DE69117512T2

DE69117512T2 - Sehr dauerhafte, kieselsäurehaltige aschen enthaltende zementprodukte

Info

Publication number: DE69117512T2
Application number: DE69117512T
Authority: DE
Inventors: Provindar Mehta
Original assignee: University of California Berkeley
Current assignee: University of California Berkeley
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1991-06-18
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: ATE134598T1; HU217409B; ES2086546T3; AU652944B2; WO1992000251A1; HK1001173A1; BR9106677A; FI925854L; EP0537202A4; HUT67417A; RU2098372C1; FI925854A0; NO924945D0; EP0537202A1; NO924945L; DE69117512D1; JPH05508607A; FI925854A7; AU8003891A; EP0537202B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue wasserfreie Mischung aus Portlandzement und kieselsäurehaltiger Asche, neue Zementzusammensetzungen, eine Methode zur Herabsetzung der Durchlässigkeit ausgehärteter Zementprodukte und eine Methode zur Beschleunigung des schnellen Festwerdens von Zementmischungen. Ein bestimmter Typ Asche kann durch kontrollierte Verbrennung bestimmter kieselsäurehattiger Feldfruchtrückstände wie Reishülsen und Reisstroh hergestellt werden. Diese Asche besteht aus geschlossenzellig porösen Teilchen mit im wesentlichen in nichtkristalliner (amorpher) Form vorliegender Kieselsäure und ist dafür bekanntv daß sie als puzzolanisches Material in der Herstellung von gemischten hydraulischen Zementen verwendet wird (siehe U.S. Patent 4,105,459, 8. August 1978, an Povindar K. Metha). Ein hydraulischer Zement ist ein trockenes Pulver, das beim Mischen mit Wasser erstarrt und zu einer ausgehärteten festen Masse wird, die ein wasserfestes Produkt bildet.
Da die kristallinen Formen von Kieselsäure wie Cristobalit, Tridymit und Quarz dafür bekannt sind, daß sie Lungenkrebs und andere ernste Krankheiten der Atemwege verursachen, sind die bundesstaatlichen und staatlichen Umweltschutzbehörden sehr darum besorgt, daß die Entsorgung von Reishülsen und Reisstroh durch Verbrennung nicht zu Asche führt, die eine signifikante Menge kristalliner Kieselsäure enthält. Folglich werden industrielle Öfen mit verschiedenen Konstruktionsprinzipien in Heizkraftwerken verwendet, die nicht nur Reishülsenasche (RHA) durch effiziente (das heißt, unverbrannter Kohlenstoff in der Asche wird üblicherweise bei unter 10 Gew.-% gehalten) Verbrennung von Reishülsen erzeugen, sondern auch ein Material erzeugen, das im wesentlichen amorphe oder nichtkristalline Kieselsäure enthält. Mit kieselsäurehaltiger RHA gemischte hydraulische Zemente, die 20 Gewichts-% bis 30 Gewichts-% Portlandzement und 70 - 80 Gewichts-% der Asche enthalten, sind im U.S.- Patent 4,105,459 offengelegt. Der überwiegende Teil der Aschepartikel in diesen Mischungen ist wahrscheinlich größer als 75 Mikrometer (µm).
Beton- und Mörtelzusammensetzungen, die aus ultrafeinen (das heißt, Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 1 bis 3 Mikrometer) RHA-Aufschlämmungen mit ungefähr 7,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% vom zusammengenommenen Gewicht der Asche und des Portlandzements RHA hergestellt werden, sind offengelegt worden (Siehe U.S.-Patent Nr. 4,829,107 an L.J. Kindt). Es wurde gefunden, daß diese Zusammensetzungen beim Aushärten einen deutlichen Rückgang der Durchlässigkeit für Chloride aufweisen. Das Patent für Kindt legte jedoch ebenso offen, daß Zusammensetzungen, die RHA mit einem mittleren Teilchendurchmesser von mehr als 4 Mikrometer enthalten, keine niedrige Durchlässigkeit aufwiesen und eine den Mörteln und Betonen, die keine RHA enthielten, gleichwertige Chloriddurchlässigkeit aufwiesen. Obwohl in dem Patent an Kindt nur Beimischungen (d.h. Aufschlämmungen) diskutiert und beansprucht werden, sagt das Patent an Kindt aus, daß RHA mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 4 Mikrometer oder weniger in der Form trockenen Pulvers verwendet werden kann. Aufgrund der hohen Oberflächenladungen, die beim Ultrafeinmahlen entwickelt werden, neigt das Pulver nach dem Patent an Kindt jedoch zur Flockenbildung und Versuchev solche RHA mittels der Standardprozedur (ASTM C 192) in trockener Form zu einer Betonmischung hinzuzugeben, ergaben eine nicht einheitliche Verteilung.
Ein Ziel dieser Erfindung ist es, eine neue Mischung aus kieselsäurehaltiger Asche von Feldfruchtrückständen und Zement zu schaffen. Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, eine neue Mischung aus kieselsäurehaltiger Asche von Feldfruchtrückständen, Flugasche und Zement zu schaffen.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, neue hydraulische Zementzusammensetzungen zu schaffen.
Ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, hydraulische Zementzusammensetzungen zu schaffen, die aus kieselsäurehaltiger Asche von Feldfruchtrückständen hergestellt werden, wobei die Zementzusammensetzung hohe Festigkeit und niedrige Durchlässigkeit oder sehr niedrige Durchlässigkeit für Wasser und Chloridionen aufweist.
Noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Methode zur Verringerung der Durchlässigkeit von Zementprodukten für Wasser und Chloridionen zu schaffen.
Noch ein anderes Ziel dieser Erfindung ist es, eine Methode zur Beschleunigung des schnellen Festwerdens von Flugasche enthaltenden Betonmischungen zu schaffen.
Einerseits schafft die vorliegende Erfindung daher eine Zusammensetzung zum Gebrauch als Beton oder Mörtel, die einen aus Portlandzementen und hydraulischen Puzzolan-Portland- Mischzementen gewählten Zement und von 5 - 30 % vom Gewicht des Zements kieselsäurehaltige Asche umfassen, die besagte Asche stammt von Feldfruchtrückständen und besteht zu 60 - 95 Gewichts-% aus Kieselsäure und mindestens 90 % der besagten Kieselsäure ist amorph, wobei mindestens 10 % der besagten Ascheteilchen eine Größe über 75 Mikrometer aufweisen und die Ascheteilchen einen mittleren Teilchendurchmesser, gemessen durch Laserlichtstreuung, von mindestens 6 Mikrometer und eine BET-Oberfläche von mindestens 20 m²/g aufweisen.
Der mittlere Teilchendurchmesser der Ascheteilchen kann zwischen 15 und 38 Mikrometer betragen und der Feldfruchtrückstand, aus dem die Asche gewonnen wird, kann Reishülsen sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung können der Zement und die Asche wasserfrei sein.
Der hydraulische Puzzolan-Portland-Mischzement kann Typ I (PM)- oder Typ IP-hydraulischer Zement sein.
Die Zusammensetzung kann 10 - 30 % vom Gewicht des Zements Asche umfassen, im besonderen 10-15 % oder 15-30 %.
Andererseits schafft die Erfindung ein Zementprodukt, das eine solche Zusammensetzung, feinen Zuschlagstoff und groben Zuschlagstoff umfaßt.
Weiterhin schafft die Erfindung eine Methode zur Gewinnung eines Zementprodukts mit einer besseren als mäßigen Durchlässigkeit, die (a) das Mischen einer hydraulischen Zementzusammensetzung, die wirksame Anteile einer Zusammensetzung gemäß des ersten Aspekts der Erfindung umfaßt, feinen Zuschlagstoffs, groben Zuschlagstoffs und Wasser und (b) das Aushärtenlassen der Zementzusammensetzung umfaßt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abbildung 1 veranschaulicht Daten in Tabellen- und graphischer Form, die aus einer Analyse der Teilchengrößenverteilung einer Probe gemahlener RHA gewonnen wurden.
Abbildung 2 zeigt Daten in Tabellen- und graphischer Form, die aus einer Analyse der Teilchengrößenverteilung einer Probe ultrafein gemahlener RHA gewonnen wurden.
Abbildung 3 ist ein schematisches Diagramm, das die im Chloriddurchlässigkeitstest verwendete Standardapparatur veranschaulicht.
Abbildung 4 zeigt Daten in graphischer Formu die aus einer Analyse der Teilchengrößenverteilung von gewöhnlichem Portlandzement (ASTM C 150, Portlandzement Typ I) gewonnen wurden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung beschreibt die Verwendung einer kieselsäurehaltigen Asche, die durch das Verbrennen von Feldfruchtrückständen wie Reishülsen (auch Reisspelzen genannt) erhalten wird und die als mineralischer Zusatzstoff zur Herstellung von Zementprodukten verwendet wird.
Gemäß dem Bericht 73-SBC des RILEM-Komitees (Jour. of Structures and Materials, Januar 1988, S. 89) wird der Name "mineralischer Zusatzstoff" für anorganische Materialien verwendet, sowohl für natürliche Materialien als auch industrielle Nebenprodukte, die in Mengen von 5 % von der Zementmasse oder mehr verwendet werden. Mineralische Zusatzstoffe können mit Portlandzement gemischt oder untergemahlen werden oder direkt dem Beton vor oder während des Mischens zugegeben werden.
Die Obergrenze für den mineralischen Zusatzstoff in Zementzusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die ASTM-Standard-Spezifikation C 595 für gemischte hydraulische Zemente des Typs I (PM) und des Typs IP definiert. Typ I (PM) ist ein mit Puzzolan modifizierter Portlandzement, der entweder durch Untermahlen von Portlandzementklinker und Puzzolan oder durch das Mischen von Portlandzement mit fein verteiltem Puzzolan hergestellt wird, in dem der Puzzolan gehalt weniger als 15 % des Gewichts des mit Puzzolan modifizierten Portlandzements beträgt. Ein Puzzolan ist ein anorganisches Material, das hauptsächlich aus chemisch reaktiven kieselsäurehaltigen oder kieselsäure- und aluminiumoxidhaltigen Verbindungen besteht und das, in Gegenwart von Feuchtigkeit, mit gelöschtem Kalk (Calciumhydroxid, Ca(OH)&sub2;) reagieren kann, um eine ausgehärtete Masse von Calciumsilicathydraten und Calciumaluminathydraten zu bilden. Typ IP ist ein Portland-Puzzolan- Zement, der entweder durch Untermahlen von Portlandzementklinker und Puzzolan oder durch Mischen von Portlandzement und fein verteiltem Puzzolan hergestellt wird, indem der Puzzolanbestandteil zwischen 15 und 40 Gew.-% vom Portland-Puzzolan-Zement liegt.

HERABSETZUNG DER DURCHLÄSSIGKEIT DES BETONS

Die hier verwendeten kieselsäurehaltigen Reishülsenaschen sind im allgemeinen vom "hochgradig puzzolanischen Typ", wie im RILEM-Bericht 73-SBC beschrieben. Gemäß diesem Bericht produziert die kontrollierte Verbrennung von Reishülsen ein geschlossenzellig poröses Produkt mit hoher Oberfläche und Kieselsäure, die im wesentlichen in amorpher Form vorliegt, zwei Faktoren, die für den starken Puzzolan-Charakter verantwortlich sind. Eine Reishülsenasche, die verglichen damit weniger amorph ist, wie RHA Nr. 3 (s. Tabelle 1), kann jedoch in dieser Erfindung ebenfalls verwendet werden.
Zufällige Proben von RHA wurden von Reishülsen verbrennenden Öfen mit verschiedenen Konstruktionsprinzipien, die sich in drei verschiedenen Staaten der USA befinden, erhalten (s. Tabelle 1). Zwei der Aschen, nämlich RHA Nr. 1 und RHA Nr. 2, enthielten 4,9 und 5,5 % Kohlenstoff, respektive. Der Kohlenstoffanteil in RHA Nr. 3 wurde zu 35 % bestimmt. Durch Röntgenbeugungsanalyse wurde bestimmt, daß RHA Nr. 1 und 2 zu 100 % und 99 %, respektive, Kieselsäure im amorphen Zustand enthielten. Mittels quantitativer Röntgenbeugungsanalyse wurde geschätzt, daß 90 % der in RHA Nr.3 enthaltenen Kieselsäure im amorphen Zustand vorliegt und der Rest in der Form von Cristobalit. Tabelle 1 Kennzeichen der Reishülsenasche aus drei unterschiedlichen Quellen RHA Nr. (Lousiana) (Texas) (Arkansas) Chemische Zusammensetzung Kohlenstoff (durch Glühverlust) Mineralogische Zusammensetzung der Kieselsäure Cristobalit % Tridymit % Quarz % amorphe Kieselsäure (durch Differenzbildung), % Teilchengrößenanalyse Teilchen > 75µm&spplus;, % Oberfläche durch Stickstoffadsorption, m²/g U* bedeutet durch Röntgenbeugung nicht nachweisbar + bezeichnet den Rückstand in % der Partikel auf einem 200 Mesh-Standardsieb vor leichtem Mahlen
Die Tabelle 1 zeigt auch die Teilchengrößenanalyse der drei Aschen (d.h. die Analyse des effektiven Durchmessers). Es sollte angemerkt werden, daß, obwohl der größte Teil der Teilchen in jeder Asche größer ist als 75 µm (67 bis 90 % der Teilchen werden auf einem Standardsieb von 200 Mesh zurückgehalten), der geschlossenzellig poröse Charakter der Teilchen (wie von einer typischen rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme verdeutlicht wird, die im U.S.-Patent 4,105,459 gezeigt ist) aus den hohen BET-Oberflächen-Werten (24.3 bis 99.2) ersichtlich ist, wie sie mit der Stickstoffadsorptionstechnik (Monosorb-Gerät, Quantachrome Corp.) bestimmt wurden.
Alle drei in Tabelle 1 aufgeführten Aschen entsprechen der Kieselsäure, die im U.S.-Patent 4,105,459 beschrieben ist, das Aschen (die aus landwirtschaftlichen Materialien stammen) abdeckt, die 49 bis 98 % Kieselsäure in hochamorpher Form (der Rest ist hauptsächlich Kohlenstoffrückstand) enthalten und 10 bis 100 m²/g BET-Oberfläche gemäß der Stickstoffadsorption aufweisen. Gemischte Portlandzemente wurden durch Mischen von 20 bis 30 Gew.-% eines Portlandzements vom Typ I (entsprechend der ASTM C 150- Standardspezifikation) und 70 bis 80 % irgendeiner der drei in Tabelle 1 aufgeführten Aschen hergestellt, nachdem die Aschen 15 Minuten lang in einer Laborkugelmühle leicht gemahlen worden waren. Diese Zubereitungen ergaben hydraulische Zemente mit zufriedenstellenden Abbinde- und Aushärtungs(Festigkeits)eigenschaften und bestätigten die Offenlegungen des U.S.-Patents 4,105,459.
Gemischte Zemente werden entweder durch Untermahlen eines geeigneten Zusatzstoffes mit Portlandzementklinker oder durch Mischen von Portlandzement mit einem fein gemahlenen Zusatzstoff hergestellt. Obwohl das feine Mahlen der Asche vor der Herstellung eines gemischten Zements nicht notwendig ist, um die Oberfläche und die Reaktivität zu erhöhen, wird angenommen, daß eine leichte Mahlbehandlung zur Pulverisierung der sehr großen Teilchen (d.h. Teilchen mit einem mittlerem Durchmesser größer als 75 µm) hilfreich bei der Herstellung einer homogeneren Asche-Portlandzement-Mischung ist. Dies ist nicht notwendig bei gemischten Zementen, die durch Untermahlen hergestellt werden. Wenn nicht anders angegeben, wurden die in dieser Erfindung verwendeten und unten beschriebenen Aschen leicht gemahlen, so daß bei einer Naßsiebung auf einem 200 Mesh-Sieb ungefähr 10 % Rückstand verblieben (d.h. nach einer leichten Mahlung sind etwa 10 % der Teilchen immer noch größer als 75 µm, aber 90 % sind nun kleiner als 75 µm). Eine typische Teilchengrößenalyse einer leicht gemahlenen Probe von RHA Nr. 1 (auch als Probe G bezeichnet) wird in Abbildung 1 gezeigt. Die Daten in Abbildung 1 zeigen, daß 89,3 % der Teilchen unter 77 µm Größe liegen und nur 9,7 % der Teilchen unter 10 µm Größe liegen. Dies bedeutet, daß 80 % der Teilchen im Größenbereich von 10 bis 77 µm liegen. Die Teilchengrößenanalysen, die in den Abbildungen 1, 2 und 4 gezeigt werden, wurden mit einem Gerät von Horiba (Modell LA-500) unter Verwendung von Laserlichtstreuung an einer dispergierten Probe durchgeführt.
Die chemischen und physikalischen Kennzeichen eines normalen Portlandzements gemäß den Anforderungen nach ASTM C 150 für einen Portlandzement vom Typ I, der in den in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Experimenten verwendet wurde, sind in Tabelle 2 dargestellt. Ein gebrochener Kalksteinzuschlagstoff aus der Region der San Francisco Bay (1,3 cm (1/2 Inch) Maximalgröße) wurde als grober Zuschlagstoff verwendet und Quarzitsand mit einem Feinheitsmodul von 3.0 wurde als feiner Zuschlagstoff zur Herstellung der Betonmischungen gemäß dieser Erfindung verwendet. Der Begriff der hydraulischen Zementzusammensetzung, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf jede Zusammensetzung, die Zement, Wasser und einen feinen oder groben Zuschlagstoff enthält und abbinden und zu einer ausgehärteten festen Masse werden wird. Der Begriff Zementprodukt bezieht sich auf jedes ausgehärtete Produkt, das nicht Zementpaste ist und durch die Hydratation eines hydraulischen Zements entsteht und schließt ausgehärtete Betone und Mörtel ein. Wie hier verwendet, ist ein Mörtelprodukt irgendein Zementprodukt, das durch das Mischen eines Zements, eines feinen Zuschlagstoffs und von Wasser erhalten wird und ein Betonprodukt ist irgendein Zementprodukt, das durch das Mischen eines Zements, eines feinen Zuschlagstoffes und eines groben Zuschlagstoffes und von Wasser erhalten wird. Tabelle 2: Portlandzement, chemische und physikalische Eigenschaften Chemische Analyse, % Physikalische Eigenschaften Glühverlust Unlöslicher Rückstand Gesamtalkali als Na&sub2;O Oberflächenluft nach der Luftdurchlässigkeitsmethode nach Blair Spezifisches Gewicht Beginn des Abbindens Ende des Abbindens Druckfestigkeit ASTM C 109-Mörtel Tage Zusammensetzung Prozentsatz
Für die Dauerhaftigkeit gegenüber rauhen Umwelteinflüssen empfiehlt das American Concrete Institute (ACI Komitee 201 für Dauerhaftigkeit) die Verwendung von Beton mit einem Wasser/Zement-Verhältnis von weniger als 0.4. Da die moderne Baupraxis, wie das Anbringen von Beton durch Pumpen und die Verwendung von hochverstärkten Strukturen eine hohe Konsistenz des frischen Betons verlangt, wird die Verbindung von niedrigen Wasser/Zement- Verhältnis und hoher Konsistenz (ungefähr etwa 15.2 bis 25.4 cm (6 - 10 Inch) Setzmaß) üblicherweise durch das Zufügen einer superplastifizierenden Beimischung (d.h., ein Klasse F hochgradiger Wasserverringerer gemäß ASTM C 494-Standard-Spezifikation) erreicht. Ein im Handel erhältlicher Superplastifizierer vom Naphthalinsulphonattyp wurde in allen hier beschriebenen Betonen verwendet. Der Superplastifizierer wurde in Form einer wäßrigen Lösung, die 40 Gew.-% Feststoffe enthielt, verwendet.
Mischungsverhältnisse für hochfeste superplastifizierte Betonmischungen wurden für einen Setzmaßbereich von 20.3 bis 25.4 cm (8 - 10 Inch) und einen Festigkeitsbereich von 632.8 - 773.4 kg/cm² (9000 - 11000 psi) (28 d Druckfestigkeit) erhalten. Labortests zeigten, daß ein maximales Wasser/Zement-Verhältnis von 0.34 und ein minimaler Zementgehalt von 372 kg/m³ (630 lb/yd³) nötig waren, um ungefähr 632.8 kg/cm² (9000 psi) Druckfestigkeit nach 28 d (28 Tagen) zu erhalten. Gleichermaßen waren ein Wasser/Zement-Verhältnis von 0.28 und ein Zementgehalt von 460 kg/m³ (780 lb/yd³) nötig, um ungefähr 773.4 kg/cm² (11000 psi) Druckfestigkeit nach 28 d zu erhalten. Drei dazwischenliegende Mischungen wurden mit 389, 407 und 425 kg/m³ (660, 690 und 720 lb/yd³) Zementgehalt und Wasser/Zement-Verhältnissen von 0.327, 0.31 und 0.30, respektive, hergestellt. Die Eigenschaften dieser fünf Portlandzement- Betonmischungen wurden mit entsprechenden Betonmischungen verglichen, die mit gemischten Portlandzementen hergestellt wurden, die 5 %, 10 %, 15 %, 20 % und 30 % RHA, respektive, enthielten. In jedem Fall wurde die selbe Menge des Superplastifizierers (9.9 Liter/m³ (7 1/2 Liter pro kub. yd) Beton) verwendet, daher variierte das Setzmaß von 17.7 bis 25.4 cm (7 bis 10 Inch). Die Mischungsverhältnisse für jede der fünf Vergleichsbetonmischungen wie auch entsprechende Mischungen, die gemischte RHA-Zemente mit 5 bis 30 % RHA Nr. 1 enthielten (d.h. Versuche A - E), sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3 Mischungsverhältnisse von Beton Mischung Nr. Portlandzement kg/m³ (lb/yd³) Grober Zuschlagstoff kg/m³ (lb/yd³) Feiner Zuschlagstoff kg/m³ (lb/yd³) Superplastifizierer lg/m³ (l/yd³) Wasser* kg/m³ (lb/yd³) Wasser/Zement-Verhältnis Prüfung Vergleichsbeton **RHA **Beton mit gemischtem, RHA in der angegebenen Menge enthaltendem Zement * Mischwasser plus im Superplastifizierer enthaltenes Wasser
ASTM-Standard-Testverfahren, wie die in ASTM C 192 und C 39 festgelegten, wurden zum Mischen (mit Ausnahme der Betonmischung mit RHA-U wie unten im Beispiel 7 beschrieben), zum Gießen, zur Nachbehandlung und zur Prüfung der Eigenschaften von Betonmischungen verwendet. Zylindrische, 10.2 auf 20.3 cm (4 auf 8 Inch) große, dreifach vorhandene Prüfkörper wurden zur Bestimmung der Druckfestigkeit nach 2,7 und 28 Tagen verwendet. Die 28 Tage lang standardmäßig nach behandelten 10.2 auf 20.3 cm (4 auf 8 Inch) großen Beton proben wurden auch zur Prüfung der Durchlässigkeit von Chloridionen gemäß der AASHTO T-277-Methode verwendet, die wie unten diskutiert, nun eine allgemein verwendete Prüfmethode zur Ermittlung der allgemeinen Dauerhaftigkeit von Beton ist.
Es ist allgemein anerkannt, daß die Durchlässigkeit von Beton gegenüber Wasser die wichtigste Eigenschaft ist, die die Dauerhaftigkeit gegenüber den meisten Vorgängen des Verfalls von Beton, wie Rißbildung aufgrund von Gefrier- und Auftauzyklen, Sulfatangriff, Angriff durch alkalische Zuschlagstoffe und Korrosion von Stahlverstärkungen bestimmt. Die Prüfungen auf Wasserdurchlässigkeit sind sehr umständlich und zeitaufwendig, aber eine Prüfung auf Chloriddurchlässigkeit in Übereinstimmung mit den AASHTO T-277-Methoden ist einigermaßen einfach und schnell. Es besteht eine hohe Korrelation zwischen den bei einer Prüfung auf Chloriddurchlässigkeit erhaltenen Ergebnissen und den bei Prüfungen auf Wasserdurchlässigkeit erhaltenen Ergebnissen (d.h. wenn ein Produkt verringerte Durchlässigkeit für Chlorid aufweist, wird es auch verringerte Durchlässigkeit für Wasser aufweisen). Die Prüfung nach AASHTO T- 277V die auf der Arbeit von D. Whiting von der Portland Cement Association (FHWA-Bericht Nr. RD-81/119V August 1981) beruht, beinhaltet die Beobachtung der Menge elektrischen Stroms, die durch eine Betonscheibe von 10.2 cm (4 Inch) Durchmesser und 5.1 cm (2 Inch) Dicke geleitet wird. Ein Ende des Prüfkörpers ist in eine 3 %-ige NACl-Lösung getaucht (s. Abb.3) und das andere in eine 0.3 N NAOH-Lösung. Es ist möglich, die Wanderung der Chloridionen durch den Prüfkörper durch Anlegen eines Gleichstrompotentials von 60 V zu beschleunigen. Von der Gesamtladung, die über einen Zeitraum von 6 Stunden (6 h) gemessen wird, wird angenommen, daß sie mit der Chloriddurchlässigkeit des Betons verknüpft ist.
In dieser Prüfung werden Betone, die mehr als 4000 Coulomb zulassen, als hochdurchlässig eingestuft; diejenigen, welche mehr als 2000 Coulomb, aber weniger als 4000 zulassen, werden als mäßig durchlässig eingestuft; von denjenigen, welche mehr als 1000 Coulomb, aber weniger als 2000 zulassen, nimmt man geringe Durchlässigkeit an; und von denjenigen, die weniger als 1000 Coulomb zulassen, nimmt man sehr niedrige Durchlässigkeit an (S. 127, Bericht Nr. FHWA/RD-81/119, August 1981). Es ist zu bemerken, daß gewöhnliche Portlandzemente 9000 bis 12 000 Coulomb Chloriddurchlässigkeit in der AASHTO T-277-Prüfung aufweisen. Von der im U.S.-Patent Nr. 4,829,107 verwendeten Durchlässigkeitsprüfung wurde angegeben, daß sie eine Modifikation der AASHTO T-277-Durchlässigkeitsprüfung sei. Unglücklicherweise sind die Ergebnisse der Durchlässigkeitsprüfung, die in dem Patent 4,829,107 an Kindt offengelegt wurden, in Ohm angegeben und da das '107-Patent die verwendeten Prüfmethoden die verwendeten Prüfmethoden nicht vollständig erklärt, ist es unmöglich, die Prüfergebnisse aus '107 in Coulomb umzurechnen und daher einen genauen Vergleich der Ergebnisse der Durchlässigkeitsprüfung des '107-Patents mit den Ergebnissen der Durchlässigkeitsprüfung, die in der vorliegenden Erfindung erhalten und unten beschrieben werden, zu ziehen.
Die Eigenschaften der Betonmischungen der Prüfungen A - E (s. Tabelle 3) unter Verwendung der oben beschriebenen Materialien und Verfahren sind in Tabelle 4 zusammengefaßt. Es ist zu bemerken, daß die Druckfestigkeit und die Daten der Durchlässigkeitsprüfung Mittelwerte von Dreifachmessungen sind. Die Eigenschaften frischen Betons und die Druckfestigkeit ausgehärteten Betons liegen wie erwartet. Zum Beispiel sind in der Reihe mit 5 bis 30 % Zugabe von RHA in den gemischten Zementen die Druckfestigkeiten nach drei und sieben Tagen nicht von den Vergleichsbetonen signifikant verschieden, die Festigkeit nach 28 Tagen tendiert jedoch zu etwas höheren Werten als Ergebnis der Puzzolanreaktion von RHA im Zeitraum von sieben bis 28 Tagen.
Im Verlauf der Prüfungen auf Durchlässigkeit nach der AASHTO-Methode T-277 wurde ein steiler Abfall der Durchlässigkeit von Betonen, die mehr als 5 % RHA enthalten, beobachtet. Die folgenden Beispiele werden die vorliegende Erfindung vollständig veranschaulichen. Tabelle 4: Eigenschaften von Betonmischungen mit gemischten, RHA #1 enthaltenden Zementen Prüfung Eigenschaft Vergleichsbeton Mischzementbeton Frischer Beton Setzmaß, cm (Inch) Luftgehalt, % dichte, kg/m³ (lb/yd³) Ausgehärteter Beton Druckfestigkeit, kg/cm² (ksi) Tage Durchlässigkeit nach Tagen durchgegangene Coulomb Einstufung mäßig niedrig sehr niedrig

Beispiel 1:

Die Ergebnisse der Prüfung A (s. Tabelle 4) zeigen, daß die Druckfestigkeit und die Chloriddurchlässigkeit des aus gemischtem Zement, der 5 % RHA enthält, hergestellten Betons verglichen mit dem Vergleichs-Portlandzementbeton in bestimmter Weise beeinflußt wurden. Prüfung B zeigte jedoch, daß verglichen mit dem Vergleichs-Portlandzementbeton, die Druckfestigkeit nach 28 Tagen des Betons, der mit dem gemischten Zement, der 10 % enthielt, hergestellt wurde, um ungefähr 18 % erhöht war, die Durchlässigkeit fiel jedoch auf beinahe ein Drittel der Vergleichsdurchlässigkeit (von 3500 auf 1250 Coulomb), was die Einstufung der Durchlässigkeit des Betons von mäßig auf niedrig verbesserte (s. Tabelle 4).

Beispiel 2:

Prüfung C zeigte, daß verglichen mit dem Vergleichs-Portlandzementbeton die Druckfestigkeit nach 28 Tagen des Betons, der mit dem gemischten Zement, der 15 % RHA enthält, hergestellt wurde, um ungefähr 20 % erhöht war, die Durchlässigkeit fiel jedoch auf beinahe ein Viertel (von 3260 auf 870 Coulomb), was die Einstufung der Durchlässigkeit von mäßig auf sehr niedrig verbesserte (s. Tabelle 4).

Beispiel 3:

Prüfung D zeigte, daß die Druckfestigkeit nach 28 Tagen des Betons, der mit dem gemischten Zement, der 20 % RHA enthält, hergestellt wurde, um ungefähr 14 % erhöht war, die Durchlässigkeit fiel jedoch auf beinahe ein Achtel (von 3000 auf 390 Coulomb), was die Einstufung der Durchlässigkeit von mäßig auf sehr niedrig verbesserte.

Beispiel 4:

Prüfung E zeigte, daß verglichen mit dem Vergleichs-Portlandzementbeton die Druckfestigkeit nach 28 Tagen des Betons, der mit dem gemischten Zement, der 30 % RHA enthält, hergestellt wurde, um ungefähr 2 % erhöht war, die Durchlässigkeit fiel jedoch um fast eine Größenordnung (2900 auf 300 Coulomb) (s. Tabelle 4). Eine andere mit den Prüfungen A bis E vergleichbare Prüfung wurde für einen Beton durchgeführt, der aus einem gemischten Zement, der 40 % RHA Nr. 1 enthielt, hergestellt wurde. Die erhaltene Druckfestigkeit nach 28 Tagen des Betons betrug 780.3 kg/cm² (11.1 ksi) und die Chloriddurchlässigkeit betrug 1165 Coulomb.

Beispiel 5:

Um abzusichern, daß sich die deutliche Verbesserung der Undurchlässigkeit von Beton, die sich aus der Verwendung von gemischten Zementen, die RHA enthalten, ergibt, nicht auf die Zemente, die eine einzigartige Probe von RHA (d.h. RHA Nr. 1) enthalten, beschränkt, wurden weitere Prüfungen mit gemischten Zementen, die RHA Nr. 2 und RHA Nr. 3 enthalten, durchgeführt. Zu diesem Zweck genügte es, nur eine der Testmischungen zu untersuchen, zum Beispiel die in Prüfung B von Tabelle 3 verwendete Betonmischung. Deshalb wurden unter Verwendung der Materialien und Mischungsverhältnisse der Prüfung B (Tabelle 3) in Prüfung F zwei zusätzliche Betonmischungen mit gemischten Zementen, die 10 % von entweder RHA Nr. 2 oder RHA Nr. 3 enthalten, hergestellt. Um ein homogeneres Produkt zu erhalten, wurden alle drei Aschen auf ungefähr 10 % Rückstand auf einem 200 Mesh-Standardsieb (75 µm) leicht gemahlen. (D.h., 10 % der Teilchen waren größer als 75 µm und 90 % waren kleiner). Eigenschaften von Beton, der mit gemischten Zementen hergestellt wurde, welche die drei verschiedenen Marken von RHA enthalten, werden in Tabelle 5 verglichen. Tabelle 5 zeigt, daß die Eigenschaften von frischem Beton so wie die von ausgehärtetem Beton einschließlich der Durchlässigkeit durch den Ersatz von RHA Nr. 1 durch RHA Nr. 2 oder RHA Nr. 3 nicht signifikant beeinflußt werden. Es ist bemerken, daß verglichen mit der Vergleichsbetonmischung (3500 Coulomb), die eine mäßige Durchlässigkeitseinstufung gemäß den empfohlenen Spezifikationen für die AASHTO-Prüfung aufweist, alle drei gemischten Zementev die 10 % RHA der verschiedenen Typen enthalten, eine niedrige Durchlässigkeitseinstufung (1000 bis 2000 Coulomb) ergaben. Daher ist der die Undurchlässigkeit verbessernde Nutzen bei Betonmischungen durch die Verwendung von gemischten Zementen, die niedrige Prozentsätze von RHA enthalten, nicht auf die Zemente, die RHA Nr. 1 enthalten, beschränkt; tatsächlich ist dieser Nutzen für RHA-Typen mit einem weiten Bereich physikalischer und chemischer Eigenschaften einschließlich derjenigen, die von leicht gemahlener RHA Nr. 1, RHA Nr. 2 und RHA Nr. 3 dargestellt werden, verfügbar (s. Tabelle 1 für die Zusammensetzung der verschiedenen RHAn). Tabelle 5: Vergleich der Eigenschaften von Beton mit gemischten, 10 % RHA verschiedener Typen enthaltenden Zementen Prüfung Eigenschaften Vergleichsbeton Mischzementbeton Frischer Beton Setzmaß, cm (in) Luftgehalt, % Dichte, kg/m³ (lb/yd³) Ausgehärteter Beton Druckfestigkeit, kg/cm (ksi) Tage Durchlässigkeit nach Tagen durchgegangene Coulomb

Beispiel 6:

Flugasche der ASTM-Klasse F ist derzeit die gebräuchlichste puzzolanische Beimischung in den USA, aber es ist bekannt, daß sie viel weniger reaktiv ist als amorphe RHA und wesentlich längere Nachbehandlungszeiten als 28 Tage benötigt, um hohe Festigkeit und Undurchlässigkeit zu entwickeln. Dieses Beispiel verdeutlicht, wie ein teilweiser Ersatz von Flugasche durch RHA eine drastische Verbesserung der Undurchlässigkeit von Beton sogar nach 28 Tagen bewirkt. Die Eigenschaften einer Vergleichsbetonmischung, die 398.2 kg/m³ (675 lb/yd³) Portlandzement, 885 kg/m³ (1500 lb/yd³) feinen Zuschlagstoff, 994 kg/m³ (1600 lb/yd³) groben Zuschlagstoff, 4 Liter/ m³ (3 Liter/yd³) Superplastifizierer und 140 kg/m³ (237 lb/yd³) Wasser enthält, wurden mit den entsprechenden Mischungen, die 20 % vom Gewicht des Zementes Flugaschezusatz (d.h. 80 kg/m³ (135 lb/yd³) Flugasche) oder 10 % Flugasche der Klasse F und 10 % (je 30.6 kg (67.5 lb)) sowohl von Flugasche der Klasse F als auch RHA Nr.1 enthalten, verglichen. Die gesamte in diesem Beispiel verwendete Flugasche entsprach den physikalischen und chemischen Anforderungen der ASTM C 595 für Flugasche der Klasse F. Die Druckfestigkeit nach 28 Tagen und Daten der Durchlässigkeitsprüfung waren wie folgt: Betonmischung Druckfestigkeit, kg/cm² (ksi) Durchlässigkeit. Coulomb Vergleichsbeton Zugabe von 20 % Flugasche 10 % Flugasche + 10 % RHA
Die Daten zeigen, daß die Verwendung von 20 % Flugasche der Klasse F alleine als Zusatzstoff zu Beton nicht zu einer signifikanten Änderung der Druckfestigkeit nach 28 Tagen und der Durchlässigkeit von Beton führt. Die Einstufung der Betondurchlässigkeit gemäß der AASHTO- Prüfung war "mäßig durchlässig" sowohl für den Vergleichsbeton als auch für den Beton, der Flugasche ohne RHA enthielt. Währen die Zugabe von 10 % Flugasche und 10 % RHA die Festigkeit um nur 10 % erhöhte, erniedrigte sie die durchgegangenen Coulombs auf ungefähr ein Siebtel des Wertes, der mit dem Vergleichsbeton erhalten wurde und ein Fünftel des Wertes, der mit dem Beton, der nur die Flugasche enthielt, erhalten wurde. Die sehr niedrige Einstufung, die von der Betonmischung, die 10 % Flugasche und 10 % RHA enthält, gezeigt wird, schafft eine Methode zur Herstellung von hochundurchlässigen Betonen unter Verwendung von Flugasche- RHA-Mischungen, die nur 10 % RHA enthalten. Wie in Tabelle 4 gezeigt, wurden jedoch 15 % vom Gewicht des Zements oder mehr RHA benötigt, um eine sehr niedrige Durchlässigkeitseinstufung zu erreichen, wenn RHA alleine verwendet wurde. Die verbesserten Eigenschaften von Portlandzementbeton, die sich aus der Zugabe von 10 % vom Gewicht des Portland-RHA-Zements RHA zu einem Beton ergeben, der bereits Flugasche als mineralischen Zusatzstoff enthielt, können ebenso erhalten werden, wenn ein gemischter Zement vom Typ IP oder vom Typ I(PM), der puzzolanische oder zementitische Beimischungen enthält, wie durch ASTM C 505 definiert, an Stelle von reinem Portlandzement verwendet wird. Es ist nicht unbedingt erforderlich, reinen Portlandzement (ASTM C 150) zu verwenden, um erhöhte Druckfestigkeit und niedrige oder sehr niedrige Durchlässigkeit zu erhalten. Ähnliche Ergebnisse können durch die Verwendung von gemischtem hydraulischen Zement des Typs IP oder des Typs I(PM) statt reinen Portlandzements erhalten werden.

Beispiel 7:

Dieses Beispiel verdeutlicht den Teilchengrößenbereich der RHA, der durch die vorliegende Erfindung abgedeckt wird. Für diese Prüfung wurde RHA Nr. 1 wie unten beschrieben in drei verschiedenen Teilchengrößenbereichen verwendet.

(Probe L):

Im Lieferzustand waren 75 % der Teilchen in der gesamten Probe oberhalb 75 µm und die Oberfläche gemäß der BET-Stickstoffadsorption betrug 24.3 m²/g.

(Probe G):

Dies war das Material, das durch leichtes Mahlen von Probe L, so daß 80 % der Teilchen im Bereich von 10 bis 77 µm lagen und der mittlere Teilchendurchmesser 38 µm betrug, hergestellt wurde (siehe Abbildung 1 für eine vollständige Teilchengrößenanalyse). Die BET-Oberfläche gemäß der Stickstoffadsorption betrug 25.5 m²/g, was zeigt, daß leichtes Mahlen geringen oder fast keinen Einfluß auf die Oberfläche hat. Wie oben bemerkt, wurden die meisten der beschriebenen Prüfungen (z.B. Prüfungen A - E) mit dieser RHA durchgeführt (d.h. leicht gemahlene RHA Nr. 1).

(Probe U):

Dies ist ultrafein gemahlene Asche, so daß 80 % der Teilchen im Bereich von 1 - 6 µm liegen und der mittlere Teilchendurchmesser ungefähr 3 µm beträgt (siehe Abbildung 2 für eine vollständige Teilchengrößenanalyse). Die BET-Oberfläche der Probe gemäß Stickstoffadsorption beträgt 26.5 m²/g, was wiederum zeigt, daß die Mahlung von RHA geringen oder keinen Effekt auf die Oberfläche hat, da der größte Teil der Oberfläche in der geschlossenzellig porösen Struktur des Materials liegt. Aufgrund der hohen Oberflächenladungen, die durch die Ultrafeinmahlung entwickelt werden, zeigt das Pulver eine Neigung zur Flockenbildung. Der Zusatz dieser Asche in der Form von trockenem Pulver zur trockenen Betonmischung unter Verwendung des Standardmischverfahrens (ASTM C 192) war schwierig, weil das Material nicht einheitlich dispergiert werden konnte. Als Ergebnis wurde das Mischverfahren der Betonstruktur, die RHA-U enthielt, wie folgt modifiziert. Die Asche wurde zuerst unter Verwendung des Mischwassers und der Superplastifizierer, die zur Verwendung in der Betonmischung spezifiziert waren, in Form einer Aufschlämmung dispergiert. Zu dieser Aufschlämmung wurden während des Mischvorgangs Portlandzement, feiner Zuschlagstoff und grober Zuschlagstoff zugegeben.
Betonmischungen mit den Mischungsverhältnissen der Prüfung B (siehe Tabelle 3) wurden mit gemischten Zementen, die 10 % RHA Nr. 1 von drei verschiedenen Teilchengrößen L, G und U enthielten, hergestellt. Die resultierenden Werte der Druckfestigkeit nach 28 Tagen und des Durchlässigkeitstests sind in Tabelle 6 aufgeführt. Tabelle 6 Betonmischung Druckfestigkeit, kg/cm² (ksi) Durchlässigkeit Coulomb Vergleichsbeton
Die Daten zeigen, daß die Verwendung von RHA im Lieferzustand, die sehr große Teilchen enthält (z.B. Probe L, in der 75 % der Teilchen größer als 75 µm sind) nicht zu irgendeiner Verbesserung der Eigenschaften des Mischzementbetons wie Festigkeit und Undurchlässigkeit führt. Dies kann an einem Fehlen einer homogenen Verteilung von RHA in der Betonmischung liegen. Beim Vergleich mit dem Vergleichsbeton zeigten die Produkte aus gemischtem Zement, die die leicht gemahlene RHA (Probe G) und die fein gemahlene RHA (Probe U) enthielten, relativ kleine Erhöhungen der Druckfestigkeit (19 und 23 %, respektive). Sie zeigten jedoch dramatische Verbesserungen der Undurchlässigkeit. Zum Beispiel wurden die in der AASHTO T- 277-Prüfung durchgelassenen Coulombs auf ungefähr ein Drittel und ein Viertel, respektive, verringert (d.h. zu einer Durchlässigkeitseinstufung von mäßig auf niedrig oder sehr niedrig führend). Es wird angenommen, daß eine bessere Homogenität des Betons, der aus gemischten Zementen, die feinere RHA-Teilchen enthalten, hergestellt wird, wichtig für die Verringerung der Durchlässigkeit ist. Aus den Daten ist jedoch ersichtlich, daß zu diesem Zweck die Ultrafeinmahlung in der von Probe U dargestellten Art nicht notwendig ist. Für die meisten praktischen Zwecke ist die Einstufung "niedrige Durchlässigkeit" für eine gute Dauerhaftigkeit des Betons ausreichend und es ist nicht zu erwarten, daß sich die Gebrauchseigenschaften von Betonen mit 880 und 250 Coulomb Chloriddurchlässigkeit sehr voneinander unterscheiden.
Die hier verwendeten Typen von puzzolanischer RHA entsprechen einem weitem Bereich physikalischer und chemischer Eigenschaften wie etwa 20 - 100 m²/g BET-Oberfläche gemäß der Stickstoffadsorption, bis zu 35 % Kohlenstoffgehalt und 60 bis 95 % Kieselsäure, von denen bis zu 10 % kristallin sein können. Da die gewünschte Teilchengrößenverteilung der RHA in den gemischten Zementen, die in den Prüfungen A - F etc. beschrieben werden, sich nicht sehr von der eines typischen ASTM-Typ I Portlandzements unterscheidet, siehe Abbildung 4, kann erwartet werden, daß der Größenbereich von RHA-Teilchen in einem untergemahlenen Portland- RHA-Zement ähnlich dem Größenbereich des Portlandzements ist, der in Abbildung 4 gezeigt wird. Die einzigartige Eigenschaft von Zementprodukten wie denjenigen in den Prüfungen B - F (d.h. niedrige oder sehr niedrige Durchlässigkeit, die sich aus dem Zusatz von 10 bis 40 % RHA in den gemischten Zementen ergibt) kann durch die Verwendung von Aschen mit einem weiten Bereich von Teilchen erzielt werden, solange die meisten der Teilchen einer Teilchengrößenverteilung im Bereich von 10 bis 75 µm entsprechen.

BESCHLEUNIGUNG DES SCHNELLEN FESTWERDENS DES BETONS

Das schnelle Festwerden von Betonmischungen, die Flugasche enthalten, wird durch die Zugabe von RHA beschleunigt.

Beispiel 8:

Zur Herstellung eines Vergleichs-(Kontroll)betons wurden Standardportlandzement des ASTM-Typs I, ein quarzitischer Sand (Feinheitsmodul 3.0) und ein gebrochener Kalkstein mit 12 mm (1/2 Inch) Maximalgröße verwendet. Die in den Prüfmischungen verwendeten Puzzolane schlossen eine Flugasche der ASTM-Klasse F und eine amorphe Reishülsenasche mit 90 % Kieselsäuregehalt, 5 % Kohlenstoffgehalt und 20 m²/g BET-Oberfläche ein. Die Asche war pulverisiert worden, um weniger als 10 % Teilchen oberhalb von 75 µm Größe zu enthalten.
Richtlinien des ACI zur Größe der Anteile in Normalgewichts-Betonmischungen wurden verwendet, um die Mischungsverhältnisse für Beton mit fc = 27 MPa (4000 psi) und einem Setzmaß von 125 bis 150 mm (5 - 6 Inch) festzulegen. Die Mischungsverhältnisse der Kontrollmischung (Mischung Nr. 1) werden in der linken Spalte von Tabelle 7 gezeigt. Die mittlere Spalte von Tabelle 7 (Mischung Nr. 2) zeigt die Mischungsverhältnisse einer Prüfmischung, die 20 % vom Gewicht des Zements Flugasche, die als teilweiser Ersatz für Zement verwendet wurde, enthält. Die rechte Spalte (Mischung Nr. 3) zeigt das Mischungsverhältnis einer anderen Prüfmischung, die 10 % Flugasche und 10 % der pulverisierten Reishülsenasche enthält. Tabelle 7: Mischungsverhältnisse von Betonmischungen, kg/m³ (lb/yd³) Material Mischung Nr. Zement Flugasche Reishülsenasche grober Zuschlagstoff feiner Zuschlagstoff Wasser Wasser/Zementit-Verhältnis
Alle Betonmischungen zeigten hervorragende Verarbeitbarkeit. Die wasserreduzierende Eigenschaft der Flugasche ist aus der Tatsache ersichtlich, daß, verglichen mit der Kontrollmischung, ungefähr 6 % weniger Wassergehalt benötigt wurde, um ein ähnliches Setzmaß (150 mm (6 Inch)) zu erhalten. Wahrscheinlich aufgrund der sehr hohen inneren Oberfläche der Reishülsenasche gab Mischung Nr. 3 ein niedrigeres Setzmaß (125 mm (5 Inch)) statt 150 mm (6 Inch) bei einem Wassergehalt ähnlich wie bei der Referenzmischung, obwohl gefunden wurde, daß dieser Beton kohäsiver und besser verarbeitbar als das Kontrollmuster war.
Zum Mischen, Gießen und zur Nachbehandlung von Beton wurden ASTM-Standard- Prüfmethoden verwendet. Zylindrische Proben, 100 auf 200 mm (4 auf 8 Inch) wurden hergestellt, um die uniaxiale Druckfestigkeit von Beton im Prüfalter von 3,7 und 28 Tagen zu prüfen. Die Druckfestigkeitsdaten, der Durchschnitt von drei Mustern, werden in Tabelle 8 gezeigt. Tabelle 8: Druckfestigkeit von Betonmischungen, MPa (psi) Testdauer Mischung Nr.
Verglichen mit dem Kontrollmuster zeigt die Betonmischung, die nur die Flugasche enthältu in geringem Alter (3 d, 7 d) ungefähr 20 % niedrigere Druckfestigkeit als das Kontrollmuster. Nach 28 Tagen ist der Festigkeitsunterschied etwas niedriger (17 %), was den Einfluß einer langsamen Puzzolanreaktion anzeigt. Dies ist mit den früheren Beobachtungen vieler Forscher konsistent. Verglichen mit der Mischung Nr. 2 (die nur Flugasche enthält) wurde gefunden, daß die Druckfestigkeit von Betonen, die Flugasche und Reishülsenasche enthielten (Mischung Nr. 3) zu allen Testzeiten signifikant höher liegt. Statt 17 - 20 % niedrigeren Festigkeiten mit Flugaschebetonen liegen die Festigkeiten von Betonen bei allen Testdauern gemäß Mischung Nr. 3 nur 10 bis 12 % niedriger als beim Vergleichsbeton. Reishülsenasche ist also dazu geeignet, einen Teil des Festigkeitsverlustes in frühen Stadien, der auf die Verwendung von Flugasche alleine als Puzzolan zurückgeführt werden kann, wieder wettzumachen.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Aufgrund der die Undurchlässigkeit verbessernden und das schnelle Festwerden beschleunigenden Eigenschaften der in der vorliegenden Erfindung verwendeten RHA hat RHA das Potential, ein wertvolles Material für die Zement- und Betonindustrien zu werden. Sie kann ein puzzolanischer Zusatzstoff zur Herstellung von gemischten Portlandiementen oder eine wasserfreie puzzolanische Beimischung zur direkten Zugabe zu Betonmischungen sein.

Claims

1. Zusammensetzung zur Verwendung in Beton oder Mörtel, die einen aus Portlandzementen und gemischten hydraulischen Puzzolan-Portlandzementen gewählten Zement und von 5 - 30 % vom Gewicht des Zementes kieselsäurehaltige Asche umfaßt, wobei die besagte Asche aus Feldfruchtrückständen stammt und 60 - 95 Gew.-% Kieselsäure enthält und mindestens 90 % der besagten Kieselsäure amorph ist, wobei der mindestens 10 % der besagten Ascheteilchen eine Größe oberhalb von 75 m aufweisen und die Ascheteilchen einen mit Laserlichtstreuung gemessenen mittleren Teilchendurchmesser von mindestens 6 Mikrometer und eine BET-Oberfläche von mindestens 20 m²/g haben.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, in der der mittlere Teilchendurchmesser zwischen 15 und 38 Mikrometer beträgt.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, in der die Feldfruchtrückstände Reishülsen sind.

4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der der Zement und die Asche wasserfrei sind.

5. Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, in der der gemischte hydraulische Puzzolan-Portlandzement hydraulischer Zement des Typs I (PM) oder des Typs IP ist.

6. Zusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, die 10 bis 30 % vom Gewicht des Zementes Asche umfaßt.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, die 10 bis 15 % vom Gewicht des Zementes Asche umfaßt.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 6, die 15 bis 30 % vom Gewicht des Zementes Asche umfaßt.

9. Zementprodukt, das eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, feinen Zuschlagstoff und groben Zuschlagstoff umfaßt.

10. Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Verwendung in Beton oder Mörtel, das das Mischen eines aus Portlandzementen und gemischten hydraulischen Puzzolan-Portlandzementen gewählten Zements mit von 5 - 30 % vom Gewicht des Zementes kieselsäurehaltiger Asche umfaßt, wobei die besagte Asche aus Feldfruchtrückständen stammt und 60 - 95 Gew.-% Kieselsäure enthält und mindestens 90 % der besagten Kieselsäure amorph ist, wobei mindestens 10 % der besagten Ascheteilchen eine Größe oberhalb von 75 Mikrometer autweisen und die Ascheteilchen einen mit Laserlichtstreuung gemessenen mittleren Teilchendurchmesser von mindestens 6 Mikrometer und eine BET-Oberfläche von mindestens 20 m²/g haben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Zement und/oder die Asche entsprechend einem der Ansprüche 2 bis 5 verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, in dem die Asche in einer Menge verwendet wird, mit der eine Zusammensetzung erreicht werden kann, in der das Verhältnis von Asche zu Zement entsprechend einem der Ansprüche 6 bis 8 ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Zementprodukts, welches das Mischen einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, feinen Zuschlagstoffs und groben Zuschlagstoffs umfaßt.

14. Verfahren zur Herstelung eines Zementproduktes mit einer besseren als mäßigen Durchlässigkeit, welches umfaßt:

(a) das Mischen einer hydraulischen Zementzusammensetzung, die wirksame Mengen einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, feinen Zuschlagstoff, groben Zuschlagstoff und Wasser umfaßt; und

(b) das Aushärtenlassen der Zementzusammensetzung.