. Som nevnt ovenfor kan det foreliggende ekspansjonssementmateriale anvendes alene eller det kan blandes med vanlige sementmaterialer for å gjøre disse ekspanderende. Det foreliggende sementmateriale kan f.eks. anvendes sammen med alle typer av portland-sement, omfattende ASTM type I - V, Portland-mursement, spesielt farvet portland-sement som beskrevet i US patentskrift nr. 3 667 976, og pozzolansementer som ASTM type IP. Pozzolansementer omfatter sementer som inneholder flyaske, slagg eller vulkaniske materialer ofte anvendt i form av en blanding i forskjellige portland-sementer. Dessuten kan det foreliggende sementmateriale anvendes sammen med .ikke-portland-sement, som kalsiumaluminatsementer og gipssementer.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet ved hjelp av de nedenstående eksempler.

Eksempel 1

Et ekspansjonssementmateriale ble fremstilt i overensstem- meise med den foreliggende fremgangsmåte ved først å hardbrenne en leire- og kalkholdig bergart (.Austin-kritt) i,, en sementovn. Blandingen ble hardbrent.. ved..en.,..temperatur på ca. 1510° C i en for-brennings.sone, og det ble fremstilt et hardt, tett produkt. Pro-duktet ble bråkjølt i luft og deretter, malt i. en kulemølle til et Blaine-overflateareal med en.finhet på 2619 cm<2>/g, som bestemt ved ASTM C204-68. Alle partikler hadde en størrelse mindre enn 20 mesh (Tyler-sikter). , og 86 ,1 % av partiklene passerte gjennom en 200 mesh

sikt mens 80,1 % av partiklene passerte gjennom en 325 mesh sikt.

j Det erholdte materiale besto av 41,9 % fritt CaO, idet resten av bestanddelene utgjordes av trikalsiumsilicat, trikalsiumaluminat og tetrakalsiumaluminiumferrit, hvorav trjkalsiumsilicat utgjorde hoved-bestanddelen i blandingen bortsett fra den fri kalk. En analyse av materialet (med unntagelse av ca. 0,3 vekt% alkalier som var tilstede i materialet^ er gjengitt i den nedenstående tabell I. Dette materiale vil nedenfor bli betegnet som "ekspansjonsmateriale A".

Deretter ble ekspansjonsmaterialet A blandet med et brun-gult Portland-sementmateriale fremstilt ved fremgangsmåten som beskrevet i US patentskrift nr. 3 667 976. Dette gulbrune sementmateriale hadde en finhet på 3775 cm<2>/g og ga den i tabell 2 nedenfor gjengitte analyse.

Sementpastaen ble nærmere bestemt fremstilt ved å blande

70 vektdeler av den gulbrune portlandsement med 30 vekt% av ekspansjonsmaterialet A med tilblanding av 4 0 vekt% vann. Den erholdte våte oppslemning ble helt i en stålform for fremstilling av en 2,54 x 2,54 x 25,4 cm prøvestang. Denne ble herdet i fuktig luft ved 23° C, og et tallskive-sammenligningsmåleinstrument ble anvendt for å måle prøvestangens ekspansjon i løpet av 7 dager. Resultatene er gjengitt i den nedenstående tabell 3.

Dette eksempel viser tydelig den gunstige ekspansjon for et hydratisert sementmateriale som erholdes ved bruk av det foreliggende ekspansjonssementmateriale.

Eksempel 2

I dette eksempel ble forskjellige prosentuelle mengder av det i eksempel 1 ovenfor beskrevne ekspansjonsmateriale A blandet med det i. eksempel 1 beskrevne gulbrune portland-sementmateriale og med portland-sement av type I i. en vanlig betongblander, og de hemmede ekspansjoner for de erholdte prøver ble målt. Dessuten ble også de fremmede ekspansjoner for. betongblandinger av den rene gulbrune, portland-sement, den ,rene portland-sement av type I og portland-sement av type S målt. Hemmingen ble erholdt ved bruk av en stålstang med en diameter, på 6,35 mm. i. en 7 ,62, x 7,62 x 25,4 cm prøve. Den portland-sement av type I som ble benyttet, var en typisk portland-sement av type I med en finhet.på 3150 cm<2>/g og med den i tabell 4 nedenfor gjengitte analyse.

Den anvendte sement av type S hadde en finhet på 3710cm 2/g og den i tabell 5 nedenfor gjengitte analyse.

Syv betongblandinger ble laget.

Sementandelen i blanding nr. 1 utgjordes av 5 vekt% ekspansjonsmateriale A og 95 vekt% av den gulbrune portland-sement. Sementandelen a^blanding nr. 2 utgjordes av 10 vekt% ekspansjonsmateriale A og 90 vekt% av den gulbrune portland-sement. Sementandelen av blanding nr. 3 besto av 5 vekt% av ekspansjonsmaterialet A og 95 vek.t% av portland-sement av type I. Sementandelen av blan ding nr. 4 besto av 7,5 vek.t% .av ekspansj.onsmaterialet A og 92,5vekt% .av portlandsement av type I. Sementandelen av blanding nr. 5. beato av den gulbrune-portland-sement. Sementandelen.av blanding nr. 6 besto av portland-sement av type I alene. Sementandelen av blanding nr. 7 utgjordes av portland-sement av.type S alene. Hvert av disse sementmaterialer. ble .blandet med mineralaggregater og vann i. en standard, betongblandemaskin med en sementfaktor på 6 sekker sement pr. 7 65 liter ferdig betong. Hver prøve inneholdt 2 0 vektdeler sement, 4 4,9 vektdeler sand, 69,7 vektdeler grove mineralaggregater (knust kalksten) og tilstrekkelig vann (ca. 11 vektdeler) til at de erholdte prøveblandinger fikk en sammenlikning på 12,7 cm som bestemt ved metoden ifølge ASTM C143-69. Disse prøveblandinger ble heldt i standard 2-prismeformer ifølge Portland Cement Association hvorav hver hadde en stålarmeringsstang som strakk seg

i lengderetningen gjennom formen og knyttet de to stålplater ved formens motsatte ender sammen, slik at det forelå 0,3 % stål i formens tverrsnitt.

To 7,62 x 7,62 x 25,4 cm prøvestenger ble laget av hver prøve. Alle prøvestenger ble opprinnelig herdet under vann i 7 dager ved 23° C. Deretter ble én av prøvestengene for hver blanding herdet i den omgivende atmosfære i ytterligere 14 dager, og den an--dre prøvestang for hver blanding ble fortsatt herdet under vann i 21 ytterligere dager ved 23° C. Et tallskivesammenligningsmåleinstru-ment ble anvendt"for å måle de erholdte betongprøvestengers ekspansjon, og resultatene basert på en opprinnelig avlesning etter 6 timer for hver stang er gjengitt i den nedenstående tabell 6. Verdiene etter 1, 3 og 7 dager ved 23° C under vann er således de aritmetiske gjennomsnitt av ekspansjonen for to prøvestenger av hver prøveblanding, og de øvrige tall i tabellen representerer målinger for de enkelte prøvestenger.

Tallene i parentes antyder krympningen.

Det fremgår tydelig av den ovenstående tabell at eJcspan-sjonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen kan blandes i forskjellige mengder med vanlige portland-sementer for fremstilling av ekspansjonssementmaterialer som vil ekspandere mer enn eller like meget som vanlige ekspansjonssementmaterialerrsom sement av type S.

Eksempel 3

Ennå et ekspansjonssementmateriale ifølge oppfinnelsen ble fremstilt ved hardbrenning av en leire- og kalkholdig råblanding i en ovn. Forholdet mellom kalkholdig og leireholdig materiale ble regulert slik' at den erholdte blanding inneholdt ca. 18 - 19 vekt% fri kalk. Blandingen ble ført inn i en ovn og oppvarmet til en temperatur på ca. 1476° C. Materialet fra ovnen ble bråkjølt i vann

og deretter malt til en finhet på 2594 cm<2>/g og slik at 98,7 vekt% av pattiklene passerte gjennom en 200 mesh sikt og 91,7 vekt% gjennom en 325 mesh sikt. Det erholdte materiale inneholdt 18,4 vekt% fri kalk, og de øvrige bestanddeler utgjordes av trikalsiumsilicat, trikalsiumaluminat og tetrakalsiumaluminiumferrit med spor av magnesiumoxyd. Materialet ble analysert, og resultatene av analysen (med unntagelse av ca. 0,3 vekt% alkalier som var tilstede i materialet) er gjengitt i den nedenstående tabell 7.

Dette materiale vil nedenfor bli betegnet som "ekspansjonsmateriale B".

Eksempel 4

.Et annet ekspansjonssementmateriale ifølge oppfinnelsen ble framstilt ved hardbrenning av en råblanding av leireholdig og kalkholdig materiale i en ovn. Forholdet mellom kalkholdig materiale og leireholdig materiale ble regulert slik at blandingen fikk et innhold på ca. 22 - 23 vekt% fri kalk. Blandingen ble ført inn i en ovn og oppvarmet til en temperatur på ca. 1449° C. Klinkeren fra

ovnen ble avkjølt i luft og deretter malt til en finhet på 3432 cm 2/g og slik at 95,6 vekt% av partiklene passerte gjennom en 200 mesh sikt og 88,5 vekt% gjennom en 325 mesh sikt. Det erholdte materiale inneholdt 22,9 vekt% fri kalk, og de øvrige bestanddeler utgjordes av

trikalsiumsilicat, trikalsiumaluminat cg tetrakalsiumaluminiumferrit med spor av magnesiumoxyd. 'Materialet ble analysert, og resultatene av analysen (med unntagelse av ca. 0,3 vekt% alkalier som var tilstede i materialet) er gjengitt.i den nedenstående tabell 8.

Dette materiale vil nedenfor bli betegnet som "ekspansjonsmateriale C " .

Eksempel 5

Ennu et annet ekspansjonssementmateriale ifølge oppfinnelsen ble fremstilt ved hardbrenning av en råblanding av leireholdig og kalkholdig materiale, i en ovn. Forholdet mellom kalkholdig og leireholdig materiale ble regulert slik at den erholdte blanding inneholdt ca. 24 - 25 vekt% fri kalk. Flusspat (kalsium-fluorid). ble også satt til råblandingen i en mengde av 1,5 vekt%

for å tjene som mineraliseringsmiddel og for å sikre en mer fullstendig omsetning mellom de andre bestanddeler i blandingen. Denne ble ført inn i en ovn og oppvarmet til en temperatur på ca. 1454° C. Klinkeren fra ovnen ble avkjølt i luft og deretter malt til en finhet på 2619 crrr/g og slik at 98,1 vekt% av partiklene passerte gjennom en 200 mesh sikt og 88,8 vekt% gjennom en 325 mesh sikt. Det erholdte materiale inneholdt 24,3 vekt% fri.kalk, og de øvrige bestanddeler utgjordes av trikalsiumsilicat, trikalsiumaluminat og tetrakalsiumaluminoferrit med spor av magnesiumoxyd og flusspat. Materialet ble analysert, og resultatene av analysen (med unntagelse av ca. 0,3 vekt% alkalier som var tilstede i materialet) er gjengitt i den nedenstående tabell 9.

Dette materiale vil nedenfor bli betegnet som "ekspansjonsmateriale D" .

Eksempel 6

Betongprøvestenger ble fremstilt for å kunne utføre hemmede ekspansjonsprøver under anvendelse av ekspansjonsmateriale B, ekspansjonsmateriale C og ekspansjonsmateriale D beskrevet i de ovenstående eksempler. Sementandelen av blanding nr. 8 utgjordes av 30 vek.t% ekspans jonsmateriale B og 7 0 vekt% av den ovenfor beskrevne gulbrune portland-sement. Sementandelen av blanding nr. 9 besto av 25 vekt% ekspansjonsmateriale C og 75 vekt% av den ovenfor beskrevne, gulbrune portland-sement. Sementandelen av blanding nr.

10- utgjordes av 25 vekt% ekspansjonsmateriale D og 75 vekt% av dehovenfor beskrevne gulbrune portland-sement. Kver av disse sementblandinger ble blandet med mineralaggregater og vann i. et standard blandeapparat med en sementfaktor på 6 sekker sement pr. 765 liter ferdig betong. Hver prøve inneholdt 20 vektdeler sement, 44,9 vektdeler sand, 69,7 vektdeler grove aggregater (knust kalksten) og tilstrekkelig vann (ca. 11 vektdeler) til at de erholdte prøveblandin-ger fikk. en sammensynkning på 12,7 cm som bestemt ved hjelp av metoden ifølge ASTM C143-69. Prøveblandingene ble heldt i standard 2-prismeformer ifølge Portland Cement Association hvorav hver hadde en stålarmeringsstang som strakk seg i lengderetningen gjennom formen og knyttet de to stålplater ved dens motsatte ender sammen, slik at det forelå 0,3 % stål i formens tverrsnitt. To 7,62 x 7,62 x 25,4 cm prøvestenger ble støpt av hver av blandingene 8, 9 og 10. Alle prøve-stenger ble opprinnelig herdet under vann i 7 dager ved 23° C. Deretter ble én av prøvestengene av hver blanding herdet i den omgivende atmosfære i 14 ytterligere dager, og den annen prøvestang av hver blanding bie fortsatt herdet i ytterligere 21 dager.under vann ved 2 3° C. Et tallskivesammenligningsmåleapparat ble anvendt for å måle de erholdte betongprøvestengers ekspansjon, og resultatene basert på en opprinnelig avlesning for hver stang etter '6 timer er gjengitt i den nedenstående tabell 10. Verdiene etter 1, 3 og 7 dager ved 23° C under vann representerer således det aritmetiske gjennomsnitt av ekspansjonen for to prøvestenger av hver prøveblan-ding, og de øvrige tall i tabell 10 representerer målinger for de enkelte prøvestenger.

Det fremgår tydelig av den ovenstående tabell at de foreliggende ekspansjonssementmaterialer har flere virkninger. Bruk av bråkjøling i. vann og tilsetning av mineraliseringsmidler har ingen uheldig innvirkning på ekspansjonen.

Eksempel 7

Betongprøvestenger ble fremstilt ved anvendelse av ekspans. jonsmateriale D både for hemmede og uhemmede ekspansjonsprøver. Den i. blanding nr. 11 anvendte betong besto av 25 vekt% ekspansjonssementmateriale D og 75 vekt% av den ovenfor beskrevne gulbrune portland-sement og var den samme som blanding nr. 10 ifølge eksempel 6. Støpeprosessene var også de samme som beskrevet i eksempel 6. Hver prøvestang ble støpt i de ovenfor beskrevne former som inneholdt Q %, 0,15 %, 0,30 % og 0,70 % stål i formens tverrsnitt. Alle prøvestenger ble herdet 14 dager under vann ved 23° C. Et tallskive-sammenligningsmåleinstrument ble anvendt for å måle de erholdte betongprøvestengers ekspansjon, og resultatene basert på en opprinnelig avlesning etter 6 timer for hver prøvestang er gjengitt i tabell 11 nedenfor.

Det fremgår av den ovenstående tabell at ekspansjonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen er ny.ttig for anvendelse i forbindelse med kjemisk forspenningsanvendelse.

Eksempel 8

Bøye- og trykkfasthetsprøver ble utført med 7,62 x 7,62 x 25,4 cm uarmerte betongprøvestenger fremstilt fra blandinger som tilsvarte blandinger 1-10 beskrevet i de ovenstående eksempler. Dessuten ble betongprøvéstenger (fra samme standard blanding som beskrevet i eksempel 2). laget for sammenligning av et standard sementmateriale av type K.

Denne sement var blitt tilsatt et ekspanderende tilset-ningsmiddel bestående av aluminiumsulfat. Sementen av type K ble analysert og ga den analyse som er.gjengitt i tabell 12 nedenfor.

Prøvestenger ble laget fra hvert prøvemateriale og herdet

i den foreskrevne prøvetid ved 23° C i fuktig luft. Dessuten ble for sammenlignings skyld prøvestenger av blanding nr. 12 (ren type K) fremstilt på samme måte som beksrevet for blandingene 1 - 10 i de ovenstående eksempler. Bøyefastheten for betongprøvestengene ble bestemt i overensstemmelse med metoden ifølge ASTM C293-68. Hver bøyefasthetsverdi gjengitt i den nedenstående tabell 13 representerer gjennomsnittet av to bestemmelser.

For den ovenfor beskrevne bøyefasthetsprøve er det nødven-dig at prøvestangen plaseres i. spenn mel] om to stålstenger og at en tredje, stålstang plaseres i. midten av spennet, og at kraft tilføres inntil stangen, svikter.....Hver av prøvestengene anvendt for prøvene 1 -.10 og 12 ble således, brudt i...to stykker under bøyeprøven. Hvert avdisse brudte stykker for hver prøvestang ble deretter underkastet en trykkfasthetsprøve i. overensstemmelse med ASTM C116-68. Resultatene for trykkfasthetsprøvene er gjengitt i den nedenstående tabell 14. Hver trykkfasthetsverdi representerer gjennomsnittet av 4 bestemmelser .

De ovenstående fasthetsprøver viser at betonglbandingene laget fra ekspansjonssementmaterialene ifølge oppfinnelsen har fastheter som i det vesentlige tilsvarer bøye- og trykkfastheten for vanlige ekspansjonssementer og ikke-ekspansjonssementer.

Eksempel 9

Et annet ekspansjonssementmateriale ifølge oppfinnelsen ble fremstilt ved å brenne en råblanding av leireholdige og kalkholdige materialer i en stor roterovn i teknisk målestokk. Forholdet mellom kalkholdig: materiale og leireholdig materiale ble regulert slik. at den erholdte blanding 1 inneholdt ca. 26 - 27 vekt% fri kalk.. Blandingen ble. f ørt inn .1 ovnen<p>g oppvarmet til en temperatur på ca.. 1510° C. Klinkeren fra.ovnen ble hurtig avkjølt ved at den ble tømt i. en tank med vann., Den. ble deretter.. ført. gjennom et rotertørkeapparat og malt i et lukket. raalekretssystem til en finhet på 2569 cm /g og slik. at 93,8 vekt% av partiklene passerte gjennom en 100 mesh. sikt, 79,8 vekt% gjennom en. 2oo mesh. sikt og 75,0 % gjennom en 325 mesh sikt. Det erholdte, malte klinkermateriale inneholdt 26,6 vekt% fri. kalk, og de øvrige bestanddeler utgjordes av trikalsiumsilicat, trikalsiumaluminat og tetrakalsiumaluminiumferrit med spor av magnesiumoxyd. Materialet ble analysert, og resultatene av analysen er gjengitt i deri nedenstående tabell 15.

Dette materiale vil heretter bli betegnet som ekspansjonsmateriale E.

Eksemp el 10

Ennu et ekspansjonsmateriale ifølge oppfinnelsen ble fremstilt ved å brenne en leireholdig og kalkholdig blanding i en stor teknisk roterovn. Forholdet mellom kalkholdig materiale og leireholdig materiale ble regulert slik at den erholdte blanding inneholdt ca. 23 - 24 vekt% fri kalk. Blandingen ble ført inn i roterovnen og oppvarmet til en temperatur på ca. 1510° C. Klinkeren fra roterovnen ble avkjølt i. luft og deretter malt sammen med gips i et lukket målesystem inntil en finhet på o 3831 cm 2/g og slik at 97,8 vekt% av partiklene passerte gjennom en 200 mesh sikt og 90,2 vekt% gjennom en 325 mesh. sikt. Det erholdte malte sementmateriale inneholdt 22,4 vek.t% fri kalk, og de øvrige bestanddeler utgjordes av trikalsiumsilicat, trikalsiumaluminat og tetrakalsiumaluminiumferrit med spor av magnesiumoxyd. Materialet ble analysert, og resultatene

av analysen er gjengitt i. den nedenstående tabell 16.

Dette materiale vil heretter ble betegnet som ekspansjonsmateriale F .

Eksempel 11

Betongprøvestenger ble fremstilt for å underkastes prøver på hemmet ekspansjon, og prøvestengene ble fremstilt under anvendelse av ekspansjonsmateriale E og ekspansjonsmateriale F ifølge de ovenstående eksempler. Sementandelen i blanding nr. 13 besto av 20 vekt% ekspansjonsmateriale E og 80 vekt% av den ovenfor beskrevne gulbrune portland-sement. Sementandelen av blanding nr. 14 beito av 30 vekt% ekspansjonsmateriale E og 70 vekt% av den ovenfor beskrevne gulbrune portland-sement. Sementandelen av blanding nr. 15 utgjordes fullstendig av den ovenfor beskrevne portland-sement av type I. Sementandelen av blanding nr. 16 ut<g>jordes av 15 vekt% ekspansjonsmateriale F og 85 vekt% av den ovenfor beskrevne portland-sement av type I. Sementandelen av blanding nr. 17 besto av 20 vekt% ekspansjonsmateriale F og 80 vekt% av den ovenfor beskrevne portland-sement av type I. Sementandelen av blanding nr. 18 utgjordes av 25 vekt% ekspansjonsmateriale F og 75 vekt% av den ovenfor beskrevne portland-sement av type I. Sementandelen av blanding nr. 19 besto av 30 vekt% ekspansjonsmateriale F og 70 vekt% av den ovenfor beskrevne portland-sement av type I. Sementandelen av blanding nr. 2 0 utgjordes av 35 vekt% ekspansjonsmateriale F og 65 vekt% av den ovenfor beskrevne portland-sement av type I. Hver av disse sementblandinger ble blandet med mineralaggregater og vann i et standard blandeapparat og med en sementfaktor på 6 sekker sement pr. 765 liter ferdig betong. Hver prøve utgjordes av 2 0 vektdeler sement, 4 4,9 vektdeler sand, 69,7 vektdeler arove mineralaaareaater fknust kalk- aten), og til strekkelig....vann ...(ca. 11. yektdeler.).. slik. at de erholdte prøveblandinger fikk en s.ammensynkning på 12,.7-.em som bestemt ved metoden ifølge ..ASTM ..Cl43-6 9 ... Prøveblandingene ble. heldt i to standard prisme.former Ifølge Portland Cement Association som hver var forsynt med en armeringsstålstang som strakk, seg i lengderetningen, gjennom formen og som knyttet to.stålplater ved formens motsatte ender sammen, slik at det i. formens tverrsnitt forekom 0,3 % stål. To 7,62 x 7,62 x 25,4 cm prøvestenger ble støpt av hver av blandingene nr. 13, nr. 14, nr. 15, nr. 16, nr. 17, nr. 18, nr. 19 og nr. 20. Alle prøvestenger ble opprinnelig herdet under vann i 7 dager ved 23° C. Deretter ble en stang fjernet, og den øvrige prøve-stang av hver blanding ble fortsatt herdet i ytterligere 21 dager under vann ved 2 3° C. Hver prøvestang ble deretter holdt i en lukket polyethylen-pose for å hindre tap av vann og anbragt i et varme-skap i ytterligere 28 dager ved en temperatur på 38° C. Deretter ble hver prøvestang fjernet fra polyethylen-posen og anbragt i et vanndampskap i ytterligere 28 dager ved ■ ten temperatur på 82° C. Deretter ble hver stang autoklavbehandlet med et vanndamptrykk på 21,1 kp/cm i 3 timer. Et tallskivesammenligningsmåleapparat ble anvendt for å måle de erholdte betongprøvestengers ekspansjon, og resultatene ble basert på en opprinnelig avlesning etter 6 timer for hver prøvestang og er gjengitt i tabell 17. Således er verdiene etter 1 og 7 dager ved 23° C under vann det aritmetiske gjennomsnitt for ekspansjonen av to prøvestenger av hver prøveblanding, og de øvrige verdier i tabell 17 representerer målinger for de enkelte prøvestenger.

Det fremgår av den ovenstående tabell de ekspansjonsområ-der som kan erholdes ved å blande et ekspansjonsmateriale ifølge oppfinnelsen med en portland-sement. Således kan en hvilken som helst ekspansjonsgrad for betongen fra en krympningskompenserende virkning til en høy grad av forspenning lett erholdes ved å blande et ekspansjonsmateriale med en portland-sement i en mengde av 15 - 35 vekt% av ekspansjonsmaterialet. Denne store fordel å kunne regulere ekspansjonen kan imidlertid ikke erholdes hvis det fri kalkinnhold i ekspansjonsmaterialet økes til over ca. 30 % da deretter forholdsvis små variasjoner i den anvendte mengde ekspansjonsmateriale vil føre til langt større variasjoner i den. erholdte ekspansjon. Dessuten fremgår det av tabellen at det bare fås en liten ytterligere ekspansjon ved lengre aldring selv hvis betongen utsettes for økende temperaturer og tilslutt behandling i autoklav. Som vist forårsakes hoveddelen av ekspansjonen under behandlingen i autoklav av portland-sementen av type I. Den i lang tid forsinkede avbrudte ekspansjon vil således ikke forekomme, når ekspansjonsmaterialet

Ifølge oppfinnelsen anvendes.

Eksempel 12

Bøye- og strekkfasthetsprøver'ble utført med 7,62 x 7,62 x 25,4 cm uarmerte., betongprøves tenger fremstilt fra.de samme blandinger som tilsvarte blandingene 13 - 20 gjengitt i. de ovenstående eksempler. Prøvestenger ble laget fra hver prøveblanding og herdet i prøvetiden ved 23° C i fuktig luft. Betongprøvestengenes bøye-fasthet ble bestemt i overensstemmelse med metoden ifølge ASTM C293-68. Hver bøyefasthetsverdi gjengitt i tabell 18 nedenfor representerer gjennomsnittet av to bestemmelser.

For den ovenfor beskrevne bøyefasthetsundersøkelse må prøvestangen spennes mellom to stålbtenger med en tredje stålstang anbragt midt i spennet, og kraft må påføres stangen inntil den svik-ter. Hver av de anvendte prøvestenger fremstilt fra prøveblandin-gene 13 - 20. ble således brudt i to deler ved bøyefasthetsundersøk-elsen. Hver av disse brudte stykker av hver prøvestang ble deretter underkastet en trykkfasthetsundersøkelse ifølge ASTM. Cl.16-68. Resultatene av trykkfasthetsundersøkelsene er gjengitt i den nedenstående tabell 19. Hver trykkf asthetsverdi. er basert på gjennomsnittet av fire målinger.

Det fremgår av de ovenstående fasthetsundersøkelser at betongblandingene fremstilt ved bruk av ekspansjonssementmaterialet ifølge oppfinnelsen har fastheter som i det vesentlige tilsvarer bøye- og trykkfasthetene for vanlige sementer, selv når ekspansjonsmaterialet er tilstede i så store mengder som 30 eller 35 vekt%...

Claims (38)

1. Ekspans jonssementmaterial e/'karakterisert ved at det er fremstilt fra leireholdig og kalkholdig materiale og inneholder 1-70 vekt% fritt CaO, idet resten av materialet, hovedsakelig utgjøres av trikalsiumsilicat og materialet er i det vesentlige fritt for dikalsiumsilicat.

2. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 1, karakterisert ved at det har en partikkelstørrelse ikke over ca.

20 mesh og en finhet ikke over ca. 6000 cm /g.

3. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det inneholder 5-45 vekt% fritt CaO.

4. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det inneholder 10 - 30 vekt% fritt CaO.

5. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 1-4, karakterisert ved at dets partikler passerer gjennom en 80 mesh sikr. og at det har en finhet på ikke over 4000 cm 2/g.

6. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 1-5, karakterisert ved at det h>.r en finhet på 1500 - 3000 cm <2> /g.

7. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 1-6, karakterisert ved at det er fremstilt fra leireholdige og kalkholdige materialer og inneholder 1-70 vekt% av et jordalkalimetalloxyd idet resten av materialet hovedsakelig utgjøres av det fullstendig støkiometriske reaksjonsprodukt mellom jordalkalimetalloxydet og siliciumdioxyd slik at det inneholder det maksimale , forhold mellom iordalkalimetalloxydet og siliciumdioxydet og idet materialet er i det vesentlige fritt for jordalkalimetallsilicater med et mindre forhold enn det maksimale av jordalkalimetalloxyd til siliciumdioxyd.

8. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 7, karakterisert ved at jordalkalimetalloxydet består av kalsiumoxyd, bariumoxyd, strontiumoxyd eller blandinger derav.

9. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at det har en partikkelstørrelse ikke over ca. 20 mesh. og en finhet ikke over ca. 6000 cm 2/g.

10. Ekspansjonssementmateriale. ifølge krav 7-9, karakterisert ved at det inneholder 5-45 vekt% jord-■ alkalimetalloxyd.

11. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 7-10, karakterisert ved at det inneholder 10 - 30 vekt% jordalkalimetalloxyd.

12. Ekspansjonssementmateriale, karakterisert ved at det er fremstilt ved brenning av en blanding av leireholdige og kalkholdige materialer inneholdende et overskudd av kalk i forhold til siliciumdioxyd for derved å omdanne i det vesentlige hele mengden av siliciumdioxyd til trikalsiumsilicat, idet materialet, inneholder 1-70 vekt% fritt CaO og resten hovedsakelig utgjøres av trikalsiumsilicat og materialet er i det vesentlige fritt for dikalsiumsilicat.

13. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 12, karakterisert ved at det har en partikkelstørrelse ikke over ca.

20 mesh og en finhet ikke over ca. 6000 cm <J> /g.

14. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at det inneholder 5-45 vekt% CaO.

15. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 12 - 14, karakterisert ved at det har en partikkelstørrelse på -80 mesh og en finhet på ikke over 4000 cm 2/g.

16. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 12-15, karakterisert ved at det har en flytende fase dannet under brenningen av materialet og som utgjør 15-30 vekt% av materialet.

17. Ekspansjonssementmateriale ifølge krav 16, karakterisert ved at det inneholder 10 - 30 vekt% CaO.

18. Ekspansjonssement, karakterisert ved at den består av en blanding av (a) en hydratiserbar sement og (b) et ekspansjonssementmateriale fremstilt fra leireholdige og kalkholdige materialer og inneholdende 1-70 vekt% fritt CaO, idet resten av materialet hovedsakelig utgjøres av trikalsiumsilicat og materialet er i det vesentlige fritt for dikalsiumsilicat.

19. Ekspansjonssement ifølge krav 18, karakter i- "sert ved at den hydratiserbare sement utgjøres av portland- sement.

20. Ekspansjonssement ifølge krav 18 eller 19, karakterisert ved at ekspansjonssementmaterialet har en partikkel-størrelse på ikke over ca. 20 mesh og en finhet på ikke over ca.

6 0 00 cm <2> /g.

21. Ekspansjonssement ifølge krav 18-20, karakterisert ved at den inneholder en hovedsakelig mengde portland-sement og en mindre mengde av det nevnte ekspansjonssementmateriale.

22. Ekspansjonssement ifølge krav 18-21, karakterisert ved at den inneholder 10 - 30 vekt% fritt CaO.

23. Ekspansjonssement ifølge krav 18-22, karakterisert ved at ekspansjonssementmaterialet har en partik-kelstørrelse på -80 mesh og en finhet på ikke over 4000 cm 2/g.

24. Ekspansjonssement ifølge krav 18, karakterisert ved at den hydratiserbare sement er en pozzolansement.

25. Fremgangsmåte ved fremstilling av et ekspansjonssementmateriale ifølge krav 1-17, karakterisert ved at (a). leireholdige og kalkholdige reaktantmaterialer innføres i en ovn, hvorav de kalkholdige materialer inneholder tilstrekkelig med CaO-dannende materialer til fullstendig å reagere med de øvrige materialer i ovnen og for tilveiebringelse av et overskudd av uomsatt CaO i den brente klinker i en mengde av 1 - 7 0 vekt% av denne, (b) reaktantmaterialene brennes i en forbrenningssone i ovnen i tilstrekkelig tid og v ed en tilstrekkelig temperatur til at i det vesentlige hele silicatmengden i tilførselsmaterialet vil omdannes til trikalsiumsilicat og i i det vesentlige intet dikalsiumsilicat, men gi 1 - 7 vékt%f r± kalk i den erholdte brente klinker, og (c) klinkeren males for fremstilling av et pulverformig hydraulisk ekspansjonssementmateriale.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, karakterisert ved at klinkeren males til partikler som ikke er større enn ca.

20 mesh og som har en finhet på ikke over ca. 6 000 cm 2/g.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 25-26, karakteri- s er t ved at den brente klinker males til partikler som passerer en 80 mesh sikt og som har en finhet på ikke over 4000 cm <2> /g.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 25-27, karakterisert ved at sementmaterialet males til en finhet på 1500 - 300cm2/ g.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 25-28, karakterisert ved at det i trinn (a) anvendes et leireholdig og kalkholdig materiale som inneholder tilstrekkelig jordalkalimetalloxyd eller jordalkalimetalloxyd-dannende materialer til fullstendig omsetning med. de øvrige materialer i ovnen og slik at det fås et overskudd av uomsatt jordalkalimetalloxyd i den brente klinker i en mengde av 1 - 70 vekt% av denne, at det i trinn (b) dannes et fullstendig støkiometrisk reaksjonsprodukt mellom jordalkalimetalloxydet og siliciumdioxydet slik at det maksimale forhold av jordalkalimetalloxydet omsettes med siliciumdioxydet under dannelse av reak-sjonsproduktet og slik at det i det vesnetlige ikke dannes et reaksjonsprodukt mellom jordalkalimetalloxydet og siliciumdioxydet med et mindre forhold av jordalkalimetalloxyd til siliciumdioxydet enn det nevnte maksimumsforhold, men slik at det likevel fåes 1 - 70 vekt% fritt jordalkalimetalloxyd i den erholdte brente klinker.

30. Fremgangsmåte ifølge krav 29, karakterisert ved at det som jordalkalimetalloxyd anvendes kalsiumoxyd, bariumoxyd, strontiumoxyd og blandinger derea.

31. Fremgangsmåte ifølge krav 29 eller 30, karakterisert ved at klinkeren males til partikler som ikke er større enn ca. 2 0 mesh og som har en finhet ikke over ca. 6 0 00 cm 2/g.

32. Fremgangsmåte ifølge krav 29 - .31, karakterisert ved at klinkeren males til partikler som passerer en 80 mesh sikt og som har en finhet på ikke over 4000 cm 2/g.

33. Fremgangsmåte ifølge krav 29-32, karakterisert ved at sementmaterialet males til en finet på 1500 - 3000 cm /g.

34. Et ekspansjonssementmateriale, karakterisert ved at det er fremstilt fra leireholdige og kalkholdige materialer og inneholder 10 - 30 vekt% CaO, idet den øvrige del hovedsakelig utgjøres av et fullstendig støkiometrisk reaksjonsprodukt mellom CaO og siliciumdioxyd og inneholdende det maksimale forhold mellom CaO og siliciumdioxydet og i det vesentlige ingen kalsiumsilicater med et mindre forhold mellom CaO og siliciumdioxy det enn det maksimale forhold.

35. Ekspansjonssement, karakterisert ved at den omfatter en blanding av (a) en hydratiserbar sement og (b) et ekspansjonssementmateriale fremstilt fra leireholdige og kalkholdige materialer og inneholdende 10 - 30 vekts fritt CaO, idet den øvrige del hovedsakelig ' utgjøres av trikalsiumsilicat og materialet er i det vesentlige fritt for ...dikalsiumsilicat.

36. Ekspansjonssement ifølge krav 35, karakterisert ved at den hydratiserbare sement utgjøres av portland-sement.

37. Fremgangsmåte ved fremstilling av et ekspansjonssementmateriale, karakterisert ved at (a) leireholdige og kalkholdige reaksjonsmaterialer innføres i en ovn, idet de kalkholdige reaksjonsmaterialer inneholder tilstrekkelig med CaO-dannende materialer til fullstendig omsetning med de øvrige materialer i ovnen og til at det fåes et overskudd av uomsatt CaO i den brente klinker i en mengde av 10 - 30 vekt% av denne, (b). reaktantmaterialene brennes i en brennsone i ovnen i tilstrekkelig tid og ved en tilstrekkelig temperatur til at i det vesentlige hele silicatmengden i tilførselsmaterialet omdannes til trikalsiumsilicat under dannelse av i det vesentlige intet dikalsiumsilicat, men av 10 - 30 vekt% fritt CaO i den erhcldte brente klinker, og (c) klinkeren males for fremstilling av et pulverformig hydraulisk ekspansjonssementmateriale.

38. Ekspansjonssementmateriale, karakterisert ved at det er fremstilt ved brenning av blandinger av leireholdige og kalkholdige materialer inneholdende et overskudd av kalk i forhold til siliciumdioxyd for derved å omdanne i det vesentlige hele siliciumdioxydmengden til trikalsiumsilicat, idet materialet inneholder 10 - 30 vekt% fritt CaO og den øvrige del hovedsakelig utgjøres av trikalciumsilicat og materialet er i det vesentlige fritt for dikalsiumsilicat og dessuten har en flytende fase som dannes under brenningen og som utgjør 15 - 30 vekt% av materialet.