AT524128A4

AT524128A4 - Leichtbetonmischung

Info

Publication number: AT524128A4
Application number: ATA50163/2021A
Authority: AT
Original assignee: Andreas Wolfthaler Dipl Ing
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2022-03-15
Also published as: EP4305002A1; WO2022187877A1; AT524128B1

Abstract

Es wird eine Leichtbetonmischung beschrieben, die verglastes, geschlossenzelliges, expandiertes Perlit, Zement und Zusatzstoffe enthält und sich dadurch auszeichnet, dass die Mischung 35 bis 550 kg/m³ verglastes, geschlossenzelliges, expandiertes Perlit mit einer Korngröße D90 <2 mm, 300 bis 950 kg/m³ Zement, 5 bis 850 kg/m³ Zusatzstoffe mit einer Korngröße D90 < 150 µm sowie bis 25 kg/m³ Fließmittel enthält, wobei die Summe der Anteile an Zement und Zusatzstoffen höchstens 1350 kg/m³ und die Gesamtsumme der Anteile von Zement, Zusatzstoffen und verglastem Perlit höchstens 1550 kg/m³ betragen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leichtbetonmischung, enthaltend verglastes,

geschlossenzelliges, expandiertes Perlit, Zement und Zusatzstoffe.

Um druckfeste, jedoch wenig wärmeleitfähige Betonmischungen bereitzustellen, ist es bekannt (WO 2016/202718 A1), Aerogelgranulate in einer Größenordnung bis zu 85 Vol.-% einzusetzen, wobei im Vergleich zu einer Mischung aus 60 Vol.-% Aerogelgranulat mit einer Korngröße bis 4 mm, 541,7 kg/m* Zement, 140,8 kg/m* Microsilica-Pulver, 19 kg/m* Fließmittel und aus 97 kg/m* Wasser die Druckfestigkeit fem von 13,9 N/mm? bei einer Trockenrohdichte von 1015 kg/m* auf 26 N/mm? durch eine Erhöhung der Trockenrohdichte auf 1326 kg/m* gesteigert werden konnte, indem der Volumenanteil des Aerogelgranulats verringert wurde und zugleich der Zementanteil sowie der Anteil des Microsilica-Pulvers gesteigert wurden. Nachteilig

ist allerdings die geringe mechanische Widerstandsfähigkeit von Aerogelgranulaten.

Um die Nachteile von Aerogelgranulaten zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen (CH 709 866 A2), das Aerogelgranulat durch verglaste, geschlossenzellige Kugeln aus expandiertem Silicasand bzw. geblähtem Perlit zu ersetzen. Diese verglasten, geschlossenzelligen Kugeln mit einem Korndurchmesser von 0,2 bis 2 mm werden mit einem Volumenanteil bis 95 % beispielsweise mit Zement, hydraulischem Kalk als weichmachendes Bindemittel, Zellulose als Zusatzstoff, Luftporenbildner und chemischen Zusätzen, wie Verflüssiger oder Beschleuniger, homogen gemischt, um eine Mörtelmischung mit einem Raumgewicht von lediglich 260 bis 350 kg/m* zu erhalten. Damit die geschlossenzelligen Perlite beim Abreiben der Oberfläche eines Dispersionsputzes

nicht zerstört werden, müssen allerdings erhebliche Anteile an Silikatsanden mit

unzureichend.

Zur Herstellung von Hochleistungsbetonen mit einer Druckfestigkeit > 50 N/mm? ist es darüber hinaus bekannt (WO 2010/109095 A1), neben Zement mit einem Anteil von 8 bis 25 Gew.-% Zusatzstoffe mit unterschiedlicher Korngrößenverteilung einzusetzen, und zwar 0,2 bis 25 Gew.-% eines Zusatzstoffes mit einer Korngröße D90 < 1um, 25 bis 40 Gew.-% eines Zusatzstoffes mit einer Korngrößenverteilung D10/D90 = 1 um/120 um und 20 bis 60 Gew.-% eines Zuschlagstoffes mit einer Korngrößenverteilung D10/D90 = 120 um/5 mm. Diese Hochleistungsbetone sind

allerdings in Bezug auf ihre Rohdichten als Normalbetone zu klassifizieren.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Leichtbetonmischung anzugeben, die bei einer vergleichsweise geringen Rohdichte und damit einer

geringen Wärmeleitfähigkeit eine hohe Druckfestigkeit aufweist.

Ausgehend von einer Leichtbetonmischung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Mischung 35 bis 550 kg/m* verglastes, geschlossenzelliges, expandiertes Perlit mit einer Korngröße D90

< 2 mm, 300 bis 950 kg/m* Zement, 5 bis 850 kg/m* Zusatzstoffe mit einer Korngröße D90 < 150 um sowie bis 25 kg/m* FlieRmittel enthält, wobei die Summe der Anteile an Zement und Zusatzstoffen höchstens 1350 kg/m* und die Gesamtsumme der Anteile von Zement, Zusatzstoffen und verglastem Perlit

höchstens 1550 kg/m* betragen.

Das verglaste, geschlossenzellige, expandierte Perlit bringt die für die Herstellung eines Leichtbetons vorteilhaften Voraussetzungen einer vergleichsweise hohen mechanischen Stabilität bei geringer Dichte mit sich. Abgesehen davon, dass sich eine gute mechanische Stabilität der Perlitkörnung unmittelbar auf die Druckfestigkeit des Leichtbetons auswirkt, ergibt sich aufgrund der mechanischen

Stabilität der Perlitkörnung der Vorteil, dass die erfindungsgemäße

Druckfestigkeit einer Betonmischung hat.

Das verglaste, geschlossenzellige, expandierte Perlit wird in eine Matrix aus Zement und Zusatzstoffen mit einer Korngröße D90 < 150 um eingebettet. Die Zusatzstoffe, beispielsweise gemahlene Flugasche und puzzolanische Zusatzstoffe, wie Microsilica, Schlacken und Gesteinsmehl aus Quarz, Calciumcarbonat oder Basalt, dienen einerseits zur Verbesserung der Packungsdichte des Leichtbetons und ersetzten anderseits einen Teil des Zements. Für eine entsprechende Packungsdichte muss die Korngröße der Zusatzstoffe D90 < 150 um, vorzugsweise < 60um, sein. Bessere Bedingungen hinsichtlich der Packungsdichte ergeben sich mit kleineren Korngrößenbereichen, sodass vorzugsweise zumindest Mischungen von Zusatzstoffen eingesetzt werden, von denen eine Mischungskomponente einen Korndurchmesser D90 > 8 um und zumindest eine weitere Mischungskomponente

einen Korndurchmesser D90 < 2,5 um aufweisen.

Durch den Ersatz eines Teils des Zements durch Zusatzstoffe kann zum Teil dem Schwinden des Betons beim Erhärten aufgrund des geringeren Zementanteils begegnet werden. Die Summe der Zementanteile und der Anteile an Zusatzstoffen muss allerdings begrenzt bleiben, um eine entsprechende Rohdichte des Leichtbetons erreichen zu können. Als obere Grenze für den Summenanteil haben sich in der Praxis 1350 kg/m* herausgestellt. Allerdings darf der um den Perlitanteil vermehrte Gewichtsanteil aus Zement und Zusatzstoffen ebenfalls eine obere

Grenze nicht übersteigen, die sich mit 1550 kg/m*® festlegen lässt.

verarbeitbare Leichtbetonmischung zu erhalten.

Um Trockenrohdichten unter 1000 kg/m®* zu erhalten, müssen der Betonmischung zusätzlich Leichtfüllstoffe, insbesondere Blähglas oder Blähton, mit einer Korngröße D90 < 5 mm zugegeben werden, wenn selbstverdichtende Eigenschaften sichergestellt werden sollen. Der Anteil der Leichtfüllstoffe soll dabei 350 kg/m* nicht

übersteigen.

Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, dass bestimmte Eigenschaften der Betonmischung die Zugabe entsprechender, an sich bekannter Zusatzmittel erfordern. So ist es beispielsweise zielführend, das Schrumpfverhalten durch Zugabe von Schwundreduktionsmitteln zu verbessern oder Fasern zur Erhöhung der Duktilität und der Biegezugfestigkeit zuzumischen, wobei im Hinblick auf eine geringe Trockenrohdichte vorzugsweise nicht metallische Fasern zum

Einsatz kommen.

Durch das Zusammenwirken der einzelnen Mischungskomponenten in den angegebenen Mengen- und Größenverhältnissen wird in überraschender Weise eine Leichtbetonmischung sichergestellt, die eine Druckfestigkeit fex von mindestens 30 N/mm? bei einer Rohdichte im Bereich von 1200 kg/m* aufweist, wie dies die nachfolgenden Beispiele zeigen. Die Druckfestigkeit wurde an Würfeln mit einer

Seitenlänge von 10 cm ermittelt.

Beispiel 1:

293,2 kg/m* verglastes, geschlossenzelliges, expandiertes Perlit mit einem Korngruppenanteil D90 < 300 um und einem Korngruppenanteil D90 < 100 um werden mit 643,4 kg/m* Zement CEM I 42,5 R C3A-frei, mit 45 kg/m*® Microsilica als Zusatzstoff mit einer Korngröße D90 < 0,5 um und mit 4,6 kg/m* eines FlieRmittels unter Zugabe von 237,3 kg/m* Wasser vermischt. Die Druckfestigkeit nach 7 Tagen

fek/d betrug 30,2 N/mm? bei einer Trockenrohdichte von parıy = 1097 kg/m®.

204,3 kg/m®* eines Perlits mit einer Korngröße D90 < 350 um werden mit 702,3 kg/m* Zement gemäß Beispiel 1, mit 203,7 kg/m* Microsilica mit einer Korngröße D90 < 0,5 um und Calciumcarbonat mit einer Korngröße D90 < 20 um als Zusatzstoff und mit 8,8 kg/m* eines Fließmittels unter Zugabe von 244,3 kg/m* Wasser vermischt. Die Druckfestigkeit fex/d betrug 39,1 N/mm? bei einer

Trockenrohdichte von paıy = 1220 kg/m®.

Beispiel 3:

190,6 kg/m*® eines Perlits gemäß Beispiel 2 werden mit 735,8 kg/m* Zement gemäß Beispiel 1, mit 147,2 kg/m* Calciumcarbonat mit einer Korngröße D90 < 2,5 um als Zusatzstoff und mit 5 kg/m* eines Fließmittels unter Zugabe von 244,8 kg/m*® Wasser vermischt. Die Druckfestigkeit fex/d betrug 34,9 N/mm? und nach 28 Tagen fcer28d 40,1 N/mm? bei einer Trockenrohdichte von pary = 1152 kg/m®.

Beispiel 4:

192,1 kg/m*® eines Perlits gemäß Beispiel 2 werden mit 525,5 kg/m* Zement gemäß Beispiel 1, mit 367,8 kg/m* Calciumcarbonat mit einer Korngröße D90 < 20 um als Zusatzstoff und mit 3,5 kg/m* eines Fließmittels unter Zugabe von 247,6 kg/m* Wasser vermischt. Die Druckfestigkeit fex/d und f«28d betrug 31,2 N/mm? und 33,8 N/mm? bei einer Trockenrohdichte von parıy = 1156 kg/m®.

Beispiel 5:

300 kg/m®* eines Perlits gemäß Beispiel 1 werden mit 709,5 kg/m* Zement CEM I 52,5 R, mit 49,7 kg/m* Microsilica mit einer Korngröße D90 < 0,5 um als Zusatzstoff und mit 5,1 kg/m* eines Fließmittels unter Zugabe von 271,2 kg/m* Wasser vermischt. Die Druckfestigkeit f/d betrug 44,6 N/mm? bei einer Trockenrohdichte von paıy = 1201 kg/m®.

211,2 kg/m®* eines Perlits gemäß Beispiel 2 werden mit 671,1 kg/m* Zement gemäß Beispiel 1, mit 167,8 kg/m* Calciumcarbonat mit einer Korngröße D90 < 150 um als Zusatzstoff und mit 4,5 kg/m* eines Fließmittels unter Zugabe von 260,6 kg/m* Wasser vermischt. Die Druckfestigkeit fex/d betrug 30,3 N/mm? bei einer

Trockenrohdichte von paıy = 1135 kg/m®.

Wie bereits ausgeführt wurde können durch zusätzliche Leichtfüllstoffe, wie Blähglas oder Blähton, Trockenrohdichten unter 1000 kg/m* erreicht werden, wobei noch immer erhebliche Druckfestigkeiten erzielbar sind, wie dies das nachfolgende

Beispiel ziegt.

Beispiel 7

169,6 kg/m* verglastes, geschlossenzelliges, expandiertes Perlit gemäß Beispiel 1 werden mit 454,8 kg/m* Zement CEM I 42,5 R C3A-frei, mit 113,7 kg/m* einer Mischung aus Calciumcarbonat mit einer Korngröße D90 < 20 um und Calciumcarbonat mit einer Korngröße D90 < 2,5 um als Zusatzstoff, mit 148,5 kg/m*® Blähglas der Korngruppe 1 - 2 mm als Leichtfüllstoff und mit 5,5 kg/m* eines Fließmittels unter Zugabe von 203,9 kg/m* Wasser vermischt. Die Druckfestigkeit nach 7 Tagen fck7d betrug 19 N/mm? bei einer Trockenrohdichte von

pdry = 958 kg/m®.

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Claims

(343805.5) II Patentansprüche

1. Leichtbetonmischung enthaltend verglastes, geschlossenzelliges, expandiertes Perlit, Zement und Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung 35 bis 550 kg/m* verglastes, geschlossenzelliges, expandiertes Perlit mit einer Korngröße D90 <2 mm, 300 bis 950 kg/m* Zement, 5 bis 850 kg/m*® Zusatzstoffe mit einer Korngröße D90 <150 um sowie bis 25 kg/m* FlieRßmittel enthält, wobei die Summe der Anteile an Zement und Zusatzstoffen höchstens 1350 kg/m* und die Gesamtsumme der Anteile von Zement, Zusatzstoffen und

verglastem Perlit höchstens 1550 kg/m* betragen.

2. Leichtbetonmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Perlitanteil 70 bis 400 kg/m* beträgt.

3. Leichtbetonmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass der Perlitanteil eine Korngröße D90 <0,8 mm aufweist.

4. Leichtbetonmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, dass der Zementanteil 350 bis 600 kg/m* beträgt

5. Leichtbetonmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, dass der Anteil an Zusatzstoffen 25 bis 650 kg/m® beträgt.

6. Leichtbetonmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass die Zusatzstoffe eine Korngröße D90 < 60 um aufweisen.

7. Leichtbetonmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass der FlieRßmittelanteil 2,3 bis 12 kg/m* beträgt.

Korngröße D90 < 5 mm.