AT516171A4 - Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton aus Zement und Gesteinskörnung - Google Patents

Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton aus Zement und Gesteinskörnung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton aus Zement und Gesteinskörnung vorgeschlagen, bestehend je m3 Beton aus 400 bis 850kg Zement, 700 bis 2000kg Gesteinskörnung, 100 bis 300kg Wasser und 20 bis 850kg einer Compoundmischung, die aus 5 bis 50Gew% Mikrosilika mit einer minimalen Korngröße von 0,005μm und mit einer maximalen Korngröße von 20μm, aus 5 bis 50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,01μm und mit einer maximalen Korngröße von 50μm und aus 5 bis 95Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,1μm und mit einer maximalen Korngröße von 200μm besteht. Die verbesserte Mischung erlaubt eine preisgünstige sowie technisch vorteilhafte Lagerung und einen vorteilhaften Transport an einen Einsatzort.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hoch- bzw. Ultrahochleistungsbeton aus Zement,Premix und Gesteinskörnung.
Seit den letzten Jahren wird intensiv an der Entwicklung von Betonen mit immer hö¬heren Druckfestigkeiten geforscht. Ultrahochfester Beton (UHPC) mit Druckfestig¬keiten von bis zu 200 MPa stellt in diesem Zusammenhang den aktuellen Entwick¬lungsstand dar. Einen derartigen Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton offenbart bei¬spielsweise die EP 2 411 342 A1. Die hohe Festigkeit des Ultrahochleistungsbe¬tons ist im Wesentlichen auf eine granulometrische Optimierung der Packungsdich¬te und die Reduktion des Wasser-Bindemittel-Verhältnisses zurückzuführen.
Neben der Optimierung der Betonzusammensetzung standen vor allem die Be¬schreibung der mechanischen Eigenschaften des Ultrahochleistungsbetons und dieEntwicklung von Bemessungsregeln in den letzten Jahren im Vordergrund. Trotzder außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften und der ausgezeichnetenDauerhaftigkeitseigenschaften kam Ultrahochleistungsbeton bisher hauptsächlichbei Pilotprojekten zum Einsatz. Als Masseprodukt konnte er sich bislang noch nichtdurchsetzen. Die Ursachen hierfür sind neben fehlender Erfahrung im Umgang mitUltrahochleistungsbeton, sowohl bei Planern als auch bei Ausführenden, die hohenKosten zufolge der Ausgangsmaterialien und der Herstellungstechnologie. Für die Herstellung von Ultrahochleistungsbeton werden viele Feinanteile benötigt,wobei neben Zement auch die Verwendung von Quarzmehl und Mikrosilika erfor¬derlich ist. Des Weiteren können hochdosierte Fließmittel auf Basis von Polycar-boxylatethern, qualitativ hochwertige Zuschlagstoffe, insbesondere auf minerali¬scher Basis, und Stahlfasern zur Erhöhung der Duktilität des Werkstoffes Verwen- dung finden. Die Feinanteile Mikrosilika, Quarzmehl und Zement müssen trockengelagert werden, sodass in der Regel mehrere Silos zur Materiallagerung benötigtwerden. Bekannte Zusammensetzungen, sogenannte Compoundmischungen oder„Premix“ haben den Nachteil, dass sie neben den Füllstoffen auch Zement und häu¬fig sogar Zuschlagstoffe enthalten, was das Lagervolumen und das Transportvolu¬men erheblich erhöht und im Fall von enthaltenem Zement und dessen Feuchtig¬keitsempfindlichkeit auch besondere Anforderungen an die Lagerung stellt. Die ge¬samten, benötigten Materialien müssen so oft über weite Strecken an Ihren Ein¬satzort transportiert werden, wodurch hohe Transportkosten anfallen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Floch- oder Ultrahochleis-tungsbeton in einer verbesserten Mischung anzugeben, die insbesondere auch einepreisgünstige sowie technisch vorteilhafte Lagerung und einen vorteilhaften Trans¬port an einen Einsatzort erlaubt. Es soll eine Zusammensetzung, also eine Com¬poundmischung oder ein „Premix“, angegeben werden, der ein vereinfachtes Anmi¬schen eines Flochleistungsbetons erlaubt, wobei das Transportvolumen erheblichverringert werden kann, sodass nicht mehr die gesamten, benötigten Materialienüber weite Strecken an Ihren Einsatzort transportiert werden müssen, sondern loka¬le Rohstoffquellen genutzt werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Floch- oder Ultrahochleistungsbe-ton der je m3 Beton aus 400 bis 850kg Zement, 700 bis 2000kg Gesteinskörnung,100 bis 300kg Wasser und 20 bis 850kg einer Compoundmischung, die aus 5 bis50Gew% Mikrosilika mit einer minimalen Korngröße von 0,005pm und mit einer ma¬ximalen Korngröße von 20pm, aus 5 bis 50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischungmit einer minimalen Korngröße von 0,01 pm und mit einer maximalen Korngröße von50pm und aus 5 bis 95Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einer minima¬len Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 200pm besteht.
Besonders bevorzugt besteht die Compoundmischung aus 5 bis 50Gew% Mikrosili¬ka mit einer minimalen Korngröße von 0,01 pm und mit einer maximalen Korngrößevon 6pm, aus 5 bis 50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit einer minimalen
Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 30pm und aus 5 bis95Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einer minimalen Korngröße von0,5pm und mit einer maximalen Korngröße von 60μηι.
Die erfindungsgemäße Compoundmischung (= in der Folge Zusammensetzung o-der Premix) enthält nur Mikrosilika und Quarzmehl definierter Korngröße. Lediglichdie Compoundmischung und gegebenenfalls ein Fließmittel bzw. Stahl- oder sonsti¬ge Fasern müssen gegebenenfalls über weitere Strecken in entsprechenden Behäl¬tern, wie beispielsweise Silos oder Bigbags, geliefert werden. Der Zement und diezudem erforderliche Gesteinskörnung können stets von lokalen Zement- bzw.Schotterwerken oder Baustoffhändlern bezogen werden. Bei der oben genanntenGesteinskörnung handelt es sich um für diesen Zweck übliche Gesteinskörnungenauf Basis von z.B. Quarzsand, Calciumcarbonat, Basalt, Flusssand oder anderenMaterialien alleine oder Mischungen dieser, bevorzugt allerdings quarzhaltige Ge¬steinskörnungen mit einen Quarzanteil >50 Gew.-%, weiter bevorzugt mit einemQuarzanteil >90 Gew.-%. Wie oben beschrieben bezieht sich die Erfindung auf dieBereitstellung von Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton (HPC / UHPC). Im Folgen¬den sind immer beide Materialien gemeint, auch wenn nur Ultrahochleistungsbeton(UHPC) im Text genannt ist.
Bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen Betons wurde neben der Qualität ins¬besondere auf die Kosten der Einzelkomponenten geachtet, um die Gesamtkostenin Summe niedrig zu halten. Verwendet wird deshalb vorzugsweise stets der vor Ortverfügbare Zement. Es sollten nur hochwertige Zemente verwendet werden, wobeiinsbesondere auf den Wasseranspruch des Zementes zu achten ist. Bewährt habensich C3A freie Zemente.
Neben der Qualität und der Kosten wurde bei der Entwicklung des Betons zudemauf eine technisch vergleichsweise einfache Art der Herstellung des erfindungsge¬mäßen Betons geachtet. Durch die besondere Zusammensetzung der Compound¬mischung wird erreicht, dass für die Herstellung des erfindungsgemäßen Betons keine besonderen technischen Anforderungen an die Mischtechnologie notwendigsind.
Die Compondmischung wird beispielsweise in einem Silo oder in Bigbags gelagertund angeliefert. Eine Abstimmung auf die verwendete Zementart und den vorhan¬denen Werksmischer ist gegebenenfalls erforderlich. Da die Feinststoffe in derCompoundmischung vorab homogenisiert werden, ist die Verwendung von Mi¬schern mit geringer Mischintensität für die Herstellung des erfindungsgemäßen Be¬tons möglich.
Weiters können für die Herstellung je nach Anforderung diverse Zuschlagstoffe be¬nötigt werden. Diese können wie herkömmliche Gesteinskörnungen gelagert wer¬den. Zudem können je m3 Beton 2 bis 50kg Fließmittel beigemischt werden. Zudemkönnen je m3 Beton bis zu 250kg (Stahl)fasern beigemischt sein.
Die Gesteinskörnung weist vorzugsweise eine maximale Korngröße von 5000pm,auf und kann von lokalen Baustoffhändlern bzw. Schotterwerken bezogen werden.
Die Gesteinskörnung kann mono-, bi- oder multimodal sein und als ein Material miteiner Körnung zugegeben werden oder in Form von zwei oder mehreren Materialienmit jeweils gleichen oder unterschiedlichen Körnungen innerhalb der oben genann¬ten Korngröße zugegeben werden.
Durch die Verwendung von lokal vorhandenem Zement, der Compoundmischung,einer vorzugsweise ebenfalls lokal vorhandenem Gesteinskörnung als Zuschlagstoffund einem niedrigen Gehalt an (Stahl-) Fasern (sofern konstruktiv erforderlich) wirdmit regional verfügbaren Produkten ein qualitativ hochwertiger Ultrahochleistungs¬beton mit definierten Eigenschaften bereitgestellt.
Die Erfindung betrifft auch eine Compoundmischung zur Herstellung eines Hoch¬oder Ultrahochleistungsbetons, mit einer Compoundmischung aus 10 bis 40Gew%Mikrosilika mit einer minimalen Korngröße von 0,01 pm und mit einer maximalenKorngröße von 6pm, aus 10 bis 50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit ei¬ ner minimalen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 30pmund aus 20 bis 80Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einer minimalenKorngröße von 0,5pm und mit einer maximalen Korngröße von 60pm.
Der Compoundmischung können Additive, insbesondere Fließmittel, in einer Massevon 0,3 bis 20 Gew.%, insbesondere von 0,3 bis 10 Gew.% und/oder Fasern, ins¬besondere Stahlfasern, in einer Masse von 0,3 bis 75 Gew.%, insbesondere von 0,3bis 60 Gew.% zugesetzt sein. konkretes Ausführungsbeispiel:
Compoundmischung Korngröße
Gew.% Anteil an der Com- min [pm] max [pm] poundmischung
Mikrosilika 0,01 6 22,4
Quarzmehl 1 0,1 30 25,9
Quarzmehl 2 0,5 60 51,7
Die Compoundmischung wird vorgemischt, homogenisiert, und in einem Silo, inBigbags oder Säcken bis zur Abmischung des Hoch- oder Ultrahochleistungsbetonsgelagert. Je nach gewünschten Frisch- und Festbetoneigenschaften werden dazuzwischen 400 - 800 kg Zement benötigt. Die Menge ist auch von der eingesetztenZementart abhängig, da nicht jeder Zement den gleichen Wasseranspruch hat. Be¬zogen auf die Zementmasse kommen 5-100 Massenprozent Compoundmischungdazu. Weiteres werden zwischen 700 und 2000 kg Zuschläge (verschiedene Ge¬steinskörnungen; je nach Erfordernis 1 bis 3 oder mehr verschiedene) benötigt. DerWasserzementwert liegt zwischen 0.2 und 0.35. Bezogen auf die Zementmasse werden 0,5 bis 6 Massenprozent Fließmittel eingesetzt. Der Stahlfasergehalt beträgt0 - 250 kg/m3.
Bei der Entwicklung der Compoundmischung wurde darauf geachtet, dass einHoch- oder Ultrahochleistungsbeton auf technisch vergleichsweise einfache Arthergestellt werden kann, insbesondere die Mischtechnologie, den Energieeintragund den Zeitaufwand betreffend. Dies wird durch die besondere Compoundmi¬schung der Mineralmischung erreicht.
Bei der oberen Gesteinskörnung handelt es sich um für diesen Zweck übliche Ge¬steinskörnungen auf Basis von z.B. Quarzsand, Calciumcarbonat, Basalt, Flusssandoder anderen Materialien alleine oder Mischungen dieser, bevorzugt allerdingsquarzhaltige Gesteinskörnungen mit einen Quarzanteil >50 Gew.-%, weiter bevor¬zugt mit einem Quarzanteil >90Gew.-%.
Mit der erfindungsgemäßen Compoundmischung kann ein verbesserter Beton her¬gestellt werden, auch wenn dieser gegebenenfalls nicht die Festigkeitskriterien fürHoch- oder Ultrahochleistungsbetons erfüllt. Für den Beton und die Compoundmischung ergeben sich verbesserte Verarbei¬tungseigenschaften (z.B. Fließfähigkeit) und bessere Materialeigenschaften, wiez.B. eine hohe Salzbeständigkeit, eine hohe Temperatur- und Temperaturwechsel¬beständigkeit, eine hohe Säurebeständigkeit, geringe Gasdurchlässigkeit, geringeWasserdurchlässigkeit oder geringer Porosität
Verwendung findet der erfindungsgemäße Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton vor¬zugsweise in tragenden und nicht tragenden Anwendungen sowie z.B. als Vergu߬oder Beschichtungsmaterial, für Krafteinleitungs- und -übertragungsbereiche und fürdie Instandsetzung stark beanspruchter Tragwerke oder für Kanalisations-und Anla¬genbau der chemischen Industrie oder für die Herstellung von Fertigbetonteilen undselbstverdichtenden Systemen.
Die Gesamtrezeptur für je 1 m3 Beton stellt sich somit wie folgt dar:
Gesamtrezeptur [kg/m3] von bis
Zementmasse 400 850
Compoundmischung 20 850
Gesteinskörnung 700 2000
Wasser 100 300
Fließmittel 2 50
Stahlfasern 0 250
Bei der oben genannten Gesteinskörnung handelt es sich um für diesen Zweck übli¬che Gesteinskörnungen auf Basis von z.B. Quarzsand, Calciumcarbonat, Basalt,Flusssand oder anderen Materialien alleine oder Mischungen dieser, bevorzugt al¬lerdings quarzhaltige Gesteinskörnungen mit einen Quarzanteil >50 Ma-%, weiterbevorzugt mit einem Quarzanteil >90 Ma-%.
Die Gesteinskörnung kann mono-, bi- oder multimodal sein und als ein Material miteiner Körnung zugegeben werden oder in Form von zwei oder mehreren Materialienmit jeweils gleichen oder unterschiedlichen Körnungen innerhalb der oben genann¬ten Korngrößenspannweite zugegeben werden.
Neben der oben beschrieben Herstellung von Hoch- oder Ultrahochleistungsbetonunter Verwendung der erfindungsgemäßen Compoundmischung ist es möglich,auch Betone mit besonderen technischen Eigenschaften zu erzielen, auch wenndiese nicht unter die klassische Definition von HPC oder UHPC fallen.
Beispielsweise können durch Variation der oben genannten Materialien innerhalbder angegebenen Mengen- Massenanteils- und Korngrößen-Bereiche verbesserterBetone hergestellt werden, die sich z.B. durch bessere Verarbeitungseigenschaftenauszeichnen (z.B. Fließfähigkeit) oder bessere Materialeigenschaften, wie z.B. einehohe Salzbeständigkeit, eine hohe Temperatur- und Temperaturwechselbeständig¬keit, eine hohe Säurebeständigkeit, geringe Gasdurchlässigkeit, geringe Wasser¬durchlässigkeit oder geringer Porosität neben einer hohen Festigkeit. In jedem ein¬zelnen Fall der genannten Kriterien besser, als dies bei einem Beton ohne die Zu¬gabe der Compoundmischung der Fall wäre.
Demzufolge lassen sich mit diesen erfindungsgemäßen HPC, UHPC oder auch ver¬besserten Betonen sowohl technische als auch ökonomische Vorteile in den be¬kannten Anwendungen erzielen, wie z.B. tragende oder nicht tragende Bauteile o-der Anwendungen, es lassen sich damit aber auch neue Anwendungen erschließenin denen HPC, UHPC oder auch verbesserter Beton nicht eingesetzt werden konn¬te, z.B. Beschichtungen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zei¬gen
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Abmischens des erfindungsgemäßen Be¬tons und
Fig. 2 die Sieblinien der verwendeten Ausgangsstoffe und einer beispielhaftenCompoundmischung.
Zur Herstellung des Hoch- oder Ultrahochleistungsbetons werden Zement aus ei¬nem Zementsilo 1, eine Compoundmischung aus einem Premixsilo 2, Gesteinskör¬nung aus einem Lager 3, Wasser, Fließmittel und ggf. Verzögerer aus einem Behäl¬ter 4 und Stahlfasern 5 in einen Mischer 6 aufgegeben, vermischt und in weitererFolge in üblicherweise verarbeitet (Fig. 1).
In Fig. 2 sind die Sieblinien der verwendeten Ausgangsstoffe der Compoundmi¬schung dargestellt. Der kumulative Anteil [Vol.-%] der Einzelkomponenten ist dabeiüber der Partikelgröße [pm] dargestellt, wobei die Partikelgröße logarithmisch dar¬gestellt ist. Eingetragen sind die Sieblinien von Mikrosilika 7, Quarzmehl einer ers¬ten Mischung 8 und Quarzmehl einer zweiten Mischung 9 sowie die Sieblinie dergesamten Compoundmischung.

Claims (10)

  1. Patentansprüche 1. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton aus Zement und Gesteinskörnung be¬stehend je m3 Beton aus 400 bis 850kg Zement, 700 bis 2000kg Gesteinskörnung,100 bis 300kg Wasser und 20 bis 850kg einer Compoundmischung, die aus 5 bis50Gew% Mikrosilika mit einer minimalen Korngröße von 0,005pm und mit einer ma¬ximalen Korngröße von 20pm, aus 5 bis 50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischungmit einer minimalen Korngröße von 0,01 pm und mit einer maximalen Korngröße von50pm und aus 5 bis 95Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einer minima¬len Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 200pm besteht.
  2. 2. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬net, dass die Compoundmischung aus 5 bis 50Gew% Mikrosilika mit einer minima¬len Korngröße von 0,01 pm und mit einer maximalen Korngröße von 6pm, aus 5 bis50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 30pm und aus 5 bis 95Gew%Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,5pm undmit einer maximalen Korngröße von 60pm besteht.
  3. 3. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬kennzeichnet, dass je m3 Beton 2 bis 50kg Fließmittel, insbesondere auf Basis vonPolycarboxylatethern, beigemischt sind.
  4. 4. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass je m3 Beton bis zu 250kg Fasern insbesondereStahlfasern, beigemischt sind.
  5. 5. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinskörnung eine maximale Korngröße von5000pm aufweist.
  6. 6. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinskörnung eine minimale Korngröße von100pm und eine maximale Korngröße von 1000pm, insbesondere eine minimaleKorngröße von 300pm und eine maximale Korngröße von 800pm, aufweist.
  7. 7. Compoundmischung zur Herstellung eines Hoch- oder Ultrahochleistungsbe¬tons, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 5 bis 50Gew% Mikrosilika mit einer mi¬nimalen Korngröße von 0,005pm und mit einer maximalen Korngröße von 20pm,aus 5 bis 50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit einer minimalen Korngrö¬ße von 0,01 pm und mit einer maximalen Korngröße von 50pm und aus 5 bis95Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einer minimalen Korngröße von0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 200pm besteht.
  8. 8. Compoundmischung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sieaus 5 bis 50Gew% Mikrosilika mit einer minimalen Korngröße von 0,01 pm und miteiner maximalen Korngröße von 6pm, aus 5 bis 50Gew% Quarzmehl einer erstenMischung mit einer minimalen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korn¬größe von 30pm und aus 5 bis 95Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit ei¬ner minimalen Korngröße von 0,5pm und mit einer maximalen Korngröße von 60pmbesteht.
  9. 9. Compoundmischung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch den Zu¬satz von Additiven, insbesondere von Fließmittel, in einer Masse von 0,1 bis 30Gew.%, insbesondere von 1 bis 20 Gew.%.
  10. 10. Compoundmischung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnetdurch den Zusatz von Fasern, insbesondere Stahlfasern, in einer Masse von 0,3 bis70 Gew.%, insbesondere von 0,3 bis 60 Gew.%.
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