Das Verhalten von rheinischem und bayrischem Trass in hydraulischen Bindemitteln PDF
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FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Herausgegeben im Auftrage des Ministerprösidenten Dr. Franz Meyers von Staatssekretör Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt DK 666.951.2 Nr.978 Prof. Dr. habil. Hans-Ernst Schwiete Dipl.-Ing. Udo Ludwig Institut für Gesteinshüttenkunde der Technischen Hochschule Aachen Das Verhalten von rheinischem und bayrischem Trass in hydraulischen Bindemitteln Als Manuskript gedruckt WESTDEUTSCHER VERLAG I KOLN UND OPLADEN 1961 ISBN 978-3-663-03363-9 ISBN 978-3-663-04552-6 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-04552-6 G 1 i e der u n g . . . . . . . . 1. Einleitung ••••••••• s. 5 2. Vergleichende Betrachtung der in den 7 Versuchsreihen gefundenen Ergebnisse s. 5 2.1 Versuchsbedingungen s. 5 2.2 Technische Daten der Rohstoffe sowie der trockenen und der angemachten Bindemittel s. 7 2.21 Technische Daten der Rohstoffe s. 7 s. 2.22 Technische Daten der Mischungen 8 2.221 Litergewichte der Bindemittel- gemische •••• • • • • • • • s. 8 2.222 Normenkonsistenz und Erstarren der Mischzemente nach DIN 1164 ••••• s. 14 2.3 Verarbeitbarkeit und Wasserabstoßen von Normen mörteln mit Traß-, Quarz-, Tonerde- oder Kreide- s. zusätzen • . . . . 15 2.31 Literaturzusammenstellung • S. 15 2.32 Versuchsapparaturen . S. 17 . . . 2.33 Versuchsergebnisse S. 20 2.4 Festigkeitsuntersuchungen an Traßzement und Traßkalkmischungen • . . S. 32 2.41 Allgemeine Erläuterungen zu den Untersuchungen S. 32 2.411 Wasserzusatz beim Anmachen der Mörtel •••. S. 32 2.412 Lagerungsbedingungen der Mörtelprüfkörper • . • • S. 37 2.413 Zusätzliche Untersuchungen im Zeitpunkt der Festigkeitsprüfungen •..••. S. 37 2.42 Ergebnisse der Festigkeitsuntersuchungen sowie der Untersuchungen der Wasserbindung und der Raumgewichte der Mörtelprüfkörper im Zeitpunkt der Festigkeitsprüfungen ••••• S. 38 2.421 Mörtelfestigkeiten •••. S. 38 2.422 Wasserbindung der Mörtel im Zeitpunkt der Festigkeitsprüfungen S. 50 2.423 Mörtelraumgewichte im Zeitpunkt der Festigkeitsprüfungen S. 55 2.424 Korrigierte Festigkeiten und hydraulische Wertigkeitszahlen S. 56 2.43 Abhängigkeit der Festigkeit vom W/Z-Faktor S. 62 2.44 Abhängigkeit der Festigkeit von der Verarbeit- barkeit •••••• S. 67 Seite 3 2.5 Herstellung von Traßzementen besonders guter . . . . . . . . . . . . . Eigenschaften • s. 72 2.6 Einfluß des Trasses auf die Hydratationswärme s. von Normenzementen 74 s. 2.61 Das verwendete Kalorimeter 74 . . . . 2.62 Versuchsergebnisse s . 76 . . . . . . . . . . . . . s. 3. Zusammenfassung 78 . . . . . . s. 4. Literaturverzeichnis 81 4 Seite 1. Einleitung Die vorliegenden Untersuchungen wurden durchgeführt, um das mörteltech nische Verhalten von verschiedenen rheinischen und bayrischen Trassen zu klären. Obwohl die Verbesserung der Kalke durch Puzzolanen, das sind hydraulische Zusatzstoffe wie Puzzolanerde, Traß, Diatomeenerde etc., seit langem bekannt ist, gehen die Anschauungen über die Wirksamkeit des Trasses in Verbindung mit Normenzementen stark auseinander. So schrieb MICHAELIS [1J am Ende des 19. Jahrhunderts: "Geeignete Puzzolane erhö hen die zementierende Kraft eines Zementes". Dem steht die Meinung von GRAF [2J entgegen, nach der die Puzzolanzusätze nur eine bessere Poren ausfüllung im Beton bewirken, also die Dichte des Betons erhöhen sollen, um so den Beton gegen aggressive Wässer beständiger zu machen. Zur Bestimmung des Einflusses des Trasses wurden Bindemittelmischungen hergestellt, in denen Zemente und auch Kalke teilweise durch Traß bzw. durch Quarz oder Tonerde ersetzt wurden. Das heißt, Quarz und Tonerde wurden als inerte Vergleichssubstanzen herangezogen. Auf die Tatsache, daß der feingemahlene Quarz nicht als vollständig inert bezeichnet wer den darf, wird bei der Betrachtung der Kalkbindung der Trasse noch zu rückgekommen werden. 2. Vergleichende Betrachtung der in den 7 Versuchsreihen gefundenen Ergebnisse 2.1 Versuchsbedingungen Der Reaktionsablauf der Hydrolyse und der Hydratation, d.h. der Reak tionen, die zum Erstarren und Erhärten der Zemente führen, ist neben der Temperatur, dem Wasser/Zement-Verhältnis (W/Z) weitgehend von der Feinheit der Zemente abhängig. Diese Tatsache gilt in gleicher Weise für den Ablauf der Traß-Kalk-Reaktionen, wie später bei der Betrachtung der Kalkbindung der Trasse noch gezeigt werden wird. Aus diesem Grund wurde der Beurteilung der Feinheit der hydraulischen Zusätze und der verwendeten Vergleichsmaterialien besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Es zeigte sich, daß die Berücksichtigung des Rückstandes auf dem Sieb DIN 1171 0.06 (10 000 MS/cm2) zur Kennzeichnung der Mahlfeinheit nicht genügte. Die Untersuchungen ließen dagegen klar erkennen, daß die Be stimmung der spezifischen Oberfläche mit dem Blaine-Gerät den gestell ten Anforderungen besser gerecht wurde und daß sich die Werte befrie digend reproduzieren ließen. Aus diesem Grund wurde die spezifische Seite 5 Oberfläche als Maß für die Mahlfeinheit der Zusatzstoffe verwendet. Die Herstellung der Bindemittelmischungen erfolgte durch Mischen der Kompo nenten in einer Kugelmühle, aus der die Kugeln entfernt wurden. Zur bes seren Durchmischung wurde eine Kette in die Mühle gelegt. Bei der Her stellung der Mischungen wurde der S03-Gehalt durch entsprechende Zu sätze von feingemahlenem Gipsstein korrigiert, damit der Einfluß unter schiedlicher S03-Gehalte auf die Festigkeitsentwicklung ausgeschaltet werden konnte. Während in den Versuchsreihen 1, 2, 3, 4 und 1 nur rheinische und bay rische Trasse bekannt guter Qualität Verwendung fanden, wurden in den Versuchsreihen 5 und 6 bewußt auch Abraumtrasse untersucht, die zur Zeit nicht abgebaut werden. Es sollte hierdurch herausgestellt werden, ob und gegebenenfalls welche Unterschiede sich ergeben. Nachstehend wird eine Zusammenstellung der untersuchten Traßproben ge geben. Folgende rheinische Trasse wurden in der 5. Versuchsreihe untersucht: Probenummer Kurzbezeichnung Verwendung 1 Tag Abraum 2 TU Handelstraß H 3 Ti kein Abbau H 4 Ta Abraum J 5 TU Handelstraß J 6 ObT Handelstraß 7 Un Handelstraß T 8 RÖ kein Abbau K 9 Fr Handelstraß K In der 6. Versuchsreihe wurden folgende bayrische Trasse untersucht: Probenummer Kurzbezeichnung Verwendung 13 Tr Abraum 01 14 Tr Traßkalk, Traßzement 02 15 Tr Traßkalk, Traßzement 03 16 Tr Abraum 04 17 Trg kein Abbau 18 Tr kein Abbau A 19 Tr kein Abbau M Sei te 6 In der 1. und 2. Versuchsreihe wurde der Portlandzement durch labor mäßiges Mahlen von Klinker und Gips hergestellt. Für die weiteren 5 Ver suchsreihen wurde Portlandzement aus der laufenden Produktion verwendet. Bei der Ermittlung des Gehaltes an mechanisch gebundenem Wasser (be stimmt durch Trocknen bei 1100C) wurden bei den Zusätzen Quarz, Ton % erde und Kreide weniger als 0.5 Wasser gefunden. Dagegen zeigten die %, Trasse in allen Fällen Wassergehalte von 1.8 bis 4.9 die bei der Mi schungsherstellung Berücksichtigung fanden. Insgesamt wurden 7 Versuchsreihen durchgeführt. In der 1. Versuchsreihe wurden die Bindemittel-Proben mit einem der Norm DIN 1164 entsprechenden Ausbreitmaß von 16 bis 20 cm eingeschlagen. In der 2. Versuchsreihe wur % de mit einem konstanten Wasserzusatz von 15 (W/Z-Faktor = 0.6) und in der 3. und 4. Versuchsreihe mit einer konstanten Verarbeitbarkeit, d.h. mit schwankendem Wasserzusatz, beim Anmachen der Mörtel gearbeitet. Die Mörtel mit den Bindemitteln der 5. bis 7. Versuchsreihe wurden wie % der mit 15 Wasser (W/Z-Faktor = 0.6) eingeschlagen. 2.2 Die technischen Daten der Rohstoffe sowie der trockenen und der angemachten Bindemittel 2.21 Technische Daten der Rohstoffe Bei der Aufbereitung der Rohstoffe zeigte es sich, daß bei verschiede nen Rohstoffen zwischen den Siebrückständen und den spezifischen Ober 6). flächen keine Beziehung besteht (Tab. 1 bis Am deutlichsten zeigt sich diese Tatsache bei dem grobgemahlenen Traß und dem Quarz. Der nachstehende Auszug aus den Tabellen 1 bis 3 soll das Gesagte veranschaulichen. Traß (grob) Quarz (grob) % R. Osp % R. Osp 2 2 DIN 0.09 cm /g DIN 0.09 cm /g 1 • Versuchsreihe 44.8 3300 2.4 3200 2. Versuchsreihe 46.8 3100 1.6 3320 3. und 4. Versuchsreihe 45.8 3200 1.7 3220 Diese wenigen Zahlen zeigen, daß z.B. für den groben Traß und auch für den Quarz bestimmte Rückstände auf dem Sieb DIN 1171 0.09 ganz bestimm te spezifische Oberflächen, gemessen mit dem Blaine-Gerät, entsprechen. Sei te 7 Es zeigt sich aber, daß die gleichen Mahlfeinheiten verschiedener Roh stoffe (wie in unserem Fall Traß und Quarz) nicht gleiche spezifische Oberflächen zur Folge haben müssen. Das obige Zahlenbeispiel beweist auch, daß es richtig und erforderlich ist, die zu vergleichenden Roh stoffe auf die gleiche spezifische Oberfläche zu vermahlen. Bei den Versuchsreihen 1 bis 4 wurde mit groben Trassen und normalen Vergleichsmaterialien (ca. 3200 cm2jg) bzw. mit nachgefeinten Materia 2 lien (8000 bis 9000 cm jg) gearbeitet. In den später durchgeführten Versuchsreihen 5 bis 7 hatten alle Zusatzstoffe eine spezifische Ober 2 fläche von 8000 bis 9000 cm jg. 2.22 Technische Daten der Mischungen Die Herstellung der Mischungen erfolgte durch Zusammenmischen des Ze mentes gemäß den in den Tabellen 1 bis 6 angegebenen Zahlenwerten unter Berücksichtigung der jeweiligen Wassergehalte der Zusatzstoffe. Die Mischungen mit den Hochofenzementen wurden für die ersten 4 Ver suchsreihen (Tab. 1 bis 3) durch Ersatz eines Anteiles Hochofenzement durch rheinischen Traß hergestellt. In der Versuchsreihe 7 wurde dagegen nur der Hochofenschlackenanteil gegen bayrischen Traß (in der Literatur auch als Suevit bzw. Suevit-Traß bezeichnet) ersetzt. In dieser Versuchs % reihe wurden bis zu 15 Schlacke durch Traß ersetzt. Hierbei wurde von dem Gedanken ausgegangen, durch den Traß zusatz in erster Linie die Frischmörteleigenschaften zu verbessern. Später wird hierauf noch näher eingegangen. 2.221 Litergewichte der Bindemittelgemische Die Litergewichte der lose eingefüllten Mischungen sind erwartungsgemäß für die Zemente mit Traßzusatz im allgemeinen geringer als die der rei nen Zemente. Mit steigenden Traßzusätzen nehmen die Litergewichte kon tinuierlich ab, wie aus den Tabellen 1, 2, 3 und 6 zu ersehen ist. Der Einfluß rheinischer Trasse auf die Verringerung der Litergewichte ist größer als der der entsprechenden Zemente mit bayrischem Traß (Tab. 6). Dieses Verhalten ist z.T. auf das geringere spezifische Gewicht des rheinischen Trasses, z.T. aber auch auf die etwas höhere Mahlfeinheit, zurückzuführen. Seite 8 halten Ende [h min] 7 .1.5 -8 2,0 --6 2,0 Q.o 6 0 7 1Q.o 6 15 7 7 10 Q.O 7 5 Q.O I 6 Q.O I 0 2.15 0 2.17 I 22 Q.O --- 9 QO 0 .18 2.0 8 2.0 8 0 .18 8 .15 82,0 0 .18 2.0 10 5 2,0 r rungsveAnfang [h min] 2 .15 -3 .15 --3 .15 0 2.3 4 Q.o 31.5 i5 331.5 0 .13 2 QO 3 QO i5 50 .14 4 QO --- 3 .15 3.15 3 QO 3 .15 0 2.3 3 QO 3 .1.5 2 .1.5 3 QO 12,0 ErstarH0 2[%] 25.0 -28.0 --29.0 27.5 35.0 26.0 25.5 28.5 28.0 27 .0 27.0 31.5 33.0 39.0 --- 26.5 27.0 28.0 26.0 29.5 27.0 30.0 29.0 27.0 14.0 d 3g/cm] 3.16 2.38 2.94 2.40 2.57 2.82 2.86 3.28 2.90 3.03 -2.93 2.83 2.80 2.78 2.52 3.03 2.06 2.22 2.38 2.91 2.82 2.80 2.86 2.98 3.01 2.85 2.79 2.88 2.94 [ und °sp 2cm/g] 2200 3300 4520 9050 8700 2900 2710 3330 2680 2860 -4420 3800 2930 5700 4850 5640 10230 8400 8800 3580 3400 3640 3310 3800 4490 4230 4300 3870 4550 n 1 [ ockene reihe Literge-wicht [g/l] 1320 865 1075 730 880 1090 1220 1070 1210 1150 -1020 1130 1140 910 850 870 520 620 570 1080 1050 1030 1070 1080 990 1020 990 1020 980 s d der tr Versuch DIN 1171 0.06 0.09 21.6 10.5 51.0 44.2 20.3 10.3 18.8 5.4 21.0 31.0 21. 3 29.3 8.6 19.0 11.0 21.4 20.4 9.7 19.9 8.9 --17.1 7.2 12.6 19.6 21.6 15.4 14.7 23.9 24.6 32.7 23.8 14.1 4.0 1.4 16.6 19.7 11.6 6.3 15.6 9.9 13.2 19.2 16.4 20.5 9.1 15.4 10.1 16.4 8.0 3.6 10.4 6.9 11.1 15.3 1.3 5.4 2.1 7.6 1 un r % R. 0.2 0.4 3.4 0.7 0.2 7.6 8.2 0.3 0.4 0.3 0.6 -0.3 1.6 2.8 1.8 9.0 1.6 0.1 8.6 0.7 1.6 3.9 6.1 1.0 1.1 0.3 3.0 5.3 0.1 0.1 e 2 e e d l ff l ht) o e c i st tt mis Tab e he Daten der Roh emachten Bindemi Mischungs zusammen-setzung 100 PZ 275 Traßnormeneinschlag h 70 PZ 30 Trrhx) r + XTraßnormeneinschlag h) r x) 1I 11 b 70 PZ 30 Tr+ rh " 1.11 a (Mörtel wurde im Hobart-Mischer ge 70 PZ 30 Quarzit + 30 Tonerde + 30 HOS-DK + 30 HOS-SR + 1.10c = x) 70 PZ 30 Quarzit+ x) 30 Tr+ b 30 Tr+ b 100 HK 80 70 HK 30 Tr+ rh 30 Tonerde + 100 KH "Ultraleicht" 70 ICH 30 Tr+ rh 30 Tonerde + 100 HOZ 275 (60/40) 90 HOZ 10 Tr+ rh 80 20 " + " 10 Quarzit 90 " + 10 Tonerde 90 " + 100 HOZ 375 (60/40) 10 Tr90 + " rh 80 20 " " + 100 SHZ 275 100 SHZ 375 nisc ang Nr. 1.10, t.10b 1.10c 1.10d 1.10e 1.11a 1.11b 1.12 1.13 1.14 1.15 .16 1 1.17 1.18 1.19 2.00 2.11 2.12 3.00 3 .11 3.12 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 5.00 5.11 5.12 6.11 6.12 h Tec 1) °sp 2[cm/g] 2200 3300 9050 3200 8700 3220 3200 3200 8980 3600 5700 10230 3870 4550 3580 4490 2/g DIN 1171 0.06 0.09 10.2 21.9 51.0 44.8 18.8 5·3 27.4 45.4 21.0 31.0 8.1 4.9 15.4 17.4 2.4 4.6 4.6 1.9 12.0 30.8 14.7 23.9 4.0 1.4 1.3 5.4 2.1 7.6 15.6 9.9 8.0 3,5 a. 9 000 cm % Rohstoff R. 0.2 Klinker 0.3 23.4 Traß rh x) Tr0.2 rh Tr2.6 b x) Tr7.6 b HOS-DK 0.1 HOS-SR 0.4 -Quarzit x-Quarzit) 1.0 Tonerde HK 80 1.8 0.1 KR "Ultral." 0.1 SHZ 275 0.1 SHZ 375 1.6 HOZ 275 0.3 HOZ 375 1) spez. Oberfläche spez. Oberfläche cx) CIl CD ~. ct' CD '" ] I l I i I ! halten Ende [h min 4 00 5 00 30 45 00 5 15 5 00 5 00 6 00 6 45 6 30 14 00 --- J 5 5 15 6 00 00 5 6 30 00 5 00 5 5 45 2 30 4 30 r rungsveAnfang [h min] 1 30 2 30 2 45 2 45 2 30 2 30 2 00 3 15 2 00 3 15 4 30 ---2 ,u 2 45 3 00 2 30 3 30 2 45 3 00 3 00 o 30 2 00 ErstarH0 2[%] 31.0 32.5 30.5 37.0 28.0 32.0 29.0 39.3 33.5 34.0 39.0 --- 28·5 30.0 30.5 29.0 33·5 31.0 32.7 32.0 28.0 24.0 --- - - d 3] [g/cm 3.16 2.84 2.94 3.26 2.99 2.86 2.94 3.26 cht) 2.81 2.63 3.03 .15 2 2.25 2.44 2.99 2.90 2.80 2.99 3.16 2.99 2.90 2.80 2.80 2.88 ----- a m J d 0 sp 2[cm/g] 3300 3490 3350 3400 3150 4870 4760 4600 Oel ange 5500 5100 5100 9800 7400 7900 3280 3350 3140 3340 3550 4820 4600 4450 4900 ~170 ----- n R- u - V enen he 2 Litergewicht [g/l] 1100 1050 1075 1015 1140 990 1045 945 de mit 955 910 910 540 630 630 1090 1060 1055 1055 1085 980 990 995 1010 1070 k i ur troc hsre 1171 0.06 12.2 24.6 12.0 10.2 11.6 10.0 8.5 13.0 örtel w 14.8 27.2 18.4 4.4 20.2 11.8 11.7 16.0 20.6 10.6 12.6 4.0 9.5 15.8 5.0 8.6 2 nd der Versuc % R. DIN 0.2 0.09 0.2 4.4 17.6 7.4 0.2 4.6 0.1 6.0 0.1 4.6 0.1 3.8 0.1 3.6 0.1 4.2 = 1.07 (M 0.6 7.2 18.0 7.4 7.6 0.4 1.8 0.1 16.0 7.6 0.6 5.6 0.2 4·5 8.8 2.5 12.8 4.8 0.2 3.8 0.2 4.6 -1.4 5.8 2.4 11. 3 5.3 1.2 0.1 1.8 0.1 u r e e e d 1 ff l o e 1 t t s t e oh mi b R e Ta che Daten der gemachten Bind Mischungszusammen-setzung 100 PZ 275 70 PZ 30 Tr+ rh 30 Quarz + 30 Tonerde + 30 HOS + x) 30 Tr+ rh x) 30 Quarz+ 30 Tonerdex) + x) 30 Tr+ rh 100 HK 80 70 HK 30 Tr+ rh 30 Tonerde + 100 KH "Ultraleicht" 70 KH 30 Tr+ rh 30 To + 100 HOZ 275 (60/40) 90 HOZ 10 Tr+ rh 80 20 + " " 10 Quarz 90 " + 10 Tonerde 90 + " 100 HOZ 375 (60/40) 90 HOZ 10 Tr+ rh 80 20 + " " 100 SHZ 375 100 SHZ 275 hnis an Nr. 1.00 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 2.00 2.01 2.02 3.00 3.01 3.02 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 5.00 5.01 5.02 6.01 6.02 c e ] T 0 sp 2cm/g 3300 3100 8300 3200 3320 8600 3580 9700 5500 9800 g [ 2/ N1171 0.06 9 12.2 4 8 53·8 8 8.7 1 10.4 6 6.2 1.2 4 2 25·3 12.0 4 2 14·8 8 4.4 9 000 cm DI 0.0 4. 46. 3. 4. 1. 0. 10. 1. 7. 1. a. %R. 0.2 0.2 25.0 0.4 0.2 0.1 -0.3 -0.60 0.1 äche c fl r e " b Rohstoff PZ 275 Traß h Traß:x) h HOS-DK Quarz Quarz x) Tonerde Tonerde x) HK 80 KH "UI tral. x) spez. 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