AT516171B1

AT516171B1 - Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton aus Zement und Gesteinskörnung

Info

Publication number: AT516171B1
Application number: ATA50804/2014A
Authority: AT
Inventors: Rainer Staretschek; Reinhard Kräuter
Original assignee: Rainer Staretschek; Gebrüder Dorfner Gmbh & Co Kaolin Und Kristallquarzsand Werke Kg
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-03-15
Also published as: AT516171A4

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

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf Hoch- bzw. Ultrahochleistungsbeton aus Zement, Premixund Gesteinskörnung.

[0002] Seit den letzten Jahren wird intensiv an der Entwicklung von Betonen mit immer höherenDruckfestigkeiten geforscht. Ultrahochfester Beton (UHPC) mit Druckfestigkeiten von bis zu 200MPa stellt in diesem Zusammenhang den aktuellen Entwicklungsstand dar. Einen derartigenHoch- oder Ultrahochleistungsbeton offenbart beispielsweise die EP 2 411 342 A1. Die hoheFestigkeit des Ultrahochleistungsbetons ist im Wesentlichen auf eine granulometrische Optimie¬rung der Packungsdichte und die Reduktion des Wasser-Bindemittel-Verhältnisses zurückzu¬führen.

[0003] Neben der Optimierung der Betonzusammensetzung standen vor allem die Beschrei¬bung der mechanischen Eigenschaften des Ultrahochleistungsbetons und die Entwicklung vonBemessungsregeln in den letzten Jahren im Vordergrund. Trotz der außergewöhnlichen me¬chanischen Eigenschaften und der ausgezeichneten Dauerhaftigkeitseigenschaften kam Ultra¬hochleistungsbeton bisher hauptsächlich bei Pilotprojekten zum Einsatz. Als Masseproduktkonnte er sich bislang noch nicht durchsetzen. Die Ursachen hierfür sind neben fehlender Er¬fahrung im Umgang mit Ultrahochleistungsbeton, sowohl bei Planern als auch bei Ausführen¬den, die hohen Kosten zufolge der Ausgangsmaterialien und der Herstellungstechnologie.

[0004] Für die Herstellung von Ultrahochleistungsbeton werden viele Feinanteile benötigt,wobei neben Zement auch die Verwendung von Quarzmehl und Mikrosilika erforderlich ist. DesWeiteren können hochdosierte Fließmittel auf Basis von Polycarboxylatethern, qualitativ hoch¬wertige Zuschlagstoffe, insbesondere auf mineralischer Basis, und Stahlfasern zur Erhöhungder Duktilität des Werkstoffes Verwendung finden. Die Feinanteile Mikrosilika, Quarzmehl undZement müssen trocken gelagert werden, sodass in der Regel mehrere Silos zur Materiallage¬rung benötigt werden. Bekannte Zusammensetzungen, sogenannte Compoundmischungenoder „Premix“ haben den Nachteil, dass sie neben den Füllstoffen auch Zement und häufigsogar Zuschlagstoffe enthalten, was das Lagervolumen und das Transportvolumen erheblicherhöht und im Fall von enthaltenem Zement und dessen Feuchtigkeitsempfindlichkeit auchbesondere Anforderungen an die Lagerung stellt. Die gesamten, benötigten Materialien müssenso oft über weite Strecken an Ihren Einsatzort transportiert werden, wodurch hohe Transport¬kosten anfallen.

[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Hoch- oder Ultrahochleistungsbe¬ton in einer verbesserten Mischung anzugeben, die insbesondere auch eine preisgünstigesowie technisch vorteilhafte Lagerung und einen vorteilhaften Transport an einen Einsatzorterlaubt. Es soll eine Zusammensetzung, also eine Compoundmischung oder ein „Premix“,angegeben werden, der ein vereinfachtes Anmischen eines Hochleistungsbetons erlaubt, wobeidas Transportvolumen erheblich verringert werden kann, sodass nicht mehr die gesamten,benötigten Materialien über weite Strecken an Ihren Einsatzort transportiert werden müssen,sondern lokale Rohstoffquellen genutzt werden können.

[0006] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton,der je m3 Beton aus 400 bis 850kg Zement, 700 bis 2000kg Gesteinskörnung, 100 bis 300kgWasser und 20 bis 850kg einer Compoundmischung, die aus 5 bis 50Gew% Mikrosilika miteiner minimalen Korngröße von 0,005pm und mit einer maximalen Korngröße von 20pm, aus 5bis 50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,01 pm undmit einer maximalen Korngröße von 50pm und aus 5 bis 95Gew% Quarzmehl einer zweitenMischung mit einer minimalen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von200pm besteht.

[0007] Besonders bevorzugt besteht die Compoundmischung aus 5 bis 50Gew% Mikrosilika miteiner minimalen Korngröße von 0,01 pm und mit einer maximalen Korngröße von 6pm, aus 5bis 50Gew% 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 zweitenMischung mit einer minimalen Korngröße von 0,5pm und mit einer maximalen Korngröße von60pm.

[0008] Die erfindungsgemäße Compoundmischung (= in der Folge Zusammensetzung oderPremix) enthält nur Mikrosilika und Quarzmehl definierter Korngröße. Lediglich die Compound¬mischung und gegebenenfalls ein Fließmittel bzw. Stahl- oder sonstige Fasern müssen gege¬benenfalls über weitere Strecken in entsprechenden Behältern, wie beispielsweise Silos oderBigbags, geliefert werden. Der Zement und die zudem erforderliche Gesteinskörnung könnenstets von lokalen Zement- bzw. Schotterwerken oder Baustoffhändlern bezogen werden. Beider oben genannten Gesteinskörnung handelt es sich um für diesen Zweck übliche Gesteins¬körnungen auf Basis von z.B. Quarzsand, Calciumcarbonat, Basalt, Flusssand oder anderenMaterialien alleine oder Mischungen dieser, bevorzugt allerdings quarzhaltige Gesteinskörnun¬gen mit einen Quarzanteil >50 Gew.-%, weiter bevorzugt mit einem Quarzanteil >90 Gew.-%.Wie oben beschrieben bezieht sich die Erfindung auf die Bereitstellung von Hoch- oder Ultra¬hochleistungsbeton (HPC / UHPC). Im Folgenden sind immer beide Materialien gemeint, auchwenn nur Ultrahochleistungsbeton (UHPC) im Text genannt ist.

[0009] Bei der Entwicklung des erfindungsgemäßen Betons wurde neben der Qualität insbe¬sondere auf die Kosten der Einzelkomponenten geachtet, um die Gesamtkosten in Summeniedrig zu halten. Verwendet wird deshalb vorzugsweise stets der vor Ort verfügbare Zement.Es sollten nur hochwertige Zemente verwendet werden, wobei insbesondere auf den Wasser¬anspruch des Zementes zu achten ist. Bewährt haben sich C3A freie Zemente.

[0010] Neben der Qualität und der Kosten wurde bei der Entwicklung des Betons zudem aufeine technisch vergleichsweise einfache Art der Herstellung des erfindungsgemäßen Betonsgeachtet. Durch die besondere Zusammensetzung der Compoundmischung wird erreicht, dassfür die Herstellung des erfindungsgemäßen Betons keine besonderen technischen Anforderun¬gen an die Mischtechnologie notwendig sind.

[0011] Die Compoundmischung wird beispielsweise in einem Silo oder in Bigbags gelagert undangeliefert. Eine Abstimmung auf die verwendete Zementart und den vorhandenen Werksmi¬scher ist gegebenenfalls erforderlich. Da die Feinststoffe in der Compoundmischung vorabhomogenisiert werden, ist die Verwendung von Mischern mit geringer Mischintensität für dieHerstellung des erfindungsgemäßen Betons möglich.

[0012] Weiters können für die Herstellung je nach Anforderung diverse Zuschlagstoffe benötigtwerden. Diese können wie herkömmliche Gesteinskörnungen gelagert werden. Zudem könnenje m3 Beton 2 bis 50kg Fließmittel beigemischt werden. Zudem können je m3 Beton bis zu250kg (Stahl)fasern beigemischt sein.

[0013] Die Gesteinskörnung weist vorzugsweise eine maximale Korngröße von 5000pm, aufund kann von lokalen Baustoffhändlern bzw. Schotterwerken bezogen werden.

[0014] Die Gesteinskörnung kann mono-, bi- oder multimodal sein und als ein Material mit einerKörnung zugegeben werden oder in Form von zwei oder mehreren Materialien mit jeweils glei¬chen oder unterschiedlichen Körnungen innerhalb der oben genannten Korngröße zugegebenwerden.

[0015] Durch die Verwendung von lokal vorhandenem Zement, der Compoundmischung, einervorzugsweise ebenfalls lokal vorhandenem Gesteinskörnung als Zuschlagstoff und einem nied¬rigen Gehalt an (Stahl-) Fasern (sofern konstruktiv erforderlich) wird mit regional verfügbarenProdukten ein qualitativ hochwertiger Ultrahochleistungsbeton mit definierten Eigenschaftenbereitgestellt.

[0016] Die Erfindung betrifft auch eine Compoundmischung zur Herstellung eines Hoch- oderUltrahochleistungsbetons, mit einer Compoundmischung aus 10 bis 40Gew% Mikrosilika miteiner minimalen Korngröße von 0,01 pm und mit einer maximalen Korngröße von 6pm, aus 10bis 50Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 30pm und aus 20 bis 80Gew% Quarzmehl einer zweitenMischung mit einer minimalen Korngröße von 0,5pm und mit einer maximalen Korngröße von60 pm.

[0017] Der Compoundmischung können Additive, insbesondere Fließmittel, in einer Masse von0,3 bis 20 Gew.%, insbesondere von 0,3 bis 10 Gew.% und/oder Fasern, insbesondere Stahlfa¬sern, in einer Masse von 0,3 bis 75 Gew.%, insbesondere von 0,3 bis 60 Gew.% zugesetztsein.

[0018] konkretes Ausführungsbeispiel:

Compoundmischung Korngröße min [pm] max [pm] Gew.% Anteil an der Com¬ poundmischung

Mikrosilika 0,01 6 22,4

Quarzmehl 1 0,1 30 25,9

Quarzmehl 2 0,5 60 51,7 [0019] Die Compoundmischung wird vorgemischt, homogenisiert, und in einem Silo, in Bigbagsoder Säcken bis zur Abmischung des Hoch- oder Ultrahochleistungsbetons gelagert. Je nachgewünschten Frisch- und Festbetoneigenschaften werden dazu zwischen 400 - 800 kg Zementbenötigt. Die Menge ist auch von der eingesetzten Zementart abhängig, da nicht jeder Zementden gleichen Wasseranspruch hat. Bezogen auf die Zementmasse kommen 5-100 Massen¬prozent Compoundmischung dazu. Weiters werden zwischen 700 und 2000 kg Zuschläge(verschiedene Gesteinskörnungen; je nach Erfordernis 1 bis 3 oder mehr verschiedene) benö¬tigt. Der Wasserzementwert liegt zwischen 0.2 und 0.35. Bezogen auf die Zementmasse wer¬den 0,5 bis 6 Massenprozent Fließmittel eingesetzt. Der Stahlfasergehalt beträgt 0 - 250 kg/m3.

[0020] Bei der Entwicklung der Compoundmischung wurde darauf geachtet, dass ein Hoch¬oder Ultrahochleistungsbeton auf technisch vergleichsweise einfache Art hergestellt werdenkann, insbesondere die Mischtechnologie, den Energieeintrag und den Zeitaufwand betreffend.Dies wird durch die besondere Compoundmischung der Mineralmischung erreicht.

[0021] Bei der oberen Gesteinskörnung handelt es sich um für diesen Zweck übliche Gesteins¬körnungen auf Basis von z.B. Quarzsand, Calciumcarbonat, Basalt, Flusssand oder anderenMaterialien alleine oder Mischungen dieser, bevorzugt allerdings quarzhaltige Gesteinskörnun¬gen mit einen Quarzanteil >50 Gew.-%, weiter bevorzugt mit einem Quarzanteil >90Gew.-%.

[0022] Mit der erfindungsgemäßen Compoundmischung kann ein verbesserter Beton herge¬stellt werden, auch wenn dieser gegebenenfalls nicht die Festigkeitskriterien für Hoch- oderUltrahochleistungsbeton erfüllt.

[0023] Für den Beton und die Compoundmischung ergeben sich verbesserte Verarbeitungsei¬genschaften (z.B. Fließfähigkeit) und bessere Materialeigenschaften, wie z.B. eine hohe Salz¬beständigkeit, eine hohe Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit, eine hohe Säure¬beständigkeit, geringe Gasdurchlässigkeit, geringe Wasserdurchlässigkeit oder geringe Porosi¬tät [0024] Verwendung findet der erfindungsgemäße Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton vor¬zugsweise in tragenden und nicht tragenden Anwendungen sowie z.B. als Verguß- oder Be¬schichtungsmaterial, für Krafteinleitungs- und -übertragungsbereiche und für die Instandsetzungstark beanspruchter Tragwerke oder für Kanalisations- und Anlagenbau der chemischen Indust¬rie oder für die Herstellung von Fertigbetonteilen und selbstverdichtenden Systemen.

[0025] 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 [0026] Bei der oben genannten Gesteinskörnung handelt es sich um für diesen Zweck üblicheGesteinskörnungen auf Basis von z.B. Quarzsand, Calciumcarbonat, Basalt, Flusssand oderanderen Materialien alleine oder Mischungen dieser, bevorzugt allerdings quarzhaltige Ge¬steinskörnungen mit einen Quarzanteil >50 Ma-%, weiter bevorzugt mit einem Quarzanteil >90Ma-%.

[0027] Die Gesteinskörnung kann mono-, bi- oder multimodal sein und als ein Material mit einerKörnung zugegeben werden oder in Form von zwei oder mehreren Materialien mit jeweils glei¬chen oder unterschiedlichen Körnungen innerhalb der oben genannten Korngrößenspannweitezugegeben werden.

[0028] Neben der oben beschrieben Herstellung von Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton unterVerwendung der erfindungsgemäßen Compoundmischung ist es möglich, auch Betone mitbesonderen technischen Eigenschaften zu erzielen, auch wenn diese nicht unter die klassischeDefinition von HPC oder UHPC fallen.

[0029] Beispielsweise können durch Variation der oben genannten Materialien innerhalb derangegebenen Mengen- Massenanteils- und Korngrößen-Bereiche verbesserte Betone herge¬stellt werden, die sich z.B. durch bessere Verarbeitungseigenschaften auszeichnen (z.B. Fließ¬fähigkeit) oder bessere Materialeigenschaften, wie z.B. eine hohe Salzbeständigkeit, eine hoheTemperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit, eine hohe Säurebeständigkeit, geringeGasdurchlässigkeit, geringe Wasserdurchlässigkeit oder geringe Porosität neben einer hohenFestigkeit. In jedem einzelnen Fall der genannten Kriterien besser, als dies bei einem Betonohne die Zugabe der Compoundmischung der Fall wäre.

[0030] Demzufolge lassen sich mit diesen erfindungsgemäßen HPC, UHPC oder auch verbes¬serten Betonen sowohl technische als auch ökonomische Vorteile in den bekannten Anwen¬dungen erzielen, wie z.B. tragende oder nicht tragende Bauteile oder Anwendungen, es lassensich damit aber auch neue Anwendungen erschließen, in denen HPC, UHPC oder auch ver¬besserter Beton nicht eingesetzt werden konnte, z.B. Beschichtungen.

[0031] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0032] Fig. 1 eine schematische Darstellung des Abmischens des erfindungsgemäßen Be¬ tons und [0033] Fig. 2 die Sieblinien der verwendeten Ausgangsstoffe und einer beispielhaften Com¬ poundmischung.

[0034] Zur Herstellung des Hoch- oder Ultrahochleistungsbetons werden Zement aus einemZementsilo 1, eine Compoundmischung aus einem Premixsilo 2, Gesteinskörnung aus einemLager 3, Wasser, Fließmittel und ggf. Verzögerer aus einem Behälter 4 und Stahlfasern 5 ineinen Mischer 6 aufgegeben, vermischt und in weiterer Folge in üblicher Weise verarbeitet (Fig.1)· [0035] In Fig. 2 sind die Sieblinien der verwendeten Ausgangsstoffe der Compoundmischungdargestellt. Der kumulative Anteil [Vol.-%] der Einzelkomponenten ist dabei über der Partikel¬größe [pm] dargestellt, wobei die Partikelgröße logarithmisch dargestellt ist. Eingetragen sinddie Sieblinien von Mikrosilika 7, Quarzmehl einer ersten Mischung 8 und Quarzmehl einer zwei¬ten Mischung 9 sowie die Sieblinie der gesamten Compoundmischung.

Claims

Patentansprüche 1. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton aus Zement und Gesteinskörnung bestehend je m3Beton aus 400 bis 850kg Zement, 700 bis 2000kg Gesteinskörnung, 100 bis 300kg Wasserund 20 bis 850kg einer Compoundmischung, die aus 5 bis 50 Gew% Mikrosilika mit einerminimalen Korngröße von 0,005pm und mit einer maximalen Korngröße von 20pm, aus 5bis 50 Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit einer minimalen Korngröße von0,01 μιτι und mit einer maximalen Korngröße von 50pm und aus 5 bis 95 Gew% Quarzmehleiner zweiten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maxima¬len Korngröße von 200pm besteht.
2. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieCompoundmischung aus 5 bis 50 Gew% Mikrosilika mit einer minimalen Korngröße von0,01 pm und mit einer maximalen Korngröße von 6pm, aus 5 bis 50 Gew% Quarzmehl ei¬ner ersten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalenKorngröße von 30pm und aus 5 bis 95 Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einerminimalen Korngröße von 0,5pm und mit einer maximalen Korngröße von 60pm besteht.
3. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass je m3 Beton 2 bis 50kg Fließmittel, insbesondere auf Basis von Polycarboxylatethern,beigemischt sind.
4. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬zeichnet, dass je m3 Beton bis zu 250kg Fasern insbesondere Stahlfasern, beigemischtsind.
5. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Gesteinskörnung eine maximale Korngröße von 5000pm aufweist.
6. Hoch- oder Ultrahochleistungsbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Gesteinskörnung eine minimale Korngröße von 100pm und eine maxi¬male Korngröße von 1000pm, insbesondere eine minimale Korngröße von 300pm und einemaximale Korngröße von 800pm, aufweist.
7. Compoundmischung zur Herstellung eines Hoch- oder Ultrahochleistungsbetons, dadurchgekennzeichnet, dass sie aus 5 bis 50 Gew% Mikrosilika mit einer minimalen Korngrößevon 0,005pm und mit einer maximalen Korngröße von 20pm, aus 5 bis 50 Gew% Quarz¬mehl einer ersten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,01 pm und mit einer ma¬ximalen Korngröße von 50pm und aus 5 bis 95 Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischungmit einer minimalen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 200pmbesteht.
8. Compoundmischung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 5 bis50 Gew% Mikrosilika mit einer minimalen Korngröße von 0,01 pm und mit einer maximalenKorngröße von 6pm, aus 5 bis 50 Gew% Quarzmehl einer ersten Mischung mit einer mini¬malen Korngröße von 0,1 pm und mit einer maximalen Korngröße von 30pm und aus 5 bis95 Gew% Quarzmehl einer zweiten Mischung mit einer minimalen Korngröße von 0,5pmund mit einer maximalen Korngröße von 60pm besteht.
9. Compoundmischung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch den Zusatz vonAdditiven, insbesondere von Fließmittel, in einer Masse von 0,1 bis 30 Gew.%, insbeson¬dere von 1 bis 20 Gew.%.
10. Compoundmischung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch denZusatz von Fasern, insbesondere Stahlfasern, in einer Masse von 0,3 bis 70 Gew.%, ins¬besondere von 0,3 bis 60 Gew.%. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen