BINDER MIXTURE FROM SULPHATIC, LIME-YIELDING POZZOLANIC MATERIALS RICH IN ALUMINATE

Abstract: 1. Process for the production of components, which are speedily strong enough to handle and which have an improved final and wet strength, using a binder mixture of calcium sulphate, lime-supplying substances and puzzolanic substances, characterized in that the binder mixture comprises 50 to 90% by weight of calcium sulphate, 3 to 25% by weight of lime-supplying substances and a puzzolanic component containing 5 to 35% by weight of lime-binding aluminosilicatic, aluminate-rich substances and that the mixing ratio of the lime-supplying substances and the lime-binding, aluminosilicatic, aluminate-rich puzzolanic substances is adjusted in such a way that following a hardening period of 7 days under the conditions of prevented complete drying the length change is 0.5%, measured on hardened mortar prisms and subsequently there is a convergent pattern of the length change time curve, so that ettringite formation is limited to the solution phase.

Description: Bindemittelgemisch aus sulfatischen, kalkspendenden und aluminatreichen, puzzolanischen Stoffen Die Erfindung betrifft ein Bindemittelgemisch aus sulfatischen, kalkspendenden und aluminatreichen, puzzolanischen Stoffen. Es ist bekannt, dass sulfatische Bindemittel, z.B. Branntgips, nur mit sehr geringen Anteilen (4 4 %) hydraulischer Zusätze, z.B. Portlandzement, gemischt werden dürfen, da die Verträglichkeit darüber hinaus nicht gegeben ist. Werden höhere Zusatzmengen verwendet, so entstehen Bindemittelgemische, die nicht raumbeständig erhärten und daher für die Anwendung ungeeignet sind. Ursache hierfür sind die unter den Bedingungen hoher Kalkkonzentration entstehenden wasserreichen Calciumaluminatsulfathydrate, die während und nach der Erhärtung zu erheblichen Treiberscheinungen führen können. Es ist weiterhin bekannt, dass Bindemittelgemische aus Calciumsulfat, Zement und kieselsäurereichen Puzzolanen natürlichen Ursprungs (DE-AS 1 241 330), wie z.B. Tripel und Diatromeenerde, sowie künstlichen Ursprungs (DD-PS 140 245), wie z.B. extraktionsaufbereitete Schichtsilikate, diese Nachteile nicht aufweisen. Beim Anmachen derartiger Bindemittel mit Wasser hydratisiert zunächst das Calciumsulfathalbhydrat zu Dihvydrat, während in einer wesentlich späteren Phase die Reaktionen zwischen dem Kalk des Zementes, der Rieselsäure der silikatischen Zusätze und dem Wasser wasserfeste Calciumsilikathydrate entstehen lassen. Reaktionen zwischen dem Gips, dem Zement und den Puzzolanen, die zu den Calciumaluminattrisulfathydraten führen, sind wegen ihrer destruktiven Wirkungen unerwünscht und werden durch die Verwendung tonerdearmer Stoffe weitestgehend vermieden. Puzzolane mit höhreren Tonerdegehalten gelten aufgrund der gefürchteten Ettringitbildung zur Herstellung von Gips-Zement Puzzolan-Bindemitteln als ungeeignet und praktisch nicht nutzbar. Ziel der Erfindung ist es, den bestehenden Mangel an silikatreichen Puzzolanen, bzw. den hohen Energieaufwand zu ihrer künstlichen Herstellung zu überwinden und die Herstellung von Bindemittelgemischen auf der Basis von alumatreicheren, weiter verbreiteten Puzzolanen zu ermöglichen. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Entstehung von Calciumaluminatsulfathydraten nicht wie in den bekannten Lösungen verhindert, sondern zur Förderung der Festigkeitsausbildung genutzt werden soll. Das geschieht erfindungsgemäss auf folgende Weise: Da für die Entstehung von Ettringit (Tricalciumaluminattrisulfathydrat) unter den gegebenen Bedingungen nicht nur das Vorhandensein von Kalk, sondern dessen Konzentrationsverhältnisse entscheidend sind, wird das Mischungsverhältnis so eingestellt, dass die Ettringitbildung auf die flüssige Phase beschränkt bleibt. Hierzu wird die Eigenschaft des Ettringits (3CaOA1203 3CaSo4-31R2O), bei der Entstehung selbst viel Kalk zu binden, ausgenutzt. Unter praktischen Bedingungen erfolgt das durch die Wahl einer entsprechenden Bindemittelzusammensetzung, die gewährleistet, dass durch die Kalkabsorption des entstehenden Ettringits während der Lösungsphase die Kalkkonzentration auf Werte unterhalb eines noch näher zu bestimmenden Grenzwertes gesenkt wird, so dass eine destruktive Ettringitbildung nicht stattfinden kann. Aufgrund des abnehmenden Kalkangebotes entstehen im*Verlauf weiterer Erhärtungsreaktionen - im Gegensatz zu den bekannten Lösungen - kalkarme Calciumaluminat-und Calciumsilikathydrate. Wenn eine exakte Vorausbestimmung der quantitativen Verhältnisse der reaktionsfähigen Substanzen nicht erfolgen kann, ist - um jedes Risiko in bezug auf die volumenbeständige Erhärtung auszuschliessen - eine gewisse Uberdosierung der puzzolanischen Komponente anzuraten. Obwohl auf diese Weise nicht die höchstmöglichen Festigkeitssteigerungen erreicht werden, gelangt man im Vergleich zu nichtmodifizierten Gipserzeugnissen immer noch zu beachtlichen Festigeitssteigerungen. Folgende Ergebnisse, die an Normprüfkörpern eines erfindungsgemässen Bindemittelgemisches nach Ausführungsbeispiel 1 ermittelt wurden, verdeutlichen das. Biege- und Druckfestigkeitsentwicklung von Normprismen unter vergleichbaren Bedingungen bei verhinderter Austrocknung: Lagerungs- bzw. Biegestigkeit (N/mm2) Druckfestigkeit (N/mm2) Erhärtungszeit Gips Gips-Zem.-Puzz. Gips Gips-Zem.-Puzz. 2 h 2,04 2,06 3,91 4,25 1 d 2,02 1,91 2,84 4,15 3 d 1,83 1,92 3,50 3,94 7 d 1,80 2,07 2,95 3,92 14 d 1,74 1,98 2,90 5,07 28 d 1,80 2,45 3,11 6,23 Erfindungsgemäss werden also die zur Festigkeitssteigerung erforderlichen Bedingungen durch die Wahl eines geeigneten Verhältnisses der kalkspendenden zur kalkbindenden Komponente geschaffen, die in der Anfangsphase der Erhärtung für die zur Entstehung von Calciumaluminatsulfathydraten notwendige hohe Kalkkonzentration sorgen, im weiteren Erhärtungsverlauf aber die Kalkkonzentration soweit abbauen, dass die Entstehung destruktiver Calciumaluminatsulfathydrate vermieden wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bindemittelgemische zu entwickeln, deren Verarbeitungseigenschaften, insbesondere die Frühfestigkeit, vorrangig von der Sulfatkomponente durch die Entstehung von Calciumsulfatdihydrat und Calciumaluminatsulfathydrat, deren Anwendungseigenschaften, insbesondere die Endfestigkeit und Wasserbeständigkeit, aber massgeblich durch die Reaktionsprodukte der kalkspendenden, hydraulischen und der kalkbindenden, puzzolanischen Komponente bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Bindemittelgemische wird die Herstellung von Bauteilen ermöglicht, die ihre Manipulierfestigkeit schnell erreichen und gegenüber den nichtmodifizierten Gipserzeugnissen eine verbesserte End- und Nassfestigkeit aufweisen. Die Vorausbestimmung der geeigneten Bindemittelzusammensetzung kann durch Messung der zeitlichen Entwicklung der Kalkkonzentration in den entsprechenden Bindemittelsuspensionen oder durch Messung der Längenänderungen an erhärtenden Mörtelprismen erfolgen. Die Messung der Kalkkonzentration, die in der Bindemittelsuspension zu zwei verschiedenen und geeigneten Zeitpunkten tlc t2 die noch näher zu bestimmenden maximal zulässigen Kalk konzentrationswerte K1K2 K2 nicht überschreiten darf, ist etwas aufwendiger, so dass sich in den meisten Fällen die Messung der Längenänderungen als praktischer erweisen wird. In bezug auf die Längenänderungen unter den Bedingungen verhinderter Austrocknung kann ein erfindungsgemässes Bindemittelgemisch als raumbeständig erhärtend bezeichnet werden, wenn nach einer Erhärtungszeit von 7 Tagen die maximal zulässige Längenänderung von 0,5 % nicht überschritten wird und danach ein konvergenter Verlauf der Längenänderungszeitkurve festzustellen ist. Die Bindemittelgemische sind ohne zusätzlichen Energie- und Arbeitsaufwand durch gemeinames Mahlen der dosierten Komponenten oder getrenntes Mahlen und Mischen herstellbar. Erfindungsgemäss wurde diese Aufgabe gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfinung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben. Die Erhärtung derartiger Bindemittelgemische beim Anmachen mit Wasser läuft in zwei zeitlich verschiedenen Phasen ab. Sie beruht in der Anfangsphase auf der Hydratation des Calciumsulftes zum Calciumsulfatdihydrat und Calciumaluminattrisulfathydrat und im Verlauf der hydraulischen Nacherhärtung auf den Reaktionen zwischen dem Kalk der hydraulischen Komponente und den Aluminaten bzw. Silikaten der puzzolanischen Komponente. Da sich die hydraulische Nacherhärtung über einen längeren Zeitraum erstreckt, wird ein Teil des noch vorhandenen freien Wassers als Hydratwasser gebunden, so dass bei Wasser-Bindemittel-Verhältnissen w--0,45, wie z.B. bei einem Halbtrockenverfahren unter Nutzung von Wasserdepots (vgl. DE-AS 29 19 311), auf eine technische Trocknung des Endproduktes verzichtet werden kann. Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemässen Verfahren natürliche Puzzolane verwendet. Der Erhärtungsverlauf in der ersten Phase und die elastomechanischen Eigenschaften der Erhärtungsprodukte können durch geeignete Zusätze zum Bindemittelgemisch verändert werden. Die Erfindung soll nachstehend an 4 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden: Beispiel 1 Bindemittel, hergestellt durch gemeinsames Mahlen und/oder Mischen, bestehend aus: 70 Masseteilen Stuck- und/oder Baugips nach DIN 1168 15 Masseteilen Trasszement nach DIN 1164 15 Masseteilen Trassmehl nach DIN 51 043 Beispiel 2: Bindemittel, bestehend aus: 70 Masseteilen Stuck- und/oder Baugips nach DIN 1168 12 Masseteilen Portlandzement oder -klinker nach DIN 1164 18 Masseteilen Trassmehl nach DIN 51 043 Beispiel 3: Bindemittel, bestehend aus: 60 Masseteilen Stuck- und/oder Baugips nach DIN 1168 13 Masseteilen Portlandzement nach DIN 1164 27 Masseteilen Trassmehl nach DIN 51 043 Beispiel 4: Bindemittel, bestehend aus: 60 Masseteilen Stuck- und/oder Baugips nach DIN 1168 25 Masseteilen Trasszement nach DIN 1164 15 Masseteilen Trassmehl nach DIN 51 043

Claims: Patentansprüche 1. Bindemittelgemisch aus sulfatischen, kalkspendenden und alumosilikatischen, puzzolanischen Stoffen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass es aus 50 bis 90 Masseprozent Calciumsulfat, 3 bis 25 Masseprozent kalkspendenden Stoffen und 5 bis 35 Masseprozent alumosilikatischen, puzzolanischen Stoffen besteht. 2. Bindemittelgemisch nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass es als Sulfatkomponente Stuckgips enthält. 3. Bindemittelgemisch nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass es als hydraulische Komponente Portlandzement enthält. 4. Bindemittelgemisch nach den Ansprüchen 1 bis 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass es als puzzolanische Komponente Trassmehl enthält. 5. Bindemittelgemisch nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Massenverhältnis von Trassmehl zu Portlandzement in den Grenzen lbis 2 liegt. 6. Bindemittelgemisch nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verarbeitungs- und Anwendungseigenschaften durch Zusätze modifiziert werden. 7. Anwendung des Bindemittelgemisches nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erste Phase der zeitlich in zwei Phasen ablaufenden Erhärtung unter Druckanwendung erfolgt. 8. Anwendung des Bindemittelgemisches nach den Ansprüchen 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c .h n e t, dass ein Teil des noch freien Wassers durch die in der zweiten Erhärtungsphase entstehenden Reaktionsprodukte chemisch gebunden wird.

Inventors: KOSSATZ, GERT, PROF. DR., LEMPFER, KARSTEN, DR., SATTLER, HEINZ, DR.
Applicants: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V.
Application year: 1983
Main classification: C04B11
IPC codes: C04B11, C04B7, C04B28