Mineralisches Bindemittel sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung |
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申请号 | EP13189323.2 | 申请日 | 2008-08-13 | 公开(公告)号 | EP2695865B1 | 公开(公告)日 | 2016-11-30 |
申请人 | Dyckerhoff GmbH; | 发明人 | Parker, Frank; Strunge, Josef Dr.; Deuse, Thomas; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft ein mineralisches Bindemittel sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung auf Basis insbesondere genormter Zemente, insbesondere zur Herstellung von frühfesten und/oder hochfesten Betonen oder Mörteln oder Zementsuspensionen. Frühfeste und/oder hochfeste Betone bezeichnet man auch als Hochleistungsbetone, die schnell erstarren und erhärten (schnelle Betone) oder höhere Festigkeiten erbringen und besonders beständig gegen aggressive Medien sind (hochfeste Betone). Schnelle Betone werden in der Regel mit sogenannten Schnellzementen aus besonderen Klinkern, die z. B. im wesentlichen Calciumsulfoaluminate aufweisen, oder aus Tonerdeschmelzzementen oder Gemischen aus Tonerdeschmelzzement mit Portlandzement oder den besonderen Klinkern hergestellt, wobei die Frühfestigkeit in der Regel mit organischen Zusatzmitteln ausgesteuert werden kann. Derartige Zusatzmittel sind Fremdbestandteile in diesen mineralischen Gemengen, können unerwünschte Nebenwirkungen haben und reagieren unkontrollierbar bei Temperaturunterschieden und/oder Rohstoffschwankungen bis hin zu gegenteiligen Wirkungen wie langsames Erstarren und Erhärten oder sogar Ausfall des Erstarrens und Erhärtens. Insofern ist diese Schnellzeinentkonzeption insbesondere zur Herstellung von Transportbeton relativ ungeeignet. Ein anderes Schnellzementkonzept sieht ein hydraulisches Bindemittel mit einer nach Wasserzugabe fließ- und erstarrungsfähigen Bindemittelkomponente und einer zum Beschleunigen des Erstarrens dienenden Beschleunigerkomponente vor, wobei die Beschleunigerkomponente hochfeines Calciumhydroxid mit bestimmten spezifischen Oberflächen und/oder Teilchengrößen sein soll ( Bei Schnellzementen mit Calciumhydroxid als Beschleunigerkomponente gemäß Für hochfeste und besonders beständige Betone werden meist C3A-arme Portlandzemente der Festigkeitsklasse 42,5 bzw. 52,5 R in Kombination mit Mikrosilika eingesetzt. Ziel ist dabei, bereits in der trockenen Phase eine möglichst dichte Kugelpackung zu realisieren, die nach Wasserzugabe dann auch zu einem partikeldicht gelagerten Zementleim führt. Zudem soll das Mikrosilika, das bei der Ferrosiliziumherstellung als Flugstaub abgeschieden wird und z. B. zu 85 bis 98 Gew.% aus amorphem SiO2 besteht, mit dem Calciumhydroxid (Ca(OH)2), das erst nach etwa 6 bis 8 Stunden aus der Reaktion der Zementklinkerphasen (Calciumsilikatphasen, insbesondere C3S) mit Wasser freigesetzt wird, reagieren. Während sich die Hydratphasen aus z. B. dem C3A und C3S der Klinkerpartikel bilden, bilden Mikrosilika und Ca(OH)2 zusätzliche C-S-H-Phasen, die dann in die noch vorhandenen Freiräume hineinwachsen und damit die erhärtende Zementsteinmatrix dichter werden lassen. Im Ergebnis entstehen aufgrund dieser puzzolanischen Reaktion zwischen dem Mikrosilika und dem Ca(OH)2 besonders dichte und damit widerstandsfähige und dauerhafte Betone mit zum Teil extrem hoher Druckfestigkeit. Nachteilig ist bei Einsatz von Mikrosilika (Silikastaub aus der Eisensilizid-Gewinnung) die für Sichtbeton meist zu dunkle und ungleichmäßige Betonfarbe sowie die Notwendigkeit einer separaten aufwendigen und komplizierten Dosiereinrichtung. Das Reaktionsprinzip der puzzolanischen Reaktion mit z. B. Mikrosilika und Ca(OH)2 ergibt sich schematisch aus Für das bekannte puzzolanische Reaktionsprinzip steht nicht nur Mikrosilika zur Verfügung, sondern es werden auch andere SiO2-Komponenten wie Silikastaub, Nanosilika, Metakaolin oder Flugasche verwendet. Eine weitergehende Technologie zur Erstellung von Hochleistungsbetonen, die ebenfalls lediglich auf mineralischer Basis die Frühfestigkeitssteigerung ermöglicht und ohne puzzolanische Reaktionen auskommen kann, basiert auf lediglich granulometrisch optimierten Bindemitteln. Zum Einsatz kommen Normalzemente in Kombination mit Feinstzementen, deren Herstellung z. B. aus der Nach dieser Technologie können rezepturabhängig Hochleistungszemente für frühhochfeste Betone, Zemente für hochfeste Betone, insbesondere auch für hochfeste Sichtbetone, und Zemente mit besonderer Beständigkeit z. B. bezüglich aggressiver Medien gewährleistet werden. Dabei handelt es sich um Normzemente mit außergewöhnlichen Eigenschaften, die lediglich zur Einstellung der Verarbeitbarkeit noch Zusatzmittel erfordern. Damit ist dieses Prinzip ausgereizt, ohne dass aber die Endfestigkeiten gesteigert (siehe Aus der Die Aus der
Die Aus der Aus der Veröffentlichung " Die Veröffentlichung " Aufgabe der Erfindung ist, ein hydraulisches, insbesondere lagerstabiles Bindemittel auf mineralischer Basis mit hohen Frühfestigkeiten und gesteigerten Endfestigkeiten im Vergleich zu bekannten, derartigen hydraulischen Bindemitteln zu schaffen, das insbesondere zur Herstellung sowohl schneller, als auch hochfester als auch besonders beständiger Betone geeignet ist, wobei die Höhe der Festigkeiten auf einfache Weise regelbar sein soll. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Gelöst wird die Erfindung somit durch ein mineralisches, hydraulisches Bindemittel in Form einer Ausgangstrockenmischung, insbesondere zur Herstellung von Beton oder Mörteln oder Zementsuspensionen auf Basis von zumindest einem Zement, wobei der Zement Klinkerphasen wie insbesondere C3S, C2S, C3A, C4AF, aufweist, die mit Wasser zu Zementstein erhärtende Hydratphasen bilden, und wobei der Zement nach dem Anmachen mit Wasser eine Ruhephase von einigen Stunden aufweist, in der keine beachtlichen Erhärtungsreaktionen stattfinden. Erfindungsgemäß enthält das Bindemittel zudem
Dabei bilden die mindestens eine SiO2-Komponente und die mindestens eine CaO-Komponente mit Anmachwasser während der Ruhephase aufgrund einer puzzolanischen Reaktion erhärtende, eine Frühfestigkeit bewirkende Calciumsilikathydratphasen. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bindemittels, wobei die mindestens eine SiO2-Komponente mit der mindestens einen CaO-Komponente vorgemischt wird und die Vormischung anschließend mit dem Zement vermischt wird. Mit den neuen erfindungsgemäßen hydraulischen Bindemitteln können nunmehr hohe Frühfestigkeiten bereits in der Ruhephase der wasserhaltigen Gemische erzeugt werden, weil das System unabhängig von der Festigkeitsentwicklung der Zementmineralphasen ist. Insofern ist das System auch relativ unabhängig von der Ca(OH)2-Entwicklung aus den Zementmineralphasen, insbesondere dem C3S. Mithin kann eine Vielzahl von Zementsorten bzw. Zementtypen verwendet werden, die unterschiedliche Reaktionsmechanismen zur Erhärtung nach der Ruhephase aufweisen. Vorzugsweise aber werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen hydraulischen Bindemittel Porttandzemente, Porttandkompositzemente und Hochofenzemente verwendet, deren normale Erhärtung aufgrund der Reaktion der Zementphasen erst nach etwa 6 bis 8 Stunden einsetzt. Das erfindungsgemäße Prinzip wird in Es hat sich gezeigt, dass die Erhärtungsreaktionen der Zementpartikel frühzeitiger bezüglich der Ruhephase beginnt, wenn erfindungsgemäß bereits puzzolanische Erhärtungsphasen vorliegen. Insofern wirkt das puzzolanische System synergistisch. Es ist überraschend, dass die puzzolanische Reaktion keinen nachteiligen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit und die nachfolgende Erhärtung der Zementminerale nach der Ruhephase hat. Überraschend ist auch, dass nicht nur Frühfestigkeiten zu einem früheren Zeitpunkt erzielbar sind, sondern dass auch die Endfestigkeiten nach 28 Tagen erheblich gesteigert werden können. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, Normalzemente mit Körnungen d95 zwischen 20 und 70, insbesondere zwischen d95 25 und 35 µm mit der SiO2-Komponente und der CaO-Komponente zu kombinieren. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Normalzemente mit Feinstzementen mit Körnungen zwischen d95 2 und 20 µm, insbesondere zwischen d95 6 und 16 µm zusammengemischt und mit der SiO2 und der CaO-Komponente kombiniert. Schließlich sieht eine dritte Ausführungsform der Erfindung vor, für die SiO2-Komponente mindestens zwei SiO2-Kömponenten zu verwenden, die sich bezüglich ihres Korngrößenspektrums und vorzugsweise auch aufgrund ihrer Herstellung unterscheiden. Dabei wird eine erste SiO2-Komponente mit Agglomerat-Korngrößen zwischen d95 3 und 15, insbesondere zwischen d95 3 und 5 µm (mittlere Teilchengröße, gemessen mit einem Multisizer 100 µm Kapillare in Anlehnung an ASTM C 690-1992) und eine zweite Komponente mit Primärteilchengrößen (mittlere Größe der Primärteilchen 7 bis 40 nm) zwischen 0,007 und 0,04 µm, insbesondere zwischen 0,01 und 0,02 µm verwendet. Mit dem Mengenverhältnis dieser beiden Komponenten kann auf einfache Weise die Festigkeitsentwicklung der puzzolanischen Reaktion geregelt bzw. gesteuert werden, weil die feinen Bestandteile der feineren SiO2-Komponente schneller reagieren. Feinstteilig meint Primärteilchengrößen ≤ 0,04 µm. Die Normalzemente weisen Korngrößen zwischen d95 20 und 70 µm und spezifische Oberflächen zwischen 0,3 und 0,8 m2/g (Blaine) und Feinstzemente Korngrößen zwischen d95 2 und 20 µm sowie spezifische Oberflächen zwischen 1 und 5 m2/g (BET) auf. Eine weitere einfache Regelbarkeit ergibt sich durch die Verwendung unterschiedlicher CaO-Komponenten, indem die Verwendung von CaO (Branntkalk) eine schnellere Reaktion und höhere Frühfestigkeiten und Endfestigkeiten erbringt als die Verwendung von Ca(OH)2 (Kalkhydrat). Offenbar spielt dabei die Ablöschreaktion des CaO bei Zutritt des Anmachwassers eine wesentliche Rolle, indem das daraus resultierende Ca(OH)2 im stadium naszendi besonders günstige Reaktionsbedingungen mit der SiO2-Komponente schafft. Besonders effektive Zusammensetzungen erfindungsgemäßer hydraulischer Bindemittel ergibt sich aus Tabelle 1. Als Normalzemente werden bevorzugt verwendet genormte Portlandzemente, Portlandkompositzemente und Hochofenzemente, wobei vornehmlich Portlandzemente verwendet werden. Vornehmlich werden Feinstzemente verwendet, die gemäß Die erste SiO2-Kornponente ist eine gefällte, synthetische Kieselsäure mit der spezifischen Oberfläche (Spezifische Oberfläche (N2) gemessen mit Areameter in Anlehnung an ISO 5794-1, Annex D) zwischen 50 und 750, insbesondrere zwischen 50 und 200 m2/g und die zweite SiO2-Komponente insbesondere eine pyrogene Kieselsäure (AEROSIL der Firma Degussa) mit einer spezifischen Oberfläche (BET-Oberfläche nach DIN 66136) zwischen 30 und 380, insbesondere zwischen 50 und 200 m2/g. Die CaO-Komponente ist gebrannter Kalk, wie Weißfeinkalk und/oder hydraulischer gebrannter Kalk, oder ein Calciumhydroxid, vorzugsweise als Weißfeinkalkhydrat und/oder als hydraulisches Kalkhydrat. Die spezifische Oberfläche des Branntkalks liegt vorzugsweise zwischen 1 und 3 m2/g (BET). Die spezifische Oberfläche des Kalkhydrats liegt vorzugsweise zwischen 18 und 25 m2/g oder ist größer (BET). Nach der Erfindung kann auf einfache Weise eine besonders hohe Lagerstabilität der erfindungsgemäßen Mischungen erreicht werden, indem eine Vormischung der sehr leichten synthetischen Kieselsäuren mit dem vergleichsweise schweren Calciumoxid und/oder Calciumhydroxid vorgenommen wird. Offenbar schützt die Kieselsäurekomponente die CaO-Komponenten vor vorzeitigen Reaktionen mit Luftfeuchtigkeit und Kohlendioxid aus der Luft. |