NO166033B

NO166033B - NON-EXPANSIVE, QUICK-STANDARDING CEMENT AND HARDENED PRODUCT THEREOF.

Info

Publication number: NO166033B
Application number: NO85852955A
Authority: NO
Inventors: Richard Eugene Galer; Paul Christian Webb
Original assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1991-02-11
Also published as: NO166033C; NO852955L

Description

Denne oppfinnelse angår en ikke-ekspansiv, ettringitt-dannende hydraulisk sement som danner et sementholdig produkt som er resistent mot karbondioksyd-angrep, er stabil ved høye temperaturer og har en høy tidlig-styrke. This invention relates to a non-expansive, ettringite-forming hydraulic cement which forms a cementitious product which is resistant to carbon dioxide attack, is stable at high temperatures and has a high early strength.

Videre angår oppfinnelsen et ikke-ekspandert, ettringitt-inneholdende sementprodukt. Furthermore, the invention relates to a non-expanded, ettringite-containing cement product.

En beskrivelse av sementteknologi egnet for forståelse A description of cement technology suitable for understanding

av den foreliggende oppfinnelses bakgrunn kan finnes i Scientific American, april 1964, s. 80 - 90; Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 2d ed., Vol. 5, s. 684 - 710 (1964); og ACI Journal, august 1970, s. 583 - 610. De følgende forkortelser for of the background of the present invention can be found in Scientific American, April 1964, pp. 80-90; Kirk-Othmer's Encyclopedia of Chemical Technology, 2d ed., Vol. 5, pp. 684-710 (1964); and ACI Journal, August 1970, pp. 583 - 610. The following abbreviations for

de brysomme formler for sementforbindelser vil bli anvendt i det foreliggende i overensstemmelse med den alminnelige praksis i sementindustrien: the troublesome formulas for cement compounds will be used herein in accordance with the general practice in the cement industry:

C representerer kalsiumoksyd (CaO) C represents calcium oxide (CaO)

A representerer aluminiumoksyd (A^O-j) A represents aluminum oxide (A^O-j)

H representerer vann (f^O) H represents water (f^O)

S representerer svoveltrioksyd (SO^) S represents sulfur trioxide (SO^)

Ettringitt er således C3A(CS)3<H>32.Ettringite is thus C3A(CS)3<H>32.

Uttrykket "hydraulisk sement" slik det anvendes i det foreliggende vil forstås å innbefatte hvilken som helst sement som har den egenskap at den herdner under vann, eksempelvis Portlandssement, blandinger av Portlandssement og høy-aluminiumoksyd-sement, blandinger av Portlandssement og masovnsslagg og lignende materialer. Uttrykket "betong" anvendes for å betegne en blanding av hydraulisk sement, tilslagsmateriale og vann hvilken herdner under dannelse av en hard masse. Uttrykket "mørtel" anvendes i det foreliggende for å betegne en blanding av hydraulisk sement, fint tilslagsmateriale og vann. The term "hydraulic cement" as used herein will be understood to include any cement which has the property of hardening under water, for example Portland cement, mixtures of Portland cement and high-alumina cement, mixtures of Portland cement and blast furnace slag and similar materials . The term "concrete" is used to denote a mixture of hydraulic cement, aggregate and water which hardens to form a hard mass. The term "mortar" is used herein to denote a mixture of hydraulic cement, fine aggregate and water.

Armerte sementholdige paneler er allerede kjent. U.S.-patent nr. 3 284 980 (Dinkel) beskriver et for-støpt, lett-vektsbetongpanel med en cellulær kjerne, et tynt lag med høy densitet på hver side og et lag av fibernettverk innleiret i hvert av lagene med høy densitet. De sementer som angis å være brukbare, er eksemplifisert ved Portlandssementer, meget tid- Reinforced cementitious panels are already known. U.S. Patent No. 3,284,980 (Dinkel) describes a precast lightweight concrete panel with a cellular core, a thin high density layer on each side and a layer of fiber mesh embedded in each of the high density layers. The cements that are stated to be usable are exemplified by Portland cements, very time-

lige sementer, aluminiumoksydsementer, naturlige sementer, etc. straight cements, alumina cements, natural cements, etc.

Clear beskriver i U.S. patent 4 203 788 en kontinuerlig frem-gangsmåte til fremstilling av de paneler som er beskrevet av Dinkel. Clear gjør oppmerksom på at bøyning av det uherdede panel bevirker at de forskjellige lag forskyves i forhold til hverandre og separeres, hvorved panelets helhetlighet øde-legges og dets styrke reduseres. Formnings-, kutte- og stablings-operasjoner hos Clear er alle utformet for å minimalisere bøy-ning av det uherdede panel. Clear describes in the U.S. patent 4 203 788 a continuous process for producing the panels described by Dinkel. Clear points out that bending the uncured panel causes the different layers to shift in relation to each other and separate, whereby the integrity of the panel is destroyed and its strength is reduced. Forming, cutting and stacking operations at Clear are all designed to minimize bending of the uncured panel.

I U.S.-patent nr. 4 159 361 beskriver Schupack en ar-mert panelkonstruksjon som har en enhetlig, ikke-segmentert kjerne laget av en sementholdig blanding. Det angis at hvis det anvendes en hurtigherdningssement, kan panelet herdes i det fri på ca. 30 minutter; "stabel-støpingen" av individuelle paneler, den ene oppå den annen etter at hvert panel har undergått en begynnelsesherdning, indikerer imidlertid at håndtering av de uherdede paneler skal unngås. In U.S. Patent No. 4,159,361, Schupack describes a reinforced panel construction having a unitary, non-segmented core made of a cementitious mixture. It is stated that if a quick-setting cement is used, the panel can be hardened in the open in approx. 30 minutes; However, the "stack molding" of individual panels, one on top of the other after each panel has undergone an initial cure, indicates that handling of the uncured panels should be avoided.

Hurtigherdningssementef og sementer med høy tidlig-fasthet er velkjente. Spackman et al. lærer i U.S.-patent nr. Rapid setting cements and cements with high early strength are well known. Spackman et al. teaches U.S. Patent No.

903 019 at tilsetning av fra2til20% kalsiumaluminat, fra 1 903 019 that the addition of from 2 to 20% calcium aluminate, from 1

til 3% kalsiumsulfat og fra 5 til 20% hydratisert kalk til naturlig sement eller blandinger av naturlig sement og Portlandssement gir en sement med høyere strekkfasthet uansett alder. to 3% calcium sulphate and from 5 to 20% hydrated lime to natural cement or mixtures of natural cement and Portland cement gives a cement with higher tensile strength regardless of age.

I U.S.-patent nr. 3 775 143 angir Mikhailov et al at In U.S. Patent No. 3,775,143, Mikhailov et al state that

en blanding av 62% Portlandssement, 20% aluminiumoksydsement, a mixture of 62% Portland cement, 20% alumina cement,

14% gips og 4% kalk gir en betong med en trykkfasthet på 34,13 MPa (4950 p.s.i.) etter en dag og 44,82 MPa (6500 p.s.i.) etter 28 dager. 14% gypsum and 4% lime gives a concrete with a compressive strength of 34.13 MPa (4950 p.s.i.) after one day and 44.82 MPa (6500 p.s.i.) after 28 days.

Chervenka et al lærer i U.S.-patent nr. 3 997 353 at en sement omfattende fra 4 5 til 70% Portlandssement, fra 25 til 45% ytterligere kalsiumaluminat, fra 5 til 20% kalsiumsulfat utvikler en trykkfasthet på minst 6,9 MPa (1000 p.s.i.) i løpet av to timer eller mindre. En mengde fri kalk større enn 2% av vekten av Portlandssementen angis å være skadelig. Chervenka et al teach in U.S. Patent No. 3,997,353 that a cement comprising from 45 to 70% Portland cement, from 25 to 45% additional calcium aluminate, from 5 to 20% calcium sulfate develops a compressive strength of at least 6.9 MPa (1000 p.s.i.) within two hours or less. An amount of free lime greater than 2% of the weight of the Portland cement is stated to be harmful.

Deets et al beskriver i U.S.-patent 3 861 929 en re-gulert ekspansiv sement inneholdende Portlandsseitieht, en mengde av kalsiumaluminatsement lik ca. 2 - 17% av vekten av Portlandssementen, og en mengde kalsiumsulfat ekvivalent med ca. 2 til 24% SO^ i overskudd over det optimale nivå for SO^ for den spesielle Portlandssement som anvendes. Den virkelige mengde av kalsiumsulfat som anvendes, hvis den optimale mengde SO^ var 3%, ville således være ca. 8,5 - 44,2% av vekten av Portlandssement. De 7-dagers trykkfastheter som rapporteres er mindre enn 29,7 MPa (4300 p.s.i.). Deets et al describe in U.S. Patent 3,861,929 a regulated expansive cement containing Portland seitieht, an amount of calcium aluminate cement equal to approx. 2 - 17% of the weight of the Portland cement, and an amount of calcium sulphate equivalent to approx. 2 to 24% SO^ in excess of the optimum level for SO^ for the particular Portland cement used. The actual amount of calcium sulfate used, if the optimum amount of SO 3 was 3%, would thus be approx. 8.5 - 44.2% by weight of Portland cement. The 7-day compressive strengths reported are less than 29.7 MPa (4300 p.s.i.).

Galer et al lærer i U.S.-patent nr. 4 350 533 at den maksimale tidlige styrke av sementholdige materialer omfattende blandinger av høy-aluminiumoksyd-sement, gips og en kilde for tilgjengelig kalk oppnås når vekten av ettringitt dannet i de tidlige hydratasjonsstadier er lik fra ca. 40% til ca. 60% av vekten av pastaandelen (d.v.s. vann + sement) i materialet. Det hydrauliske sementpulver som danner ettringitten, omfatter fra ca. 18% til ca. 65% høy-aluminiumoksyd-sement, fra ca. 16% til ca. 35% kalsiumsulfat og fra ca. 3,5% til ca. 8,5% kalsiumoksyd. Avhengig av den kilde som velges for kalsiumoksydet, omfatter sementen fra 0% til ca. 65% Portlandssement og fra 0% til ca. 8,5% fremmed-kalk. Den tidlige styrke av betong fremstilt ut fra denne sement er riktignok høy, men det høye et-tringittinnhold gjør den ustabil ved høye temperaturer og ut-satt for nedbrytning av karbondioksyd. Galer et al teach in U.S. Patent No. 4,350,533 that the maximum early strength of cementitious materials comprising mixtures of high alumina cement, gypsum and a source of available lime is achieved when the weight of ettringite formed in the early stages of hydration is equal to about. 40% to approx. 60% of the weight of the paste portion (i.e. water + cement) in the material. The hydraulic cement powder that forms the ettringite comprises from approx. 18% to approx. 65% high-alumina cement, from approx. 16% to approx. 35% calcium sulphate and from approx. 3.5% to approx. 8.5% calcium oxide. Depending on the source chosen for the calcium oxide, the cement comprises from 0% to approx. 65% Portland cement and from 0% to approx. 8.5% foreign lime. The early strength of concrete made from this cement is indeed high, but the high etringite content makes it unstable at high temperatures and exposed to decomposition by carbon dioxide.

En løsning på problemet med karbondioksyd-angrep på betonger inneholdende ettringitt frembys av Azuma et al i U.S.-patent nr. 4 310 358. Beregnede mengder av en ettringitt-forløper, gips og et sementmateriale valgt fra en gruppe be-stående av Portlandssement, masovnsslagg og blandinger av nevnte sement og nevnte slagg blandes og hydratiseres deretter for dannelse av et produkt omfattende et firekomponentssystem av ettringitt, gips, ettringittforløper og det herdnede produkt av sementmaterialet. Forholdet mellom dannet ettringitt og det tørre sementmateriale må være mellom 5:1 og 1:5 på vektbasis, A solution to the problem of carbon dioxide attack on concretes containing ettringite is proposed by Azuma et al in U.S. Patent No. 4,310,358. Calculated amounts of an ettringite precursor, gypsum, and a cementitious material selected from the group consisting of Portland cement, blast furnace slag and mixtures of said cement and said slag are then mixed and hydrated to form a product comprising a four component system of ettringite, gypsum, ettringite precursor and the hardened product of the cementitious material. The ratio between formed ettringite and the dry cement material must be between 5:1 and 1:5 on a weight basis,

og forholdet mellom ettringittforløper og gips i startblandingen må være mellom 10:1 og 1:1 på vektbasis. Azuma et al lærer at en eldnings- og herdningsprosess må være påbegynt 4-8 timer etter at sementblandingen er formet til en artikkel. Eldningstemperaturen er ca. 80°C til 90°C, og prosessen utføres i en fuktig atmosfære i fra 6 til 48 timer.Ekspansjon av det formede produkt finner sted på grunn av den hurtige dannelse av ettringitt hvis eldningstemperaturen er lavere enn 80°C, men hastig-heten for dannelse av ettringitt er for lav ved en temperatur and the ratio of ettringite precursor to gypsum in the starting mix must be between 10:1 and 1:1 on a weight basis. Azuma et al teach that an aging and hardening process must be started 4-8 hours after the cement mixture is formed into an article. The aging temperature is approx. 80°C to 90°C, and the process is carried out in a moist atmosphere for from 6 to 48 hours. Expansion of the shaped product takes place due to the rapid formation of ettringite if the aging temperature is lower than 80°C, but the rate for the formation of ettringite is too low at a temperature

på 90°C, ifølge Azuma et al. of 90°C, according to Azuma et al.

Det er derfor fremdeles et behov for en ikke-ekspansiv hydraulisk sement som vil hydratiseres slik at den gir et sementholdig produkt som har en høy tidlig-styrke, men er resistent mot karbondioksyd-angrep og er stabil ved høye temperaturer. Det er et spesielt behov i sementplateindustrien for en hydraulisk sement som vil herdne hurtig og ha en høy tidlig styrke slik at sementplaten kan produseres på en høy-hastighets, kontinuerlig produksjonslinje og ha en høy bruddfasthet som ikke forringes av karbondioksydet i luften eller ved eksponering for høye temperaturer, som i en brennende byg-ning. There is therefore still a need for a non-expansive hydraulic cement which will hydrate so as to provide a cementitious product which has a high early strength but is resistant to carbon dioxide attack and is stable at high temperatures. There is a particular need in the cement board industry for a hydraulic cement that will harden quickly and have a high early strength so that the cement board can be produced on a high-speed, continuous production line and have a high fracture strength that is not degraded by the carbon dioxide in the air or by exposure to high temperatures, as in a burning building.

Det er et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe It is an object of this invention to provide

en hydraulisk sement som vil stivne og utvikle styrke tilstrekkelig hurtig etter blanding med vann til å tillate produksjon av sementplater ved ca. 6 til ca. 45,6 lineære meter pr. minutt. a hydraulic cement which will set and develop strength sufficiently quickly after mixing with water to allow the production of cement sheets at approx. 6 to approx. 45.6 linear meters per minute.

Det er et beslektet formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en hydraulisk sement som vil utvikle tilstrekkelig styrke under sementplateproduksjonen til å tillate kutting og håndtering av platen ca. 20 minutter etter hydratiseringen av sementen. It is a related object of this invention to provide a hydraulic cement which will develop sufficient strength during cement board production to permit cutting and handling of the board approx. 20 minutes after the hydration of the cement.

Det er et annet beslektet formål med denne oppfinnelsen There is another related object of this invention

å tilveiebringe en hydraulisk sement som vil utvikle slik tidlig-styrke ved den begrensede dannelse av ettringitt med høy fasthet og likevel utvikle det meste av sin bruddfasthet fra hydratiserte kalsiumsilikater. to provide a hydraulic cement which will develop such early strength by the limited formation of high strength ettringite and yet develop most of its fracture toughness from hydrated calcium silicates.

Det er et ytterligere formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en hydraulisk sementholdig blanding som utvikler høy tidlig fasthet og likevel er stabil ved høye temperaturer og er resistent mot å nedbrytes av karbondioksyd. It is a further object of this invention to provide a hydraulic cementitious mixture which develops high early strength and yet is stable at high temperatures and is resistant to degradation by carbon dioxide.

Oppfinnelsen angår en ikke-ekspansiv, ettringitt-dannende hydraulisk sement som danner et sementholdig produkt som er resistent mot karbondioksyd-angrep, er stabil ved høye temperaturer og har en høy tidlig-styrke, karakterisert ved at den omfatter fra 72% til 80% portland-sement, fra 14% til 21% høy-aluminiumoksydsement, fra 3,5% til 10% kalsiumsulfat og fra 0,4% til 0,7% hydratisert kalk, på vektbasis. The invention relates to a non-expansive, ettringite-forming hydraulic cement which forms a cementitious product which is resistant to carbon dioxide attack, is stable at high temperatures and has a high early strength, characterized in that it comprises from 72% to 80% portland -cement, from 14% to 21% high alumina cement, from 3.5% to 10% calcium sulfate and from 0.4% to 0.7% hydrated lime, by weight.

Den ettringitt-dannende hydrauliske sement ifølge oppfinnelsen vil etter hydratisering ved en temperatur på 18-66°C danne i det vesentlige all sin potensielle ettringitt i løpet av fra 5 minutter til 20 minutter etter blanding med vann, og danner et hurtigherd-nende sementprodukt som er resistent mot karbondioksyd-angrep, The ettringite-forming hydraulic cement according to the invention will, after hydration at a temperature of 18-66°C, form essentially all of its potential ettringite within from 5 minutes to 20 minutes after mixing with water, and forms a fast-hardening cement product which is resistant to carbon dioxide attack,

er stabilt ved høye temperaturer og har en høy tidlig-styrke. is stable at high temperatures and has a high early strength.

Høy-aluminiumoksyd-sement, også kjent som aluminatsement, har et Al^O^-innhold på ca. 36-42%. De viktigste forbindelser som er tilstede er noen kalsiumaluminater, først og fremst CA. Den mengde aluminiumoksyd som kan omdannes til ettringitt fra høy-aluminiumoksyd-sement på tilstrekkelig kort tid etter blanding med vann under oppnåelse av hurtigherdningsegenskaper, er først og fremst avhengig av den mengde meget fine aluminatpartikler som er tilgjengelig for oppløsning i blandevannet. High-alumina cement, also known as alumina cement, has an Al^O^ content of approx. 36-42%. The most important compounds present are some calcium aluminates, primarily CA. The amount of alumina that can be converted to ettringite from high-alumina cement in a sufficiently short time after mixing with water while achieving rapid setting properties is primarily dependent on the amount of very fine aluminate particles that are available for dissolution in the mixing water.

For at reaksjonen skal forløpe hurtig, må aluminationer være tilstede i den vandige fase av den sementholdige blanding. Reaksjonen mellom CA, C og CS under dannelse av ettringitt forløper hurtig når kontinuerlig metning av den vandige fase fremmes av nærvær av meget små aluminatpartikler og/eller krystaller dannet ved lave smeltetemperaturer. Således er en stor mengde av høy-aluminiumoksyd-sement som har en liten prosentandel av fine partikler, eller en liten mengde av sementen med en høy prosentandel av fine partikler ønskelig. Fornyet maling av høy-aluminiumoksyd-sementen til en høyere finhet tillater benyttelse av mer av aluminiumoksydet for dannelsen av ettringitt i løpet av en kort tidsperiode. Over-flatearealet av høy-aluminiumoksyd-sementen kan være fra ca. 3000, oftere 4000 cm 2 /g til ca. 9000 cm 2/g, målt ved Blaine-metoden. Mengden av høy-aluminiumoksyd-sement i sementpulveret ifølge denne oppfinnelse er fortrinnsvis fra 14% til 18%; en mer foretrukken mengde er fra 15% til 17%. In order for the reaction to proceed quickly, aluminate ions must be present in the aqueous phase of the cementitious mixture. The reaction between CA, C and CS to form ettringite proceeds rapidly when continuous saturation of the aqueous phase is promoted by the presence of very small alumina particles and/or crystals formed at low melting temperatures. Thus, a large amount of high alumina cement having a small percentage of fine particles, or a small amount of the cement having a high percentage of fine particles is desirable. Re-grinding the high-alumina cement to a higher fineness allows more of the alumina to be used for the formation of ettringite in a short period of time. The surface area of the high-alumina cement can be from approx. 3000, more often 4000 cm 2 /g to approx. 9000 cm 2 /g, measured by the Blaine method. The amount of high-alumina cement in the cement powder according to this invention is preferably from 14% to 18%; a more preferred amount is from 15% to 17%.

Mengden av kalsiumsulfat i den hydrauliske sement i hen-hold til denne oppfinnelse er den kontrollerende faktor ved dannelsen av ettringitt under hydratisering. Kalsiumsulfatet kan være i form av gips, hemihydratet, anhydritt eller synte-tisk CS. Da kalsiumsulfat er den mest oppløselige av reaktant-ene i hydratasjonsreaksjonene, er dens partikkelstørrelse ikke så særlig viktig for hydratasjonshastigheten. Hovedsaklig hele mengden av dette forbrukes. En foretrukken mengde av kalsiumsulfat er fra 4% til 8%. Mer foretrukket er mengden fra 5% til 7%. Forskjellige kvaliteter av gips, så som kalkgjødning og terra alba, kan anvendes, men en minimumsren-het på ca. 90% er ønskelig. The amount of calcium sulfate in the hydraulic cement according to this invention is the controlling factor in the formation of ettringite during hydration. The calcium sulphate can be in the form of gypsum, the hemihydrate, anhydrite or synthetic CS. As calcium sulphate is the most soluble of the reactants in the hydration reactions, its particle size is not particularly important for the rate of hydration. Essentially the entire amount of this is consumed. A preferred amount of calcium sulfate is from 4% to 8%. More preferably, the amount is from 5% to 7%. Different qualities of gypsum, such as lime fertilization and terra alba, can be used, but a minimum purity of approx. 90% is desirable.

Portland sement av type III foretrekkes. Portland sement av type I kan anvendes, men styrken av en mørtel eller betong ved de intermediære aldre vil være lavere. Den foretrukne mengde av portland sement er fra 73% til 76%, spesielt fra 74% til 75%. Som med høy-aluminiumoksyd-sementen kan Blaine-verdiene for portland-sementen, gipsen og kalken være i området 3000-9000 cm 2/g. Et foretrukket omrade for portland-sementen er fra 5000 til 6000 cm<2>/g. Type III Portland cement is preferred. Type I Portland cement can be used, but the strength of a mortar or concrete at the intermediate ages will be lower. The preferred amount of portland cement is from 73% to 76%, especially from 74% to 75%. As with the high alumina cement, the Blaine values of the portland cement, gypsum and lime can be in the range of 3000-9000 cm 2 /g. A preferred range for the portland cement is from 5000 to 6000 cm<2>/g.

En foretrukket utforming av sementpulveret omfatter fra 0,5 til 0,7% lesket kalk. En spesielt foretrukket blanding av pulveret består hovedsaklig av ca. 74,8% portland-sement av type III, ca. 17% høy-aluminiumoksyd-sement, ca. 7,5% kalkgjødning (d.v.s. ca. 5,3% kalsiumsulfat) og ca. 0,65% lesket kalk. A preferred design of the cement powder comprises from 0.5 to 0.7% slaked lime. A particularly preferred mixture of the powder mainly consists of approx. 74.8% portland cement of type III, approx. 17% high-alumina cement, approx. 7.5% lime fertilization (i.e. approx. 5.3% calcium sulphate) and approx. 0.65% slaked lime.

Når sementplaten skal anvendes for innendørs fyllings-paneling, så som støtteplater for fliser, himlingspanel, eller som et underlag på gulv og lignende, er det ønskelig å anvende et lettvektig tilslagsmateriale som bidrar til å gjøre platen så lett som mulig, mens den bibeholder sin styrke. Lettvektige tilslagsmaterialer så som masovnslagg, vulkansk tuff, pimpstein og de ekspanderte former av skifer, perlitt, leire og vermi-kulitt kan også tilsettes til de sementholdige blandinger ifølge denne oppfinnelse. Ekspanderte polystyren-perler er også meget nyttige, likeledes kan skumningsmidler anvendes til å inneslutte luft i den herdnede mørtel. De sementholdige blandinger ifølge denne oppfinnelse kan imidlertid inneholde sand, grus og andre tyngre tilslagsmaterialer når man ønsker å fremstille andre gjenstander eller tunge sementplater til bruk ved bygging av påhengsvegger og lignende. Skjønt partik-kelstørrelsesfordelingen bør være heller bred for å unngå When the cement board is to be used for indoor infill paneling, such as support plates for tiles, ceiling panels, or as a substrate for floors and the like, it is desirable to use a lightweight aggregate material that helps to make the board as light as possible, while it retains its strength. Lightweight aggregates such as blast furnace slag, volcanic tuff, pumice and the expanded forms of slate, perlite, clay and vermiculite can also be added to the cementitious mixtures according to this invention. Expanded polystyrene beads are also very useful, likewise foaming agents can be used to trap air in the hardened mortar. The cement-containing mixtures according to this invention can, however, contain sand, gravel and other heavier aggregates when you want to produce other objects or heavy cement sheets for use in the construction of hanging walls and the like. Although the particle size distribution should be rather broad to avoid

tett pakking av tilslagsmaterialet, bør maksimumsstørrelsen av tilslagsmaterialet som anvendes ved sementplateproduksjonen, være ca. 1/3 av tykkelsen av platen. Vektforholdet mellom tight packing of the aggregate material, the maximum size of the aggregate material used in cement board production should be approx. 1/3 of the thickness of the plate. The weight ratio between

mineraltilslagsmaterialet og sementpulveret er gjerne fra 0,9:1 til 6:1, men ved fremstilling av sementplater er det fortrinnsvis ikke høyere enn 3:1. Vektforholdet mellom masovnslagg og sementpulveret, f.eks., er fortrinnsvis fra 1:1 til 2:1. the mineral aggregate material and the cement powder is usually from 0.9:1 to 6:1, but in the production of cement boards it is preferably not higher than 3:1. The weight ratio between blast furnace slag and the cement powder, for example, is preferably from 1:1 to 2:1.

De sementholdige blandinger ifølge denne oppfinnelsen innbefatter den hydrauliske sement, d.v.s. sementen, og de forskjellige betonger, mørtler og injiseringsmørtler som kan fremstilles derav. Vann/sementpulver-forholdet som anvendes ved blanding av de sementholdige materialer er gjerne fra 0,25:1 til 0,8:1 på vektbasis, men det er foretrukket å bruke et forhold på fra 0,3:1 til 0,5:1. Méngden av vann bestemmes i det minste delvis av hver av komponentenes affinitet for vann og av deres overflateareal. De sementholdige blandinger ifølge denne oppfinnelsen kan også inneholde puzzolanmaterialer så som flyveaske, montmorillonitt-leire, diatomé-jord og pumicitt. Mengden kan være så meget som ca. 25% av vekten av sementpulveret, men den er fortrinnsvis fra 5% til 20%. Flyveaskens høye vannbehov må tas i betraktning ved bestemmelse av den mengde som skal anvendes. The cementitious mixtures according to this invention include the hydraulic cement, i.e. the cement, and the various concretes, mortars and injection mortars that can be produced from it. The water/cement powder ratio used when mixing the cementitious materials is usually from 0.25:1 to 0.8:1 on a weight basis, but it is preferred to use a ratio of from 0.3:1 to 0.5: 1. The amount of water is determined at least in part by the affinity of each of the components for water and by their surface area. The cementitious mixtures according to this invention may also contain pozzolanic materials such as fly ash, montmorillonite clay, diatomaceous earth and pumicite. The amount can be as much as approx. 25% of the weight of the cement powder, but it is preferably from 5% to 20%. Fly ash's high water requirement must be taken into account when determining the quantity to be used.

Ved støpemetoder hvor det er ønskelig å ha en hovedsaklig selv-utjevnende mørtel eller betong og likevel en som har et lavt vann/sement-forhold slik at det gir et sterkt, herdnet materiale, så som ved fremstilling av sementplater på et kontinuerlig vandrende transportørbelte, foretrekkes anvendelse av et vannreduserende middel, eller plastiseringsmiddel. Natri-umsaltet av sulfonsyren av et naftalen/formaldehyd-kondensa-sjonsprodukt som selges under handelsnavnene "Lomar D" og "Protex" er kjent som et super-plastiseringsmiddel. En vann-oppløselig polymer som fremstilles ved kondensasjon av melamin og formaldehyd og selges under handelsnavnet "Melment", er et annet eksempel på et superplastiseringsmiddel. In casting methods where it is desirable to have a mainly self-leveling mortar or concrete and yet one that has a low water/cement ratio so that it produces a strong, hardened material, such as when producing cement sheets on a continuously moving conveyor belt, the use of a water-reducing agent or plasticizer is preferred. The sodium salt of the sulfonic acid of a naphthalene/formaldehyde condensation product sold under the trade names "Lomar D" and "Protex" is known as a super-plasticizer. A water-soluble polymer produced by the condensation of melamine and formaldehyde and sold under the trade name "Melment" is another example of a superplasticizer.

Ved fremstillingen av sementplater blir den hydrauliske sement ifølge denne oppfinnelse, vann, et tilslagsmateriale, så som masovnslagg, og de øvrige bestanddeler i mørtelen til-ført en kontinuerlig blander av mateanordninger kalibrert til å levere bestanddelene i de andeler som er beskrevet ovenfor. Temperaturen av blandevannet er fra 30 til 60°C, og temperaturen av mørtelen idet denne forlater blanderen er fra 18 til 43°C, fortrinnsvis ca. 32°C eller høyere. In the production of cement boards, the hydraulic cement according to this invention, water, an aggregate, such as blast furnace slag, and the other components of the mortar are fed to a continuous mixer of feeding devices calibrated to deliver the components in the proportions described above. The temperature of the mixing water is from 30 to 60°C, and the temperature of the mortar as it leaves the mixer is from 18 to 43°C, preferably approx. 32°C or higher.

Dannelsen av ettringitt er i det vesentlige fullstendig på fra 5 minutter til 20 minutter etter blanding ved The formation of ettringite is substantially complete in from 5 minutes to 20 minutes after mixing with

en mørteltemperatur på fra 18°C til 66°C. Den ende- a mortar temperature of from 18°C to 66°C. The end-

lige stivning av mørtelen, som i det vesentlige skyldes dannelse av ettringitt og C^AHg, finner sted på fra 9 til 25 minutter fra blandeøyeblikket. Fjerningen av 46 deler blandevann fra mørtelblandingen for dannelsen av hver 100 deler ettringitt forbruker hurtig en stor del av blandevannet og bevirker at mørtelen blir fast. Dette, i tillegg til dannelsen av C^AHg, bevirker den tidlige stivning av mørtelen. Den hurtige dannelse av ettringitt og C^AHg gir platen tidlig-styrke slik at den kan kuttes og stables etter så kort tid. Herdningen av de stablede plater fortsetter å utvikle varme. Når en 40 platers stabel av 12,7 mm tykke plater, dekket for å bevare en fuktig atmosfære, ble tillatt å stå i et rom med en omgivelsestemperatur på 14°C, nådde temperaturen i stabelen et maksimum på 96°C på ca.15 timer. Den således utviklede varme reduserer imidlertid ikke styrken av platen, fordi dannelsen av ettringitten er fullstendig før temperaturen begyn-ner å stige, og platens bruddfasthet forringes ikke hvis en liten mengde ettringitt spaltes ved maksimumstemperaturen. even hardening of the mortar, which is essentially due to the formation of ettringite and C^AHg, takes place in from 9 to 25 minutes from the moment of mixing. The removal of 46 parts of mixing water from the mortar mixture for the formation of every 100 parts of ettringite quickly consumes a large part of the mixing water and causes the mortar to set. This, in addition to the formation of C^AHg, causes the early hardening of the mortar. The rapid formation of ettringite and C^AHg gives the sheet early strength so that it can be cut and stacked after such a short time. The curing of the stacked plates continues to generate heat. When a 40-plate stack of 12.7 mm thick plates, covered to preserve a humid atmosphere, was allowed to stand in a room with an ambient temperature of 14°C, the temperature in the stack reached a maximum of 96°C in about 15 hours. The heat thus developed does not, however, reduce the strength of the plate, because the formation of the ettringite is complete before the temperature begins to rise, and the breaking strength of the plate is not impaired if a small amount of ettringite is split at the maximum temperature.

De følgende eksempler illustrerer hydrauliske sementer ifølge denne oppfinnelse hvilke kan anvendes ved produksjon av sementplater. Alle deler er på vektbasis med mindre annet er angitt. The following examples illustrate hydraulic cements according to this invention which can be used in the production of cement sheets. All parts are by weight unless otherwise stated.

Eksempel 1 Example 1

Et sementpulver inneholdende 75 deler portland-sement av type III, 19 deler høy-aluminiumoksyd-sement, 5,5 deler kalkgjødning (3,9 deler kalsiumsulfat) og 0,5 del lesket kalk ble blandet med 100 deler av en ekspandert masovnslagg, A cement powder containing 75 parts of Type III Portland cement, 19 parts of high alumina cement, 5.5 parts of lime fertilizer (3.9 parts of calcium sulfate) and 0.5 part of slaked lime was mixed with 100 parts of an expanded blast furnace slag,

35 deler kaldt vann og 1 del av et super-plastiseringsmiddel ("Lomar D"), og mørtelen ble støpt til 5,1 cm terninger. Gillmore-herdningstidene er 62 minutter (begynnelses-) og 35 parts of cold water and 1 part of a super-plasticizer ("Lomar D"), and the mortar was molded into 5.1 cm cubes. Gillmore curing times are 62 minutes (initial) and

108 minutter (slutt-). To charger av terninger, den ene som en kontroll og den andre for testing av varmestabilitet, ble støpt. Terninger bestemt for varmebehandling ble lagret ved romtemperatur i fuktig luft inntil varmebehandlingen ble påbegynt; kontrollterninger ble lagret inntil de ble testet med hensyn til trykkfasthet. En dag, 7 dager og 28 dager etter tilsetningen av blandevann ble en terning plassert i en ovn som ble holdt ved 110 + 5°C i 24 timer og deretter tatt ut og kjølt til romtemperatur. Den varmebehandlede terning og en kontrolterning av samme alder ble testet med hensyn til trykkfasthet. Resultatene, som er vist i tabell I viser at iste-denfor å bli svekket av varmebehandlingen øker den herdnede mørtel sin styrke. 108 minutes (final). Two loads of cubes, one as a control and the other for heat stability testing, were cast. Cubes destined for heat treatment were stored at room temperature in humid air until the heat treatment was started; control cubes were stored until tested for compressive strength. One day, 7 days and 28 days after the addition of mixing water, a cube was placed in an oven held at 110 + 5°C for 24 hours and then taken out and cooled to room temperature. The heat-treated die and a control die of the same age were tested for compressive strength. The results, which are shown in table I, show that instead of being weakened by the heat treatment, the hardened mortar increases its strength.

Eksempler 2- 6 Examples 2-6

Seks selv-utjevnende mørteler ble fremstilt ved blanding av sementer med de sammensetninger som er vist i tabell I, med 298 ml av et blandevann inneholdende 13,9 ml av et super-plastiseringsmiddel ("Protex PSP-N2", et natriumsulfonat av et naftalen/formaldehyd-kondensat, 40% faste stoffer). Six self-levelling mortars were prepared by mixing cements of the compositions shown in Table I with 298 ml of a mixing water containing 13.9 ml of a super-plasticizer ("Protex PSP-N2", a sodium sulfonate of a naphthalene /formaldehyde condensate, 40% solids).

Blandevannet og alle komponentene var blitt forvarmet til 38°C. Begynnelses- og slutt-stivningstidene etter Gillmore ble bestemt på ett sett av terninger. Andre sett av terninger ble herdet i fuktig luft ved 38°C i 30 minutter og deretter ved 23°C for resten av de herdningstider som er vist i tabell III før de undergikk brudd i trykkfasthetstesten ifølge ASTM C 109-80-metoden. Et endelig sett av terninger ble herdet i 20 timer i fuktig luft (ved 38°C i 30 minutter og ved 23°C i 19,5 timer), og deretter ble terningene holdt under vann ved 23°C for resten av en syv dagers periode. Mørtelen i eksempel 5 hadde en densitet på 2,09 g/cm ; de andre mørteler hadde en lignende densitet. Stivningstidene og trykkfasthetene er angitt i tabell III. The mixing water and all the components had been preheated to 38°C. The start and end setting times according to Gillmore were determined on one set of dice. Other sets of cubes were cured in moist air at 38°C for 30 minutes and then at 23°C for the remainder of the curing times shown in Table III before being subjected to fracture in the compressive strength test according to the ASTM C 109-80 method. A final set of dies was cured for 20 hours in moist air (at 38°C for 30 minutes and at 23°C for 19.5 hours), and then the dies were kept under water at 23°C for the remainder of a seven-day period. The mortar in example 5 had a density of 2.09 g/cm; the other mortars had a similar density. The setting times and compressive strengths are given in table III.

Eksempel 7 Example 7

Sementplater ble fremstilt av kontinuerlig blandet mørtel med et vann/sementpulver-vektforhold på 0,35:1. Sementpulveret bestod av 7 3% portland-sement av type III, 16,6% høy-aluminiumoksyd-sement, 7,3% kalkgjødning (5,2% CS), 2,4% flyveaske klasse C og 0,7% CH2 på vektbasis. Mørtelen inneholdt også masovnslagg, et super-plastiseringsmiddel, et skumningsmiddel og perler av ekspandert polystyren. Etter at det kontinuerlige panel var kuttet ble de enkelte sementplater stablet og inn-pakket for ytterligere herdning. Etter herdning i stabelen i 7 dager ble prøver av platene tatt fra stablene og lagret inntil de var 2 måneder gamle og ble deretter plassert i et karboniseringskammer i hvilket atmosfæren var 100% karbondioksyd bortsett fra den vanndamp som var nødvendig til å gi en relativ fuktighet på 95% ved 23°C. Etter 4 ukers eksponering for karbondioksyd var platenes gjennomsnittlige vektøkning 7,2%, og bruddgrensen var ca. 95% av verdien før testen begynte. Slagfastheten for plater tatt fra karboniserings-kammeret etter 2 uker var 73% av verdien før testen begynte. Slagfastheten av plater eksponert i 4 uker ble ikke målt. Cement boards were prepared from continuously mixed mortar with a water/cement powder weight ratio of 0.35:1. The cement powder consisted of 7.3% Type III Portland cement, 16.6% high-alumina cement, 7.3% lime fertilizer (5.2% CS), 2.4% Class C fly ash and 0.7% CH2 on weight basis. The mortar also contained blast furnace slag, a super-plasticizer, a foaming agent and expanded polystyrene beads. After the continuous panel was cut, the individual cement sheets were stacked and wrapped for further curing. After curing in the stack for 7 days, samples of the boards were taken from the stacks and stored until they were 2 months old and then placed in a carbonization chamber in which the atmosphere was 100% carbon dioxide except for the water vapor necessary to provide a relative humidity of 95% at 23°C. After 4 weeks of exposure to carbon dioxide, the plates' average weight gain was 7.2%, and the breaking point was approx. 95% of the value before the test began. The impact resistance of plates taken from the carbonization chamber after 2 weeks was 73% of the value before the test began. The impact resistance of plates exposed for 4 weeks was not measured.

Mens flere spesielle utførelsesformer av denne oppfinnelse er blitt beskrevet, vil det forstås at oppfinnelsen kan modifiseres innenfor de vedføyede kravs ide og ramme. While several particular embodiments of this invention have been described, it will be understood that the invention can be modified within the spirit and scope of the appended claims.

Claims

1. Non-expansive, ettringite-forming hydraulic cement that forms a cementitious product that is resistant to carbon dioxide attack, is stable at high temperatures and has a high early strength, characterized in that it comprises from 72% to 80% portland cement, from 14% to 21% high alumina cement, from 3.5% to 10% calcium sulfate and from 0.4% to 0.7% hydrated lime, by weight .

2. Hydraulic cement according to claim 1, characterized in that the Portland cement comprises from 73% to 76%, the high-alumina cement comprises from 14% to 18%, the calcium sulphate comprises from 4% to 8% and the hydrated lime comprises from 0 .5% to 0.7%.

3. Hydraulic cement according to claim 1, characterized in that it contains from 74% to 75% portland cement, from 15% to 17% high-alumina cement, from 5% to 7% calcium sulfate and from 0.5% to 0.7 % hydrated lime.

4. Hydraulic cement according to claim 1, characterized in that it contains approx.

74.8% portland cement, approx. 17% high-alumina cement, approx.

5.3% calcium sulfate and approx. 0.65% hydrated lime.

5. Hydraulic cement according to claim 1, characterized in that the portland cement is of type III.

6. Non-expanded, ettringite-containing cement product, characterized in that it comprises the hydration products of a hydraulic cement containing from 72% to 80% portland cement, from 14% to 21% high alumina cement, from 3.5% to 10% calcium sulfate and from 0.4% to 0.7% hydrated lime, by weight.

7. Product according to claim 6, characterized in that the hydraulic cement comprises from 73% to 76% portland cement, from 14% to 18% high-alumina cement, from 4% to 8% calcium sulfate and from 0.5% to 0.7% hydrated lime.

8. Product according to claim 6, characterized in that the hydraulic cement comprises from 74% to 75% portland cement, from 15% to 17% high-alumina cement, from 5% to 7% calcium sulfate and from 0.5% to 0.7% hydrated lime.

9. Product according to claim 6, characterized in that the hydraulic cement comprises approx. 74.8% portland cement, approx. 17% high-alumina cement, approx. 5.3% calcium sulphate and from 0.5% to 0.7% hydrated lime.

10. Product according to claims 6-9, characterized in that it is in plate form.