Verfahren zur Herstellung eines zementgebundenen Estrichs
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines zementgebundenen Estrichs mit einem groben Füllkorn und einem feinen Tragkorn.
Die Mörtel zur Herstellung zementgebundener Estriche enthalten einen Zuschlagstoff, der Körner unterschiedlicher Beschaffenheit, Form und Grösse enthält und den sogenannten Zementleim, ein Gemisch aus Wasser und Zement, das hydraulisch zu Zementstein erhärtet. Die Eigenschaften, die die Güte und Brauchbarkeit zementgebundener Estriche bestimmen, sind ihre Druckfestigkeit und ihr Schwindmass. Ein niedriges Schwindmass ist deshalb erforderlich, weil die Estriche eine grosse Fläche im Vergleich zu ihrem Volumen aufweisen und damit auch eine geringe Zugfestigkeit, so dass schon bei geringen Schwindspannungen der Estrich rissig und damit nur noch begrenzt brauchbar wird. Die Druckfestigkeit der Estriche wird (sofern es sich nicht um poröse Leichtbeton-Estriche für thermische Isolierungen handelt) durch die Festigkeit der schwächsten Komponente, also des Zementsteines, bestimmt.
Die Festigkeit des Zementsteines wiederum hängt von dem sogenannten Wasser Zement-Wert ab, also dem Gewichtsverhältnis von Wasser zu Zement. Die Druckfestigkeit des Estrichs nimmt mit sinkendem Wasser-Zement-Wert, also geringem Wassergehalt, zu, mit steigendem Wasser Zement-Wert ab.
Das Schwindmass eines zementgebundenen Estrichs hängt ebenfalls vom Wasser-Zement-Wert des Zementleimes ab: Damit bei der Erhärtung zu Zementstein alle Mineralbestandteile des Zements in Hydrate umgewandelt werden, muss der Zementleim auf ein Gewichtsteil Zement 0,4 Gewichtsteile Wasser enthalten, der Wasser-Zement-Wert also mindestens 0,4 betragen. Feinteilreiche Mörtelmischungen, wie sie Estrichmörtel immer darstellen, sind aber mit einem Wasser-Zement-Wert von 0,4 viel zu steif und unbeweglich, sie lassen sich mit den in der Praxis üblichen Methoden schlecht verarbeiten und nicht vollständig verdichten. Eine vollständige Verdichtung ist aber zur Erzielung der verlangten Festigkeit des Estrichs unerlässlich. Deshalb werden Estrichmörtel immer mit einem wesentlich höheren Wasser-Zement-Wert als 0,4 hergestellt.
Die über das 0,4fache des Zementgewichts hinausgehende Wassermenge verdunstet allmählich.
Jedes Korn ist von einem wassergefüllten Kapillarsystem umgeben. Dieses System zieht sich bei der Wasserverdunstung zusammen, die Körner rücken einander näher, der Estrich schwindet . Je mehr Wasser die Zementleimmenge enthält, desto grösser ist also das Schwindmass.
Da also stets mit einem Wasser-Zement-Wert über 0,4 gearbeitet werden muss, also gewisse Schwindspannungen in Kauf genommen werden müssen, versucht man in der Praxis, derartige Mörtel mit einer möglichst geringen Zementleimmenge und damit möglichst wenig überschüssigem Anmachwasser herzustellen. Dabei ist es bekannt, die Zuschlagstoffe für einen derartigen Estrich nach dem sogenannten Hohlraum-Minimum- Prinzip zusammenzustellen. Dieses Prinzip sagt, dass die Zwischenräume zwischen den groben Körnern durch kleinere Körner, die Zwischenräume zwischen diesen durch noch kleinere Körner usw. ausgefüllt werden sollen, bis zu Korngrössen von unter 0,2 mm, dem sogenannten Feinstsand.
Dabei ist bekannt, dass grösste Haufwerksdichtigkeit bei gleichzeitig kleinstmöglicher spezifischer Oberfläche des Zuschlagstoffes dabei dann erreicht wird, wenn die graphische Darstellung seiner Kornzusammensetzung, seine Sieblinie, entsprechend der bekannten Fullerparabel verläuft, deren Gleichung
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lautet.
Eine derartige Sieblinie wird als stetige Sieblinie bezeichnet.
Nach der betontechnischen Faustregel, das Grösst korn eines Zuschlagstoffes solle nicht grösser sein, als höchstenfalls 1/3 der Gesamtstärke der Beton- oder Mörtelschicht, können zu Estrichmörteln im allgemeinen nur Zuschlagstoffe mit einem Grösstkorn von ca.
7 mm verwendet werden. Diese sind beim Baustoffhandel in den zwei Aussiebungen, nach Möglichkeit in einem Verhältnis zueinander gemischt, das eine der Fullerparabel möglichst angenäherte Sieblinie ergibt, bilden dann den gebräuchlichsten Zuschlagstoff der Körnung 0/7 mm mit stetiger Sieblinie, der bisher als der optimale Zuschlagstoff galt.
Da sich der Estrichmörtel um so leichter verarbeiten lässt, sich also besser verdichten lässt und Hohlräume besser ausfüllt, je flüssiger er ist, also je mehr Wasser er enthält, jedoch mit zunehmendem Wassergehalt die erreichte Endfestigkeit abnimmt und das Schwindmass zunimmt, wird im allgemeinen der höchstzulässige Wasser-Zement-Wert vorgeschrieben.
Es ist jedoch eine altbekannte Tatsache, dass auch bei genauer Einhaltung des vorgeschriebenen Wasser Zement-Wertes die Qualität von nach gleicher Vorschrift hergestellten Estrichen oft sehr verschieden ausfällt, ohne dass die Ursache für die wechselnde Qualität erkennbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Estriches zu entwickeln, das gewährleistet, dass ein Estrich mit stets gleicher Qualität erzeugt werden kann.
Die Erfindung besteht darin, dass als Zuschlagstoff zwei Korngruppen, nämlich Füllkorn und Tragkorn aus hartem Gestein mit möglichst runder Kornform verwendet werden, dass jede Korngruppe Körner mit in engen Grenzen gehaltener Korngrösse enthält und ein grosskörniges Füllkorn verwendet wird, dessen Korngrösse jedoch 1/8 der Estrichdicke nicht übersteigt, dass ein Tragkorn mit viel kleinerer Korngrösse verwendet wird, das jedoch keine Bestandteile unter 0,1 mm enthält, und dass das Tragkorn in getrocknetem Zustand verwendet wird, wobei der Restwassergehalt nicht mehr als 2 Vol.-O/o beträgt. Auf welche Weise die Trocknung erfolgt, ist gleichgültig. Beim Anmachen soll der Restwassergehalt des Tragkornes nicht mehr als etwa 2 0/0 des Volumens des Tragkornhaufwerkes betragen.
Dies entspricht etwa 10/o des Volumens des Festraumanteiles des Tragkornes. Derartige getrocknete Körnungen sind unter der Bezeichnung feuergetrocknet im Handel erhältlich.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die grossen Qualitätsunterschiede, die man bei nach gleichem Rezept hergestellten bekannten Estrichen feststellt, zum überwiegenden Teil daher herrühren, dass die Wassermenge, die die bei den bekannten Verfahren zur Herstellung des Estrichs verwendeten Sande enthalten, nicht hinreichend genau bestimmt werden kann. Die Gründe hierfür liegen einerseits darin, dass man nicht bei jeder Mörtelherstellung einen Fachmann hinzuziehen kann, der eine derartige Messung ausführen kann, und auch deshalb, weil innerhalb eines Sandhaufens die zurückgehaltene Wassermenge von Ort zu Ort sehr verschieden sein kann.
Wie stark aber diese Wassermenge bei den Zuschlagstoffen verschieden sein kann, die für bekannte Estriche verwendet werden, ergibt sich schon allein aus folgender Betrachtung:
Die in einem bestimmten Sandvolumen zurückgehaltene Wassermenge steigt wegen der Haftung des Wassers an der Oberfläche des Sandkornes mit dem Verhältnis der Grösse der Oberfläche zum Volumen der einzelnen Teilchen und ausserdem mit der Porosität des Materials. Die bei den bekannten Estrichen verwendete Aussiebung 0 bis 3 mm enthält die Körnungsbereiche 0 bis 0,2 mm (Feinstsand), 0,2 bis 1 mm und 1 bis 3 mm. Der Anteil dieser einzelnen Körnungsbereiche an der Aussiebung variiert von einer Gewinnungsstelle des Sandes zur anderen und sogar innerhalb der einzelnen Schichten des gleichen Vorkommens ausserordentlich stark.
Bei einem Zuschlaggemisch, das nach einer stetigen Sieblinie zusammengesetzt ist, beträgt der Anteil der Sandkörner unter 3 mm etwa 60 bis 70 o/o. Die Grösse der Schwankungen der Anteile der einzelnen Körnungen in Zusammensetzungen von Zuschlaggemischen ergibt sich beispielsweise durch Betrachtung der in der DIN 1045 erwähnten Grenz-Sieblinien A und C, durch die der ausdrücklich als gut deklarierte Bereich der Korngemische begrenzt wird.
Die D-Summen (Summe der Durchgänge durch 6 der Grösse nach gestaffelten Siebe, deren grösstes 30 mm Öffnungen hat) von Zuschlaggemischen nach den Sieblinien A und C DIN 1045 differieren aber um nahezu 150 O/o,nämlich zwischen 78 und 178 (Mass für Konsistenz und Anmachwasser für ein Zuschlagge wisch). Die Summe der Oberflächen aller im Zuschlaggemisch enthaltenen Körner, also die Grösse, von der die zurückgehaltene Wassermenge der üblicherweise naturfeucht auf die Baustelle angelieferten Zuschlagstoffe abhängt, weist noch höhere Differenzen auf. Der Zuschlagstoff nach Sieblinie A hat eine spezifische Oberfläche von 1,7 qm/kg, der Zuschlagstoff nach Sieblinie C eine solche von 5,6 qm/kg.
Dies kann dazu führen, dass die für die Estrichgüte entscheidende Gesamtfeuchtigkeit im Estrichmörtel pro cbm um 100 1 Wasser und mehr verschieden sein kann. Daraus ergibt sich aber folgendes: Ein aus ideal trockenen Zuschlagstoffen hergestellter Estrichmörtel mit 350 kg/m3 Zement (Normendruckfestigkeit N28 = 500 kp/cm2) und einer Gesamtwassermenge von ca. 195 1, also mit einem Wasser-Zement-Wert von etwa 0,55, erreicht eine Druckfestigkeit W28 von 425 kp/cm2. Der gleiche Estrichmörtel erreicht aber bei genau gleicher Zusammensetzung und Anmachwassermenge, wenn er mit feuchterem Zuschlagstoff hergestellt wird und beispielsweise nur 801/mm an seiner Oberfläche zurückgehaltenes Wasser aufweist, lediglich noch eine Druckfestigkeit W28 von 230 kp/cm2.
Entgegen der herkömmlichen Meinung wird also bei dem erfindungsgemässen Verfahren ein Tragkorn verwendet, das keine Feinststoffe unter 0,1 mm aufweist, die mit ihrer grossen spezifischen Oberfläche sehr viel Wasser binden und auf der Baustelle schlecht so verwahrt werden können, dass sie nicht wieder feucht werden. Damit ist ein wesentlicher Faktor ausgeschaltet, der für den überwiegenden Teil des Restwassergehaltes des Tragkornes verantwortlich ist.
Bei einer Ausführungsform verwendet man ein Tragkorn, das keine Bestandteile mit einer Korngrösse unter 0,2 mm aufweist, wodurch die Fähigkeit des Tragkorns, Restwasser zu binden, noch stärker verringert wird. Das verwendete Tragkorn wird erfindungsgemäss getrocknet verwendet, sodass der Restwassergehalt des Tragkorns so gering wird, dass das Restwasser die Menge des Anmachwassers nur ganz unwesentlich oder gar nicht vergrössert und somit die Anmachwassermenge etwa gleich der zum Abbinden des Zementes zur Verfügung stehenden Gesamtwassermenge ist. Die vom Tragkorn zurückgehaltene Wassermenge ist vernachlässigbar klein und braucht bei der Berechnung des optimalen Wasser-Zement-Wertes nicht berücksichtigt werden.
Da die Feinststoffe in dem erfindungsgemäss verwendeten Tragkorn fehlen, ist auch der Aufwand für eine Trocknung des Tragkornes sehr gering, praktisch alle bekannten Trockenverfahren führen zu dem erwähnten Trockengrad. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann auf die Messung des Restwassergehaltes des Tragkornes vollständig verzichtet werden, weil wegen des Fehlens der Feinststoffe die Gefahr sehr gering ist, dass das Tragkorn nach der Trocknung noch wesentliche Mengen von Restwasser aufnimmt. Mit dem Verzicht auf eine Messung entfällt aber wiederum eine wesentliche Fehlerquelle, denn auf der Baustelle ist keine Gewähr dafür gegeben, dass eine derartige Messung richtig durchgeführt wird und, wie bereits envähnt, kann der Feuchtigkeitsgehalt im Sandhaufen von Ort zu Ort sehr stark verschieden sein.
Da das erfindungsgemässe Material für das Tragkorn aus hartem Kies besteht, weist dieses Material auch praktisch keine Porosität auf, die Restwasser binden könnte.
Ein weiterer, besonders wichtiger Vorteil der Erfindung liegt darin, dass dadurch, dass rundes Tragkorn verwendet wird und sowohl das Füllkorn als auch das Tragkorn Körner mit möglichst einheitlicher Korngrösse enthalten, wobei der Unterschied zwischen der Korngrösse des Tragkornes und der Korngrösse des Füllkornes möglichst gross sein soll, der Mörtel bei gleicher Menge des Anmachwassers wesentlich flüssiger wird, sich besser verformen und verdichten lässt und besser in Hohlräume eindringt als die bekannten Estrichmörtel, deren Zuschlagstoffe eine stetige Sieblinie aufweisen. Beim erfindungsgemässen Verfahren kann daher mit weniger Anmachwasser, also mit einem niedrigeren Wasser-Zement-Wert gearbeitet werden als bei bekannten Estrichen.
Auch lässt sich ohne Verschlechterung der Verformbarkeit oder der Verdich tungswilligkeit die Zementleimmenge gegenüber bekannten Estrichen reduzieren oder, bei gleicher Zementleimmenge, werden die Festigkeiten des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Estrichs höher und die Schwindspannungen geringer.
Als Füllkorn kann bei dem Verfahren jedes handelsübliche Material hoher Gesteinsfestigkeit mit runder oder angenähert runder Kornform verwendet werden, beispielsweise Rundquarz 5/8 mm oder Feinkies 3/7 mm oder, bei grösseren Estrichstärken, 7/10 oder 7/15 mm. Das Füllkorn kann getrocknet oder aber in naturfeuchtem Zustand an die Baustelle ausgeliefert werden, da es wegen seiner grossen Haufwerkporosität kaum Wasser zurückzuhalten vermag.
Als Tragkorn kann gewaschener, reiner, von seinen feinen Bestandteilen befreiter hochwertiger Quarz möglichst runder Kornform verwendet werden, beispielsweise sogenannter Kristallquarz der Körnung 0,1/0,4 mm oder, wenn erhältlich, der Körnung 0,2/0,4 mm, oder Kristallquarz der Körnung 0,4/0,7 mm oder 0,7/1,2 mm. Auch kann hartes Karbonatgestein dieser Körnungen verwendet werden.
Der Tragkornanteil wird nach dem Hohlraumgehalt des dicht gepackten Füllkorns bemessen. Aus der Summe von Füllkorn- und Tragkornanteil in der Volu- meinheit wird dann der Zementleimbedarf nach den bekannten Regeln der Betontechnologie berechnet.
Da der Zuschlagstoff nur eine verhältnismässig kleine Gesamtoberfläche und daher einen niedrigen Zementleimbedarf aufweist, zeigt der erhärtende Estrichmörtel ein günstiges Schwindverhalten, die Gefahr von Schwindrissbildungen ist sehr gering. Die Reduzierung des Zementleimgehaltes wirkt sich in keinem Falle ungünstig auf die Druckfestigkeit des fertigen Estriches aus, da diese in erster Linie vom Wasser Zement-Wert und dem Verdichtungsgrad des Mörteis abhängt. Da der aus der Hydratation des Zementleimes entstehende Zementstein im allgemeinen die schwächste Komponente des Mörtelgefüges ist, ist die Festigkeit eines bindemittel armen Estrichs im allgemeinen grösser als die Festigkeit eines zementreichen Estrichs mit gleichem Verdichtungsgrad.
Da die bei dem vorliegenden Verfahren verwendeten Zuschlagstoffe praktisch trocken sind, so kann ihre geringe Eigenfeuchte den Zementleim nicht verwässern. Das Wasserfesthaltevermögen ist wegen der relativ geringen Oberfläche der Zuschlagstoffe ebenfalls gering, so dass auch eine längere Lagerung unter ungünstigen Baustellenbedingungen eine ins Gewicht fallende änderung der Gesamtfeuchte des mit diesen Zuschlagstoffen hergestellten Mörtels nicht verursachen kann. Die bei dem Verfahren verwendeten Zuschlagstoffe brauchen nicht eine ideal runde Form zu haben, sondern es genügen angenähert runde Formen, es sollen also keine Zuschlagstoffe mit Konformen verwendet werden, wie sie beim Mahlen von Gesteinen anfallen.
Bei dem vorliegenden Verfahren können auch sogenannte Ausfallkörnungen verwendet werden, oder ausgesprochene Einkorn-Zuschlagstoffe , also Zuschlagstoffe, die nur eine Körnung enthalten, wobei also die maximalen Unterschiede in der Korngrösse nicht grösser als 1 oder 1,5 mm sind. In der Praxis wird man solche Körnungen verwenden, deren obere und untere Korngrenzen möglichst nahe beieinander liegen.
Ausführungsbeispiel 1
Es soll ein 3 cm starker Zementestrich der Güte B 225 hergestellt werden. Hierzu wird ein NormenzF ment PZ 275 verwendet. Als Füllkorn wird Quarzkörnung 5/,mm und als Tragkorn eine Quarzkörnung 0,4/0,7 mm verwendet. Der Wasser-Zement-Wert des Zementleimes beträgt 0,6.
Die Untersuchung des Füllkorns ergab einen Hohlraumgehalt von 26,5 Volumenprozent bei dichtester Packung des Kornes. Der Tragkornanteil wurde daher, mit einem Sicherheitszuschlag von 10 O/o, auf 30 O/o des Füllkornvolumens angesetzt.
Für einen gut verarbeitbaren Estrichmörtel der Konsistenz K2 ergibt sich dann der folgende Mischungsansatz: Komponente Masse Dichte Stoff raum Zement Z 275 270 kg/m5 3,10 kg/dtn8 87 1 Wasser 162 kg/ms 1 kgSdm3 1621 Quarz 5/8 mm 1532 kg/m8 2,65 kg/dm8 578 1 Quarz 0,4/0,7 458 kglms 2,65 kgldms 173 1 Frischmörtel 2422 kglm3 10001 Zementleiimgehalt 24,9 Volumpro:
:eent Endschwiii < Itnass (nach U. S. Büro of Reclamation) s = 0,36mm/m
Zum Vergleich wird im folgenden angegeben, wie ein derartiger Estrich nach dem bisher bekannten Verfahren hergestellt wurde.
Baustoffe: Normenzement PZ 275 Betonsand 0/7 mm mit optimaler Kornzusammensetzung gemäss Fullerlinie Wasser-Zement-Wert 0,6.
Auf Grund des Körnungsaufbaues ergibt sich für Estrichmörtel der Konsistenz K2 der nachstehende Mischungsansatz: Komponente Masse Dichte Stoff raum ZementZ275 370kg3 3,10kg(dm3 1191 Wasser 222 kglm3 1 kgldm3 2221 Betonsand 017 1733 kg(m3 2,63 kgldm3 559 1 Frischmörtel 2325 kglm3 10001 Zementleimgehalt 34,1 Volumprozent Endschwindmass s = 01,75 inin/m
Ausführungsbeispiel 2
Im Betonlabor wurden 2 verschiedene Estrichmörtel A und B hergestellt.
Beide wurden mit genau gleicher Zusammensetzung, also mit gleichen Mengen an Zuschlagstoffen, Zement und Wasser, sowie mit gleichem Mengenverhältnis und gleichem Wasser-Zement Wert hergestellt, nämlich - umgerechnet auf 1 m3 verdichteten Estrichmörtel - mit
1920 kg Zuschlagstoff
350 kg Portlandzement 275
157 kg Gesamtfeuchte
Der Unterschied zwischen den beiden Mörteln bestand darin, dass Mörtel B, wie bei herkömmlichem Estrichmörtel üblich, als Zuschlagstoff handelsüblichen Estrichsand 0/3 mm und Feinkies 3/7 mm im Verhältnis 60:
:40 (1160 bzw. 760kg) enthielt, währenddem Mörtel A erfindungsgemäss einen Zuschlagstoff enthielt, der aus einem möglichst rund- und gleichkörni- gen, roben Füllkorn bestand, hier aus 550 kg/m3 Kristallquarz 0,1/0,4 mm und 1 370 kg/m3 handelsüblichen Feinkies 3/7 mm.
Beide Mörtel wurden genau gleich, in derselben Mischanlage, gleich lang gemischt. Dann wurden sie in Würfelform von 10 cm Kantenlänge gefüllt und jeweils 10 Sekunden auf dem Rütteltisch verdichtet.
Die Würfel wurden nach 20 Stunden entformt.
Würfel A zeigt geschlossene Schalflächen und gut ausgeformte Ecken und Kanten. Seine Rohdichte im Alter von 1 Tag betrug 2,40kg/cm3. Dies entspricht einem Hohlraumgehalt von 1 Volumprozent, nach betontechnischen Grundsätzen also vollständiger Verdichtung. Aus Mörtel A wäre bei normaler Verarbeitung ein Estrich hoher Dichte, Festigkeit und Güte entstanden.
Würfel B dagegen liess sich trotz Auflast während des Rüttelns nicht entlüften. Er zeigt nahezu vollständig unverdichtete Schalflächen, unvollständig ausgeformte Ecken und Kanten und weist mit einer Rohdichte von 2,23 kg/dm3 ein Hohlraumvolumen von 8 O/o auf, das nach betontechnischen Gesetzmässigkeiten eine Festigkeitseinbusse von ca. 45 O/o bedeutet. Abgesehen davon, dass Festigkeit und Güte eines aus Mörtel B hergestellten Nutzestrichs unzureichend gewesen wäre, hätte sich der Mörtel B mit den in der Baupraxis zur Verfügung stehenden Methoden überhaupt nicht verarbeiten lassen.