The significance of the silicate in granulated blastfurnace slags for the early strength of blastfurnace cement mortars and concretes: Fid-Bau Portal

The significance of the silicate in granulated blastfurnace slags for the early strength of blastfurnace cement mortars and concretes

Wassing, W. / Tigges, V.E.

Abstract

Hüttensande werden durch schnelles Abkühlen flüssiger Hochofenschlacke gewonnen und seit vielen Jahrzehnten erfolgreich als Zementhauptbestandteil in den so genannten Hochofenzementen eingesetzt. Allerdings führen Hochofenzemente im Vergleich zu Portlandzementen zu einer langsameren Festigkeitsentwicklung in Mörtel und Beton. Trotz vieler umfangreicher Untersuchungen sowie Erfahrungen aus der praktischen Anwendung von Hüttensanden in Hochofenzementen konnten bislang keine eindeutigen Kriterien für die diesbezügliche Qualität von Hüttensanden abgeleitet werden. Eine Grundvoraussetzung für den Einsatz von Hüttensand als Zementbestandteil ist eine ausreichend hohe Basizität. Das heißt, ein Hüttensand darf nicht mehr SiO2 enthalten, als durch andere, vornehmlich basische Hüttensandbestandteile stöchiometrisch aufgewogen wird. Ein Hüttensand darf also keinen Überschuss an Silikat aufweisen. Außerdem sind der positive Einfluss eines erhöhten Aluminium- und Calciumgehaltes sowie der negative Einfluss eines erhöhten Titandioxidgehalts vor allem auf die Frühfestigkeit von hochofenzementgebundenen Baustoffen bereits seit langer Zeit bekannt. Die in dieser Arbeit beschriebenen Untersuchungsergebnisse zur Reaktivität und Festigkeitsentwicklung von acht verschiedenen Hüttensanden lassen den Schluss zu, dass insbesondere nach kurzen Hydratationsdauer die Bildung von Silikathydrogelen Ursache für die oft vergleichsweise geringen Frühfestigkeiten von Mörteln aus Hochofenzementen mit aluminiumarmen und siliziumreichen Hüttensanden ist.

Granulated blastfurnace slags are obtained by rapid cooling of liquid blastfurnace slag and have been used successfully for many decades as a main constituent in blastfurnace cements. However, blastfurnace cements lead to slower strength development than Portland cements in mortar and concrete. In spite of many extensive investigations and the experience gained from practical application of granulated blastfurnace slag in blastfurnace cements it has not yet been possible to deduce any clear criteria for assessing this aspect of the quality of granulated blastfurnace slag. One basic requirement for the use of granulated blastfurnace slag as a cement constituent is an adequate basicity. This means that a granulated blastfurnace slag must not contain more SiO2 than is stoichiometrically balanced by other, predominantly basic, constituents of the granulated blastfurnace slag, i.e. a granulated blastfurnace slag must not contain an excess of silicate. The positive effect of increased levels of aluminium and calcium and the negative effect of increased titanium dioxide content, particularly on the early strength of building materials bonded with blastfurnace cement, have also been known for a long time. From the results of investigations into the reactivity and strength development of eight different granulated blastfurnace slags that are described in this work it can be concluded that the formation of silicate hydrogels, particularly after short hydration times, is the cause of the often comparatively low early strengths of mortars made with blastfurnace cements containing granulated blastfurnace slags that are low in aluminium and rich in silicon.