Das Verhalten von rheinischem und bayrischem Trass in hydraulischen Bindemitteln

85 Pages·1961·4.658 MB·German

by  Prof. Dr. habil. Hans-Ernst Schwiete, Dipl.-Ing. Udo Ludwig (auth.)

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
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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 -----
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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
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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
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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
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T 0 sp 2cm/g 3300 3100 8300 3200 3320 8600 3580 9700 5500 9800 g
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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
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