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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verringern des Schwindens von Beton beim Aushärten.
Das Schwinden von Beton, d. h. die Volumsverkleinerung des Betons durch Verlust an Feuchtigkeit, führt zur Gefahr von Rissbildung und ist auf eine Reihe unterschiedlicher Faktoren zurückzuführen. Neben einem sogenannten plastischen Schwinden des Frischbetons vor dem Beginn des Erhärtungsvorganges aufgrund von Kapillarkräften stellt das Trockungsschwinden, d. h. der Wasserverlust beim Aushärten den wesentlichen Faktor für die Gefahr der Rissbildung dar Während das sogenannte plastische Schwinden durch Abdeckung, wie beispielsweise das Aufsprühen von Wasser oder das Aufbreiten von Kunststoffolien, erfolgreich verringert werden kann, kann das Trocknungsschwinden mit einfachen Massnahmen nicht ohne weiteres beseitigt werden.
Als weitere geringer ausgeprägte Faktoren kommt eine als chemisches Schwinden bezeichnete Hydratation in Betracht, welche In aller Regel nur bei sehr geringen Wasser-ZementVerhältnissen und hohen Zementgehalten auftritt. Schliesslich ist bei besonders exponierten Betonflächen auch eine Carbonatisierung, d. h. die Absorption von CO2 und die damit verbundene Umwandlung von Kaliumhydroxid in Kalziumcarbonat von Bedeutung, weiche allerdings nur an besonders exponierten Stellen signifikante Rissgefahr zur Folge hat.
Im Zusammenhang mit der Minimierung des Trocknungsschwindens wurde bereits vorgeschlagen, den Wasser- und Zementpastegehalt in der Betonmischung zu minimieren. Auch die Wahl des Zementes und des Zuschlages kann als Einflussfaktor für das Ausmass des Trocknungsschwindens identifiziert werden. In diesem Zusammenhang wurde bereits die Verwendung von schwindreduzierenden Zusatzmittein vorgeschlagen, wobei hier ein rein physikalischer Effekt genutzt wird. Der genaue Mechanismus der Wirkung derartiger schwindreduz) erender Zusatzmittel ist nicht restlos geklärt. Es wird angenommen, dass die Wirkung schwindreduzierender Zusatzmittel auf ein verbessertes Wasserrückhaltevermögen des Betons bzw. einer Abschwächung der Kapillarspannungen im Porensystem des Betons beruht.
Typisch werden
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ethoxylierteals schwindreduzierende Zusatzmittel mit unterschiedlichem Erfolg eingesetzt.
Eine weitere Verbesserung des Schwindverhaltens ergibt sich durch die Verwendung von Quellmitteln bzw. von Quellzementen. Die Verwendung von Quellmitteln basiert auf einer chemischen Umsetzung, wobei die bekannten Quellmitteln zumeist auf Kalziumsulfoaluminatbasis zum Einsatz gelangen. Die chemische Reaktion dieser Verbindungen mit Wasser führt zur Ettnngitbildung und damit zu einer Expansion. Neben Kalziumsulfoaluminat (3Ca0-3 A1203-CaS04) ist in Quellmitteln auch Anhydrit (CaS04) und freies CaO, welches gleichfalls die Ettring ! tbi ! dung fördert, häufig vorhanden.
Weitere Massnahmen zur Verringerung des Trocknungsschwindens beruhen auf der Verlangsamung der Schwindrate durch Aufbringen von Oberflächenschichten auf den Beton, wie beispielsweise von Wachs bzw. harzartigen Materialien. Weitaus am häufigsten wird gegenwärtig die Anordnung von Stahlarmierungen und die Verwendung von Dilatationsfugen vorgeschlagen, um die Rissbildung zu kontrollieren.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein zuverlässiges Verfahren zur Verhinderung von Rissbildung vorzuschlagen, bei welchem auf die Anordnung von Ditatationsfugen und von Stahlarmierungen verzichtet werden kann. Die Erfindung zielt weiters darauf ab, die für diese Zwecke vorgeschlagenen Zusatzmittel so genng wie möglich zu halten, um den Kostenanteil für das Verringern des Schwindens in einem wirtschaftlich vertretbaren Rahmen zu halten.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren zur Verringerung des Schwindens von Beton beim Ausharten im wesentlichen darin, dass der Mischung vor dem Härten 0, 5 bis 5 Gew. % eines schwindreduzierenden Zusatzmittels beispielsweise aus der Gruppe Polyalkylenoxide, Polyether, ethoxylierte und alkoxylierte Alkohole und/oder ethoxylierte und alkoxylierte Phenole und 5 bis 25 Gew. % eines Quellmittel, wie z. B. Kalziumsulfoaluminat (3CaOo 3 AI2030 CaS04).
Anhydrit und/oder gebrannter Kalk zugesetzt wird, wobei sich die Gew. % Angaben auf das Gewicht des Zementanteiles zuzüglich der Zusätze beziehen. Dadurch, dass eine Mischung von schwindreduzierenden Zusatzmitteln und Quellmitteln eingesetzt wird, wurde nun überraschenderweise gefunden, dass bei nur geringer Dosierung ein wesentlich verbesserter Effekt erreicht werden kann, welcher weit über den sich in Summe aus den Einzeleffekten ergebenden Effekt hinausgeht. Eine genaue Begründung für diese erfolgreiche Verwendung einer Kombination der beiden genannten Mitteln konnte bisher nicht gefunden werden.
Während die Verwendung von schwindreduzierenden Zusatzmitteln üblicherweise auch bei entsprechend hoher Dosierung zwar zu einer messbaren, aber nicht hinreichenden, Verbesserung führen, haben Quellmittel In der Regel einen deutlich höheren Effekt. Auch hier konnte aber nachgewiesen werden, dass selbst bei Zusatz von 10 Gew. % Quellmitteln, bezogen auf das Gewicht des Zementes, immer noch ein deutliches Schwinden nach 90 Tagen beobachtet wird, wobei die absolute Verbesserung der maximalen Längenänderung in mm/m bei Verwendung von Quellmitteln deutlich höher war, als bei der Verwendung von schwindreduzierenden Zusatzmitteln. Bei Addition der jeweils gemessenen Effekte von schwindreduzierenden Zusatzmitteln und Quellmitteln ergibt sich immer noch deutlich ein Schwinden und damit eine
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Rissgefahr.
Erst durch die Kombination von schwindreduzierenden Zusatzmitteln und Quellmitteln im angegebenen Ausmass konnte überraschenderweise festgestellt werden, dass sich die Längenänderungen beim Aushärten zur Gänze kompensieren und sogar überkompensieren lassen, wobei davon ausgegangen werden darf, dass bei positiven Längenänderungen bestenfalls eine Kompression im Beton, nicht aber Zugspannungen auftreten. Beton ist üblicherweise auf Zugspannungen wesentlich empfindlicher als auf Kompression, sodass eine geringfügige Kompression bei einer Überkompensation der Längenänderungen hier deutlich geringere Rissgefahr zur Folge hat, als eine verbleibende negative Längenänderung am Ende des Aushärtens.
Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens wird das schwindreduzierende Zusatzmittel in Mengen von 0, 7 bis 2 Gew. % zugesetzt, wobei diese relativ geringen Zusätze an schwindreduzierenden Zusatzmitteln in Kombination mit den Quellmitteln besonders deutliche Verbesserungen des Schwindungsverhaltens zur Folge hatten. Mit Vorteil wird hiebei so vorgegangen, dass das Quellmittel in Mengen von 10 bis 20 Gew. % zugesetzt wird.
Bevorzugt wird als Quellmittel ein Gemisch von 15 bis 35 Gew. % Kalziumsulfoaluminat (3CaO. 3AI203-CaS04), 30 bis 50 Gew. % Anhydrit und 20 bis 40 Gew. % Freikalk, und insbesondere ein Gemisch aus gleichen Teilen Kalziumsulfoaluminat, Anhydrit und CaO eingesetzt.
Gemäss einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens wird als schwindreduzierendes Mittel ein alkoxylierter Alkohol mit einem Verhältnis von Ethylen- zu Propylengrup- pen von etwa 3 : 5 eingesetzt.
Eine besonders vorteilhafte Kombination von schwindreduzierenden Zusatzmitteln und Quellmitteln ergibt sich dann, wenn etwa 1 Gew. % schwindreduzierendes Mittel und etwa 10 Gew. % Quellmittel, bezogen auf das Gemisch mit Zement, eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in Tabellen erläuterten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In Tabelle 1 ist in der ersten Spalte ein Referenzbeton ohne Zusatz von Schwindreduktionsmitteln samt den nach dem Aushärten erzielten Druckfestigkeiten und den festgestellten Längenänderungen angeführt.
Durch Zusatz von 1 Gew. % Schwindreduktionsmitteln konnte die Längenänderung absolut gesehen um 0, 05 mm/m verringert werden. Ein Zusatz von 2 Gew. % des Schwindreduktionsmittels führte zu einer Verbesserung der negativen Längenänderung um etwa 0, 08 mm/m. Insgesamt ergeben sich aber in beiden Fällen noch deutlich negative Längenänderungen, welche die Gefahr einer Rissbildung keinesfalls ausschlie- ssen.
In Tabelle 2 ist ein Referenzbeton ohne Quellmittel Betonen mit 5 Gew. % resp. 10 Gew. % Quellmittel, bezogen auf die Mischung Portlandzement und Quellmittel, gegenübergestellt. Während bei einer Dosierung von 5 Gew. % Quellmittel die Verbesserung der Längenänderung kaum spürbar war (0, 02 mm), führte der Zusatz von 10 Gew. % Quellmittel zu einer Verbesserung der Längenänderung um 0, 17 mm. Insgesamt verblieb jedoch auch bei der Dosierung von 10 Gew. % Quellmittel eine negative Längenänderung von 0, 20 mm und damit immer noch eine Rissgefahr.
In Tabelle 3 sind nun erfindungsgemässe Zusammensetzungen A, B und C einem Referenzbeton gegenübergestellt. Die Zusammensetzung A enthält hiebei 0, 7 Gew. % Schwindreduktionsmittel und 6, 7 Gew. % Quellmittel, die Zusammensetzungen B und C enthalten jeweils 10 Gew. % Quellmittel, bezogen auf
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dere die Werte unter Verwendung von 1 Gew. % Schwindreduktionsmittel und 10 Gew. % Quellmittel, wie sie der Zusammensetzung B entspricht, führen bereits zu einer vollständigen bzw. geringfügigen Überkompensation der Längenänderungen, welche deutlich über dem zu erwartenden Summeneffekt der Einzeieffekte liegt.
Eine derartige Zusammensetzung muss daher überraschenderweise als optimal bezeichnet werden und lässt sich aus den Einzeleffekten von Quellmitteln und Schwindreduktionsmitteln nicht vorhersagen. Im Falle der Zusammensetzung C, bei welcher Schwindreduktionsmittel in einer Menge von 2 Gew. % eingesetzt wurden, wurde sogar eine deutliche Überkompensation des Schwindens in einem Ausmass von + 0, 32 mm/m erzielt, was wiederum weit über den Einzeleffekten des Schwindreduktionsmittels und des Quellmittels liegt.
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Tabelle 1
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<tb>
<tb> Zusatz <SEP> von <SEP> schwindreduzierendem <SEP> Zusatzmittel
<tb> Referenz <SEP> 1 <SEP> % <SEP> Zusatz <SEP> 2% <SEP> Zusatz
<tb> Zementmischung
<tb> Portlandzement <SEP> (kg/m3) <SEP> 300 <SEP> 300 <SEP> 300
<tb> Schwindreduktionsmittel <SEP> - <SEP> 1. <SEP> 0 <SEP> 2.0
<tb> Wasser <SEP> (kg/m3) <SEP> 165 <SEP> 162 <SEP> 159
<tb> Frischbeton
<tb> Wasser/Zement <SEP> 0. <SEP> 55 <SEP> 0. <SEP> 54 <SEP> 0. <SEP> 53 <SEP>
<tb> Luftgehalt <SEP> (%) <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> 1. <SEP> 5 <SEP> 2. <SEP> 0 <SEP>
<tb> Beton
<tb> Druckfestigkeit <SEP> (MPa)
<tb> nach <SEP> 3 <SEP> Tagen <SEP> 31. <SEP> 3 <SEP> 28. <SEP> 7 <SEP> 28. <SEP> 7 <SEP>
<tb> nach <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 36. <SEP> 3 <SEP> 34. <SEP> 0 <SEP> 34. <SEP> 3 <SEP>
<tb> nach <SEP> 28 <SEP> Tagen <SEP> 44. <SEP> 9 <SEP> 40. <SEP> 7 <SEP> 41.
<SEP> 1 <SEP>
<tb> nach <SEP> 90 <SEP> Tagen <SEP> 49. <SEP> 7 <SEP> 46. <SEP> 2 <SEP> 44. <SEP> 1 <SEP>
<tb> Längenänderung <SEP> (mm/m)
<tb> nach <SEP> 3 <SEP> Tagen-0. <SEP> 02--0. <SEP> 02 <SEP>
<tb> nach <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 0. <SEP> 00-0. <SEP> 08-0. <SEP> 05 <SEP>
<tb> nach <SEP> 14 <SEP> Tagen-0. <SEP> 15-0. <SEP> 17-0. <SEP> 14 <SEP>
<tb> nach <SEP> 28 <SEP> Tagen-0. <SEP> 25-0. <SEP> 19-0. <SEP> 19 <SEP>
<tb> nach <SEP> 56 <SEP> Tagen-0. <SEP> 30-0. <SEP> 30-0. <SEP> 21 <SEP>
<tb> nach <SEP> 90 <SEP> Tagen-0. <SEP> 37-0. <SEP> 32-0.
<SEP> 29 <SEP>
<tb>
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Tabelle 2
EMI4.1
<tb>
<tb> Zusatz <SEP> von <SEP> Quellmittel
<tb> Referenz <SEP> 5 <SEP> % <SEP> Quellmittel <SEP> 10% <SEP> Quellmittel
<tb> Betonzusammensetzung
<tb> Portlandzement <SEP> (kg/m3) <SEP> 300 <SEP> 285 <SEP> 270
<tb> Quellmittel <SEP> (kg/m3) <SEP> - <SEP> 15 <SEP> 30
<tb> Wasser <SEP> (kg/m3) <SEP> 165 <SEP> 162 <SEP> 159
<tb> Frischbeton
<tb> Wasser/Zement <SEP> 0. <SEP> 55 <SEP> 0. <SEP> 54 <SEP> 0. <SEP> 53 <SEP>
<tb> Luftgehalt <SEP> (%) <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> 1. <SEP> 5 <SEP> 1. <SEP> 8 <SEP>
<tb> Beton
<tb> Druckfestigkeit <SEP> (MPa)
<tb> nach <SEP> 3 <SEP> Tagen <SEP> 31. <SEP> 3 <SEP> 33. <SEP> 8 <SEP> 32. <SEP> 1 <SEP>
<tb> nach <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 36. <SEP> 3 <SEP> 38. <SEP> 8 <SEP> 39. <SEP> 0 <SEP>
<tb> nach <SEP> 28 <SEP> Tagen <SEP> 44. <SEP> 9 <SEP> 49. <SEP> 2 <SEP> 50.
<SEP> 0 <SEP>
<tb> nach <SEP> 90 <SEP> Tagen <SEP> 49. <SEP> 7 <SEP> 52. <SEP> 6 <SEP> 56. <SEP> 7 <SEP>
<tb> Längenänderung <SEP> (mm/m)
<tb> nach <SEP> 3 <SEP> Tagen-0. <SEP> 02 <SEP> 0. <SEP> 00 <SEP> +0. <SEP> 15 <SEP>
<tb> nach <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 0. <SEP> 00 <SEP> 0. <SEP> 00 <SEP> +0. <SEP> 18 <SEP>
<tb> nach <SEP> 14 <SEP> Tagen-0. <SEP> 15-0. <SEP> 15 <SEP> 0. <SEP> 02 <SEP>
<tb> nach <SEP> 28 <SEP> Tagen-0. <SEP> 25-0. <SEP> 23-0. <SEP> 07 <SEP>
<tb> nach <SEP> 56 <SEP> Tagen-0. <SEP> 30-0. <SEP> 27-0. <SEP> 13 <SEP>
<tb> nach <SEP> 90 <SEP> Tagen-0. <SEP> 37-0. <SEP> 35-0.
<SEP> 20 <SEP>
<tb>
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Tabelle 3
EMI5.1
<tb>
<tb> Erfindungsgemässe <SEP> Zusammensetzungen
<tb> Referenz <SEP> A <SEP> B <SEP> C
<tb> Betonzusammensetzung
<tb> Portlandzement <SEP> (kg/m3) <SEP> 300 <SEP> 280 <SEP> 270 <SEP> 270
<tb> Quellmittel <SEP> (kg/r3)-20 <SEP> 30 <SEP> 30
<tb> Schwind <SEP> reduktions <SEP> mittel <SEP> (Gew. <SEP> %) <SEP> - <SEP> 0. <SEP> 7 <SEP> 1. <SEP> 0 <SEP> 2. <SEP> 0 <SEP>
<tb> Wasser <SEP> (kg/m3) <SEP> 165 <SEP> 162 <SEP> 162 <SEP> 159
<tb> Frischbeton
<tb> Wasser/Zement- <SEP> V <SEP> erhä <SEP> Itn <SEP> is <SEP> 0. <SEP> 55 <SEP> 0. <SEP> 54 <SEP> 0. <SEP> 54 <SEP> 0. <SEP> 53 <SEP>
<tb> Luftgehaft <SEP> (%) <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> 1. <SEP> 5 <SEP> 1. <SEP> 9 <SEP> 2. <SEP> 2 <SEP>
<tb> Beton
<tb> Druckfestigkeit <SEP> (MPa)
<tb> nach <SEP> 3 <SEP> Tagen <SEP> 31. <SEP> 3 <SEP> 30. <SEP> 1 <SEP> 24.
<SEP> 8 <SEP> 22. <SEP> 4 <SEP>
<tb> nach <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 36. <SEP> 3 <SEP> 35. <SEP> 6 <SEP> 31. <SEP> 8 <SEP> 30. <SEP> 2 <SEP>
<tb> nach <SEP> 28 <SEP> Tagen <SEP> 44. <SEP> 9 <SEP> 46. <SEP> 3 <SEP> 43. <SEP> 1 <SEP> 40. <SEP> 3 <SEP>
<tb> nach <SEP> 90 <SEP> Tagen <SEP> 49. <SEP> 7 <SEP> 51. <SEP> 3 <SEP> 48. <SEP> 6 <SEP> 46. <SEP> 2 <SEP>
<tb> Längenänderung <SEP> (mm/m)
<tb> nach <SEP> 3 <SEP> Tagen-0. <SEP> 02 <SEP> +0. <SEP> 02 <SEP> +0. <SEP> 20 <SEP> +0. <SEP> 26 <SEP>
<tb> nach <SEP> 7 <SEP> Tagen <SEP> 0. <SEP> 00 <SEP> +0. <SEP> 04 <SEP> +0. <SEP> 39 <SEP> +0. <SEP> 57 <SEP>
<tb> nach <SEP> 14 <SEP> Tagen-0. <SEP> 15-0. <SEP> 04 <SEP> +0. <SEP> 30 <SEP> +0. <SEP> 50 <SEP>
<tb> nach <SEP> 28 <SEP> Tagen-0. <SEP> 25-0. <SEP> 14 <SEP> +0. <SEP> 23 <SEP> +0. <SEP> 45 <SEP>
<tb> nach <SEP> 56 <SEP> Tagen-0. <SEP> 30-0. <SEP> 22 <SEP> +0.
<SEP> 16 <SEP> +0. <SEP> 37 <SEP>
<tb> nach <SEP> 90 <SEP> Tagen-0. <SEP> 37-0. <SEP> 23 <SEP> +0. <SEP> 10 <SEP> +0. <SEP> 32 <SEP>
<tb>
Patentansprüche 1. Verfahren zum Verringern des Schwindens von Beton beim Aushärten, dadurch gekennzeichnet, dass der Betonmischung oder dem Zement vor dem Härten 0, 5 bis 5 Gew. % eines schwindreduzierenden
Zusatzmittels beispielsweise aus der Gruppe Polyalkylenoxide, Polyether, ethoxylierte und alkoxylierte
Alkohole und/oder ethoxylierte und alkoxylierte Phenole und 5 bis 25 Gew. % eines Quellmittels. wie
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wobei sich die Gew. % Angaben auf das Gewicht des Zementanteiles zuzüglich der Zusätze beziehen.