CH716186B1 - Verfahren zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten, hochdeformierbare Schaumbetonprodukte und deren Verwendung. - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten mit: Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit (110); Festlegen einer geforderten Mindestdeformierbarkeit (120); Ermitteln (130) in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit prozentualer Anteile zumindest der folgende Stoffe: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie, und Bereitstellen und Mischen der ermittelten prozentualen Anteile zumindest des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie als Schaumbetonmischung (140).

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten, hochdeformierbare Schaumbetonprodukte und deren Verwendung.

Stand der Technik

[0002] Im Tunnelbau sind deformierbare Bauteile und ihre verschiedenen Anwendungen bekannt. Insbesondere werden im Tunnelbau deformierbare Bauteile beim temporären Ausbau verwendet, um Lasten, welche durch druckhaftes oder quellfähiges Gebirge entstehen können, mittels Deformation zu verringern. Deformierbare Bauteile können verschiedene Geometrien und Eigenschaften aufweisen. Im Tunnelbau werden balkenförmige Bauteile oder flächenhafte Systeme eingesetzt. Deformierbare Bauteile und Systeme, die eingesetzt werden, können aus verschiedenen Materialien oder Materialkombinationen bestehen, zum Beispiel Stahl, Beton oder Mörtel.

[0003] Beispielsweise sind von der Solexperts AG, Schweiz, hiDCon®-Elemente erhältlich, welche eine Deformierbarkeit aufweisen. Allerdings kann bei einigen Anwendungen unter Umständen eine noch weitergehende Deformierbarkeit oder eine noch weitergehende Vorhersagbarkeit des Deformationsverhaltens wünschenswert sein.

Offenbarung der Erfindung

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der Schaumbetonmischung für die Herstellung von verbesserten hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten und verbesserte hochdeformierbare Schaumbetonprodukte zur Verfügung zur stellen, wobei die genannten Schaumbetonprodukte oder ihre Verwendungen insbesondere verbesserte Deformationseigenschaften aufweisen sollten.

[0005] Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus dieser Beschreibung.

[0006] Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten mit: Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit, Festlegen einer geforderten Mindestdeformierbarkeit, Ermitteln prozentualer Anteile zumindest der folgende Stoffe: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit, und Bereitstellen und Mischen der ermittelten prozentualen Anteile zumindest des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats als Schaumbetonmischung.

[0007] Typische Ausführungsformen der hier beschriebenen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukte weisen nach Überwinden ihres elastischen Verformungsbereichs über einen vergleichsweise großen plastischen Verformungsbereich weitgehend vorhersagbare oder definierbare Verformungseigenschaften auf.

[0008] Bei Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit, insbesondere ein Festlegen einer Mindestdruckfestigkeit unter der Einwirkung einer Spannung. Der Begriff „Spannung“ umfasst im Rahmen dieser Anmeldung eine mechanische Spannung, insbesondere eine mechanische DruckSpannung. Beispielsweise kann eine Spannung in dem Schaumbetonprodukt durch eine Gebirgsspannung eines drückenden Gebirges hervorgerufen werden.

[0009] Typischerweise wird die Mindestdruckfestigkeit von einem Schaumbeton hierin nach DIN EN 12390-3 definiert, insbesondere in einem Druckversuch analog DIN EN 12390-3 definiert, also bspw. geprüft im Druckversuch an Zylindern, Würfeln oder Bohrkernen des Schaumbetons im Alter von 7 Tagen, von 21 Tagen oder von 28 Tagen. Insbesondere wird die Mindestdruckfestigkeit von einem Schaumbeton nach DIN EN 12390-3, insbesondere in einem Druckversuch analog nach DIN EN 12390-3, an einem Würfel mit mindestens 100 mm, beispielsweise 200 mm Kantenlänge geprüft werden. Dazu kann die Mindestdruckfestigkeit von einem Schaumbeton unter einem einachsigen Spannungszustand oder einem mehrdimensionalen Spannungszustand, beispielweise unter einem dreidimensionalen Spannungszustand, geprüft werden. Typischerweise beträgt die Mindestdruckfestigkeit 0,5 MPa, 5 MPa oder 10 MPa. In der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „einachsige“ auf einen Druckversuch ohne seitliche Stützung des Probenkörpers. Dazu beziehen sich die Begriffe „dreidimensional“ oder „mehrdimensional“ auf einen Druckversuch mit seitlicher Stützung des Probenkörpers zu allen Seiten.

[0010] Typischerweise umfasst das Verfahren ein Festlegen einer geforderten Mindestdeformierbarkeit. Beispielsweise kann eine Deformierbarkeit oder Verformung eines Werkstoffes in einem Druckversuch analog nach DIN EN 12390-3 gemessen werden. Nach DIN EN 12390-3 wird nur die Mindestdruckfestigkeit geprüft, der Normversuch endet dann typischerweise nach dem Erstbruch. Mit dem Begriff „Erstbruch“ wird typischerweise ein erstes Spannungsmaximum beschrieben, nach welchem durch plastische Verformungsprozesse oder Brüche im Material ein Spannungsabfall im Versuch zu beobachten ist. Es wird in dieser Norm nicht auf eine Mindestdeformierbarkeit eingegangen. Zur Messung der Mindestdeformierbarkeit wird der Versuch typischerweise über den durch die Norm vorgesehenen Bereich fortgesetzt. Dabei kann sich der Begriff „Mindestdeformierbarkeit“ auf einen plastischen Verformungsbereich beziehen, der zwischen der Elastizitätsgrenze und der Bruchgrenze des Schaumbetonprodukts liegt. Bei typischem Schaumbeton in Übereinstimmung mit Aspekten der Erfindung ist ein gegenüber Standardbeton anderes Verhalten bezüglich des Bruchverhaltes zu beobachten. Nach dem erfolgten Erstbruch fällt die Kraft oder Spannung nicht auf einen massiv niedrigen Wert ab, sondern verbleibt auf einem hohen Niveau, typischerweise mindestens 50%, mindestens 60% oder mindestens 70% der Spannung beim Erstbruch.

[0011] Konventioneller Beton, welcher in den Normen beschrieben wird, erreicht die maximale Druckfestigkeit, im ein-axialen Druckversuch, nach einer sehr geringen Deformation bzw. Dehnung des Versuchskörpers. Die Dehnung liegt hierbei im Promillebereich, nach Norm bei etwa 2 ‰. Nach dem Erreichen der maximalen Druckfestigkeit fällt die aufnehmbare Spannung bzw. Kraft im Versuchskörper bei weiterer Deformation stark ab, typischerweise ein Abfall von > 50% der Druckfestigkeit. Im Falle des hierin beschriebenen Schaumbetons ist das Verhalten ein anderes. Im ein-axialen Druckversuch wird nach einer geringen Deformation ein Maximum der Druckfestigkeit erreicht, analog zur herkömmlichen Betontechnologie. Im Gegensatz zum konventionellen Beton, fällt die anschließend aufnehmbare Spannung nicht vergleichbar stark ab, (bspw. zwischen 5 - 40%), die Spannung kann aber über eine andauernde erzwungene Deformation aufrecht erhalten werden. Die Spannung bleibt zumindest im Wesentlichen erhalten, wenn die erzwungene Deformation fortgesetzt oder gehalten wird. Der tiefste, hier erreichte, Wert definiert die Mindestdruckfestigkeit. Die hierin beschriebene Mindestdruckfestigkeit für typische Ausführungsformen ist deutlich geringer als die eines Schaumbetons mit vergleichbaren Zement-, Schaum- und Zuschlagsanteilen. Dies ist dadurch zu erklären, dass insbesondere durch den porösen Zuschlag zusätzliches Porenvolumen eingebracht wird. Zuschläge wie Sand enthalten solches Porenvolumen üblicherweise nicht. Durch die Verwendung einer wie hierin beschrieben optimierten Sieblinie kann der zusätzliche Porenanteil weiter maximiert werden.

[0012] Die Mindestdeformierbarkeit beschreibt den Bereich, in welchem bei zunehmender Deformation, die aufnehmbare Spannung des Versuchskörpers unterhalb der maximalen Druckfestigkeit, aber über der Mindestdruckfestigkeit liegt. Deformierbarkeit ist in der konventionellen Betontechnologie im Zusammenhang mit Druckbelastungen nicht definiert, da sich die auftretenden Dehnungen stets im elastischen Bereich bewegen sollten. Bei zunehmender Deformation steigt die Spannung kontinuierlich an und überschreitet die maximale Druckfestigkeit, welche bei Deformationsbeginn erreicht wurde. Dieses Verhalten ist mit einem elastisch plastisch, bi-linearen Materialmodell beschreibbar wobei ETnicht konstant ist.

[0013] Typische Verfahren umfassen ein Ermitteln prozentualer Anteile zumindest der folgenden Stoffe für die Schaumbetonmischung: Bindemittel, Schaumbildner und Granulat, insbesondere Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie, in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit. Über die Zusammenstellung der Sieblinie und dem darin enthaltenen Porenvolumen kann die Mindestdeformierbarkeit angepasst werden. Ein hoher Anteil einer kleinen Fraktion erhöht die Mindestdruckfestigkeit und verkleinert die Deformierbarkeit.

[0014] Typischerweise wird hochdeformierbarer Schaumbeton, insbesondere werden hochdeformierbare Schaumbetonprodukte, mit einer der hierin beschriebenen typischen Schaumbetonmischungen hergestellt. Typische Schaumbetonprodukte weisen einen erhöhten Luftporengehalt, insbesondere von in der Regel mehr als 20 Vol.-% oder mehr als 30 Vol.-%, auf. Typische, hierin beschriebene Schaumbetonprodukte entsprechen nicht einem Beton nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2. Typische Schaumbetonprodukte gemäß Aspekten dieser Erfindung entsprechen auch nicht typischem herkömmlichen Schaumbeton, welcher herkömmlich keine Korngruppen aufweist. Typische Schaumbetonprodukte gemäß der Erfindung umfassen Korngruppen mit zumindest einem Anteil, welcher größere Körner als Sand aufweist.

[0015] Typischerweise bedeutet der Begriff „hochdeformierbar“ in Bezug auf ein Schaumbetonprodukt, dass das Schaumbetonprodukt im Druckversuch nach DIN EN 12390-3, insbesondere analog nach DIN EN 12390-3, ohne seitliche Stützung des Probenkörpers, insbesondere nach Überwinden einer Elastizitätsgrenze, bei 50% Verformung eine Druckspannung von weniger als 200% der Mindestdruckfestigkeit, bevorzugt bei 55% Verformung eine Druckspannung von weniger als 250% der Mindestdruckfestigkeit und bevorzugter bei 60% Verformung eine Druckspannung von weniger als 350% der Mindestdruckfestigkeit zeigt. Bei dem Druckversuch kann bei typischen Ausführungsformen auch die in demselben Versuch oder einem weiteren Versuch an dem gleichen Schaumbetonprodukt gemessene Druckfestigkeit an Stelle der Mindestdruckfestigkeit verwendet werden.

[0016] Der Begriff „hochdeformierbar“ bedeutet typischerweise in Bezug auf ein Schaumbetonprodukt, dass ein hierin beschriebenes typisches Schaumbetonprodukt bei 35% Verformung in einem Druckversuch nach DIN EN 12390-3, insbesondere analog nach DIN EN 12390-3, ohne seitliche Stützung oder mit seitlicher Stützung des Probenkörpers zu allen Seiten eine Druckspannung von weniger als 200% der Mindestdruckfestigkeit, bevorzugt bei 40% Verformung eine Spannung von weniger als 300% der Mindestdruckfestigkeit und bevorzugter bei 45% Verformung eine Spannung von weniger als 500% der Mindestdruckfestigkeit zeigt. Bei dem Druckversuch kann bei typischen Ausführungsformen auch die in demselben Versuch oder einem weiteren Versuch an dem gleichen Schaumbetonprodukt gemessene Druckfestigkeit an Stelle der Mindestdruckfestigkeit verwendet werden.

[0017] Bei dem Bindemittel handelt es sich typischerweise um Zement oder geeignete Kunstharzmörtel, typischerweise brandsicherer oder feuerhemmender Kunstharzmörtel. Typischerweise wird als Zugabewasser Trinkwasser oder ein in der Natur vorkommendes Wasser verwendet.

[0018] Typischerweise wird Zement oder ein Zementleim als Basis für die Vorbereitung einer Schaumbetonmischung verwendet. Typischerweise umfasst Zementleim ein Bindemittel, insbesondere Zement, Zugabewasser und eventuell Zusatzmittel. Somit kann eine Schaumbetonmischung unter weiterer Zugabe von einem getrennt davon vorgefertigten Schaum aus Schaumbildner hergestellt werden, insbesondere unter weiterer Zugabe von einem getrennt davon vorgefertigten Schaum aus einer Mischung aus Schaumbildner und Wasser für die Schaumbildung und eventuell Zusatzmittel. Das Wasser für die Schaumbildung kann dem Zugabewasser entnommen sein oder zusätzlich zu dem Zugabewasser bemessen werden, also nicht auf die Mange des Zugabewassers angerechnet sein. Typischerweise erfordert das zur Herstellung des Schaumbetons oder der Schaumbetonmischung angewandte physikalische Aufschäumen keine Treibmittel oder das Herstellen erfolgt typischerweise Treibmittel-los. Damit stehen typische Verfahren im Gegensatz zu anderen Verfahren mit einem chemischen Aufschäumen, zum Beispiel mit Zugabe von Substanzen, die unter Freisetzung von Gasen in oder mit dem Zementleim reagieren und so Poren bilden. Alternative typische Verfahren zur Herstellung des Schaumbetons oder der Schaumbetonmischung verwenden zusätzlich chemische Treibmittel.

[0019] Typicherweise wird eine Schaumbetonmischung durch das Einbringen von mit Luft oder mit anderen Gasen gefülltem Schaum aus Schaumbildner oder aus einer Mischung aus Schaumbildner und Wasser beispielweise in einen Zementleim gebildet. Typicherweise werden ausschließlich inerte Gase zur Schaumbildung verwendet oder in eine Mischung aus Schaumbildner und Wasser eingebracht, beispielsweise Stickstoff, Argon oder Helium. Dies kann insbesondere bei Anwendung im Zusammenhang mit Endlagerstätten für atomaren Abfall oder bei Anwendungen, welche Sauerstoff-empfindlich sind, vorteilhaft sein. Der Druck der eingebrachten Luft oder anderen Gasen beträgt typischerweise maximal 5 bar, typischerweise maximal 3 bar, oder typischerweise maximal 1,5 bar oder typischerweise mindestens 0,3 bar.

[0020] Die mit dem Schaumbildner erzeugten Gasblasen können bei physikalischen Schäumen, ähnlich wie bei chemischen Schäumen, lediglich vorübergehend als Stützkörper dienen, bis sich eine tragfähige Feststoffstruktur der Schaumbetonmischung beim Aushärten bzw. Trocknen ausgebildet hat.

[0021] Typischerweise ist Zement ein anorganischer, fein gemahlener hydraulischer Baustoff. Beispielweise ist Zement durch Brennen der Ausgangsstoffe Kalkstein, Sand oder Ton oder Mischungen aus diesen Stoffen bei der Sintergrenze von etwa 1.450 °C hergestellt. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung ist ein hydraulischer Baustoff ein Baustoff, der nach einer Zugabe von Wasser infolge chemischer Reaktionen mit dem Zugabewasser selbständig erstarrt und erhärtet und nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raumbeständig bleibt. Chemisch betrachtet kann Zement hauptsächlich kieselsaures Calcium mit Anteilen an Aluminium- und Eisen-Verbindungen enthalten.

[0022] Im Kontext der vorliegenden Offenbarung können Portlandzement (CEM I), Portlandkompositzement (CEM II), Hochofenzement (CEM III oder VLH III), Puzzolanzement (CEM IV oder VLH IV), oder Kompositzement (CEM V oder VLH V), insbesondere entsprechend der Zementarten nach DIN EN 197-1 oder DIN EN 14216, als Bindemittel geeignet sein. Typischerweise ist Portlandzement durch die Vermahlung von Klinker und Gips bzw. Anhydrit hergestellt. Beispielweise kann für hierin beschriebene typische Verfahren ein Portlandzement mit ca. 58 bis 66 % Caiciumoxid (CaO), 18 bis 26 % Siliciumdioxid (SiO2), 4 bis 10 % Aluminiumoxid (Al2O3) und 2 bis 5 % Eisenoxid (Fe2O3) verwendet werden.

[0023] Bei dem Schaumbildner handelt es sich typischerweise um ein Tensid, Proteine oder Enzyme oder Mischungen derselben. Typischerweise weisen proteinbasierte Schaumbildner eine hohe Stabilität auf. Mit der Wahl des Tensids oder der Proteine können die Zementchemie sowie die rheologischen Eigenschaften des Zementleims oder der Schaumbetonmischung beeinflusst werden. Insbesondere können die hohe IonenKonzentration und der hohe pH-Wert in einer Schaumbetonmischung die aufschäumende Wirkung vieler Tenside oder Proteine reduzieren oder unterdrücken.

[0024] Im Kontext der vorliegenden Offenbarung sind geeignete Proteine typischerweise solche, die im alkalischen Zementleim negative Ladungen aufweisen. Bei typischen Verfahren werden solche Proteine genutzt, um eine enge Verbindung zwischen den gelösten Proteinsträngen herzustellen, so dass die Schaumstabilität erhöht wird. Beispielweise kann der Schaumbildner ein Protein aufweisen, insbesondere ein hydrolysiertes Protein oder Proteinfraktionen, welche insbesondere zu 50 Masse-%, zu 70 Masse-% oder zu 90 Masse-% aus den Aminosäuren A (Alanin), E (Glutaminsäure), G (Glycin), I (Isoleucin), L (Leucin), M (Methionin), P (Prolin), Q (Glutamin) und V (Valin) mit einer Molmasse zwischen 20000 und 120000 Dalton bestehen. Die restlichen 10 Masse-%, 30 Masse-%, oder 50 Masse-% können andere Aminosäuren sein, insbesondere andere anionische Aminosäuren.

[0025] Als Tenside sind grundsätzlich insbesondere stark schäumende alkalistabile oder selbst alkalisch reagierende Tenside geeignet. Dabei kommt es typischerweise auf eine hohe Schäumkraft an. Bevorzugt sind anionische Tenside und insbesondere Sulfonate, Alkylsulfonate, insbesondere Alkalialkylsulfonate, Alkylensulfate oder Alkylethersulfonate. Die Alkylketten oder Alkylenketten der Sulfonate und Sulfate sind insbesondere langkettig und weiter vorzugsweise unverzweigt. Kettenlängen größer oder gleich C8 und insbesondere zwischen C10 und C20 können als typisch angesehen werden.

[0026] Bevorzugte Tenside umfassen u.a. lineare Alkylatsulfonate, Alphaolefinsulfonate, Betaolefinsulfonate, Alkylethersulfate, ethoxylierte Alkylphenole. Typische Tenside, die Verwendung finden, sind Alphaolefinsulfonate, z. B. Natrium C14-16-Olefin-Sulfonat, unter den Alkylsulfaten SDS und SLS und/oder bestimmte Alkali-, Ammonium- oder Ethanolaminsalze von Schwefelsäureestern von oxalkylierten Alkoholen.

[0027] Weitere verwendbare anionische Tenside sind Acylaminosäuren und deren Salze, unter anderem Acylglutamate, wie zum Beispiel Natriumacylglutamat, Di-TEApalmitoylaspartat, Natriumcaprylic/Capric Glutamat oder Natriumcocoylglutamat, Acylpeptide, Sarcosinate, Taurate, Acyllactylate, Alininate, Arginate, Valinate, Prolinate, Glycinate, Aspartate, Propionate, Lactylate, und Amidcarboxylate. Typischerweise können Phosphate/Phosphonate in Betracht kommen. Weitere Beispiele sind Sulfosuccinate, Natriumcocomonoglyceridsulfat, Natriumlaurylsulfoacetat oder Magnesium PEG-n-Cocoamidsulfat, Alkylarylsulfonate und Acyl-isethionate, Ether- und Ester-Carbonsäuren, vorzugsweise der Fettsäuren, sowie weitere bekannte schäumende anionische Tenside, wie sie kommerziell erhältlich sind.

[0028] Bei typischen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das ionische schaumbildende Tensid wenigstens ein anionisches Tensid beinhaltet oder daraus besteht oder ausschließlich aus anionischen Tensiden besteht oder ausschließlich anionische Tenside eingesetzt werden. Es kann ein einzelnes Tensid oder eine Mischung aus mehreren Tensiden eingesetzt werden. In einer Mischung weiterer typischer Ausführungsformen kann neben wenigstens einem anionischen Tensid wenigstens ein anderes, insbesondere nichtionisches Tensid enthalten sein. Insbesondere kann bei typischen Ausführungsformen Sika<®>Lightcrete-400 mit einer Dichte von 1,07 kg/L als Schaumbildner verwendet werden.

[0029] Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung enthält eine Schaumbetonmischung mindestens 10 g, mindestens 30 g, mindestens 50 g, mindestens 75 g oder mindestens 100 g oder maximal 3 kg, maximal 2 kg oder maximal 1 kg des Schaumbildners bezogen auf 1 m<3>der Schaumbetonmischung.

[0030] Im Kontext der vorliegenden Offenbarung kann der Begriff „Zuschläge“ Granulate, Fasern oder Mischungen derselben umfassen. Der Begriff „Zusatzstoffe“ kann Kalksteinmehl, Pigmente oder Mischungen derselben umfassen. Der Begriff „Zusatzmittel“ kann Betonverflüssiger, Verzögerer, Erstarrungsbeschleuniger, Erhärtungsbeschleuniger, Fließmittel, Dichtungsmittel, organische und anorganische Stabilisatoren oder Mischungen derselben umfassen. Dazu kann ein Zusatzmittel in eine Schaumbetonmischung oder in einen Zementleim, in ein Bindemittel oder in einen Schaumbildner zugeführt werden.

[0031] Typisches Granulat, welches im Rahmen von Ausführungsformern verwendet wird, besteht aus einem natürlichen Granulat aus mineralischem Vorkommen, einem künstlichen Granulat oder einer Kombination dieser beiden. Beispielweise umfasst oder besteht Granulat aus natürlichem Granulat wie Bims, Tuff, Lavasand, Lavakies, Kieselgur, Vermiculite oder Mischungen davon. Ein typisches Granulat besteht oder umfasst künstliches Granulat wie Blähschiefer, Blähton, Blähglas, Blähglimmer, Blähperlite, Steinkohlenflugasche, Ziegelsplitt, Hüttenbims (Hüttensandbims), Keramik, Kunststoff und Kesselsand oder Mischungen davon. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung kann ein Granulat aus Blähglas ein Schaumglas-Granulat sein.

[0032] Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Granulat oder besteht ein Granulat aus Schaumglas-Granulat, Blähton-Granulat, Tongranulat, Vermiculite-Granulat oder Mischungen davon. Typische Granulate, welche bei Ausführungsformen verwendet werden, sind porös. Typischerweise kann ein Schaumglas-Granulat ein mineralischer Leichtbaustoff sein, der insbesondere aus reinem Altglas hergestellt wird. Insbesondere besteht das Schaumglas-Granulat aus geschlossen-porigem Schaumglasgranulat, welches typischerweise eine im wesentliche kugelförmige Kornform aufweist. Alternativ wird gebrochenes Schaumglas verwendet. Dazu kann Schaumglas die Bezeichnung für ein erstarrtes Blähglas mit luftdicht geschlossenen Zellen sein, die insbesondere mit Gas gefüllt sind. Typischerweise kann die Gaszusammensetzung in den Poren bzw. Waben vom Herstellungsverfahren abhängen. Insbesondere wird bei typischen Ausführungsformen ausschließlich oder zumindest teilweise Poraver<®>, Liaver<®>oder Mischungen dieser beiden als Granulat verwendet.

[0033] Bei typischen Ausführungsformen ist das Granulat zumindest im Wesentlichen kugelförmig. „Im wesentlichen kugelförmig“ bedeutet typischerweise eine Kornform mit einem durchschnittlichen Durchmesserverhältnis von größtem zu kleinstem Durchmesser, insbesondere durchschnittlichem größten Durchmesser zu durchschnittlichem kleinsten Durchmesser, von kleiner als 9:1, kleiner als 6:1, kleiner als 3:1, kleiner als 2:1 oder kleiner als 1,5:1, insbesondere kleiner als 1,3:1 aufweisen. Typischerweise bezieht sich der Begriff „Granulat“ auf körnige Feststoffe. Der Ausdruck „im Wesentlichen kugelförmig“ kann bedeuten, dass mehr als 50%, mehr als 75% oder mehr als 90% oder alle der Körner einem spezifischen maximalen durchschnittlichen Durchmesserverhältnis entsprechen.

[0034] Typische Körner weisen einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von mindestens 0.02 mm, mindestens 0,03 mm oder mindestens 0,04 mm oder bis 10 mm, bis 8 mm oder bis 4 mm auf. Ein durchschnittlicher Durchmesser der kugelförmigen Körner der vorliegenden Offenbarung kann typischerweise durch Anwenden eines Laserbeugungsverfahrens gemäß ISO 13320:2009, eines SEM (Rasterelektronenmikroskopie)-Bildanalyseverfahrens gemäß ISO 13322-1:2014, oder eines Siebanalyse-Gerät gemäß ISO 6274:1982 bestimmt werden.

[0035] Typischerweise wird das Granulat in Korngruppen eingeteilt. Insbesondere können die Korngruppen durch Angabe von zwei Begrenzungssieben (dminund dmax) definiert werden.

[0036] Im Kontext der vorliegenden Offenbarung kann dminals die Siebweite des unteren Begrenzungssiebes oder Durchmesser des Kleinstkorns von einer Korngruppe oder einem Korngemisch oder Granulat in mm definiert werden. Dazu kann dmax als die Siebweite des oberen Begrenzungssiebes oder Durchmesser des Größtkorns von einer Korngruppe oder einem Korngemisch oder Granulat in mm definiert werden. Typischerweise können die Korngruppen des Granulats mindestens eine der Korngruppen mit den Begrenzungssiebes (dmin/dmax) 0,25/0,5 mm, 0,5/1 mm, 1/2 mm, 2/4 mm, 4/6 mm und 4/8 mm aufweisen. Insbesondere ist das Verhältnis von Siebweiten des unteren und oberen Begrenzungssiebes der Korngruppen nicht kleiner als 1,4.

[0037] Typischerweise können Siebungen zur Prüfung der Kornzusammensetzung nach DIN EN 933 Teil 1 und Teil 2 durchführt werden. Korngruppen, welche bei Ausführungsformen verwendet werden, weisen typischerweise eine Korngruppe-Mindestdruckfestigkeit, insbesondere eine durchschnittliche Korngruppen-Mindestdruckfestigkeit von 0,5 MPa, bevorzugt 1,0 MPa und bevorzugter 1,5 MPa auf. Eine Korngruppen-Mindestdruckfestigkeit, insbesondere eine durchschnittliche Korngruppen-Mindestdruckfestigkeit kann typischerweise gemäß DIN EN 13055-1 bestimmt werden. Insbesondere erfolgt das Ermitteln der prozentualen Anteile der Korngruppen des Granulats in Abhängigkeit von der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit durch Auswahl von Korngruppen mit einer bestimmten Korngruppen-Mindestdruckfestigkeit oder bestimmten Begrenzungssieben. Bei typischen Ausführungsformen wird auf diese Weise die geforderte Mindestdruckfestigkeit und die geforderte Mindestdeformierbarkeit in einem mit der Schaumbetonmischung hergestellten Schaumbeton oder Schaumbetonprodukt erreicht.

[0038] Bei typischen Ausführungsformen werden die prozentualen Anteile zumindest der Korngruppen des Granulats in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit unter Berücksichtigung jeweiligen durchschnittlichen Druckfestigkeit der jeweiligen Korngruppe ermittelt. So kann bei typischen Ausführungsbeispielen die Mindest-Druckfestigkeit eines später hergestellten Schaumbetonprodukts beim Ermitteln der prozentualen Anteile der Korngruppen errechnet oder abgeschätzt werden, indem die Druckfestigkeiten der jeweiligen Korngruppen entsprechend ihrer prozentualen Anteile, insbesondere Volumen-Anteile, gewichtet werden und so eine Gesamt-Druckfestigkeit errechnet wird. Diese Berechnung kann die Druckfestigkeit und das Volumen des Bindemittels im Schaumbetonprodukt sowie das Volumen der mit dem Schaumbildner gebildeten Hohlräume (Druckfestigkeit Null) umfassen.

[0039] Zur Herstellung werden die Volumenanteile typischerweise in Gewichtsanteile umgerechnet zur leichteren Bereitstellung der Anteile. Die Berechnung des Kornbildes erfolgt über die Volumenanteile, da typischerweise die mechanischen Eigenschaften wie beispielsweise Festigkeit oder Streckgrenze entsprechend der Flächen- und damit der Volumenanteile im fertigen Produkt abgeschätzt werden können. Das Bindemittel wird typischerweise in eine erste Berechnung und unter Umständen in spätere Berechnungen nicht mit einbezogen.

[0040] Typischerweise wird ein Ermitteln der prozentualen Anteile des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie iterativ durchgeführt. Der Begriff „iterativ“ steht im Rahmen der vorliegenden Offenbarung für schrittweise und wiederholte Rechengänge zur Ermittlung der prozentualen Anteile zumindest der folgen Stoffe: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats bis die geforderte Mindestdruckfestigkeit durch den gewichteten, insbesondere Volumengewichteten Durchschnitt der Druckfestigkeiten der jeweiligen prozentualen Anteile erreicht wird.

[0041] Die Mindestdeformierbarkeit kann an Hand des Volumens des aufgeschäumten Schaumes geschätzt werden. Typischerweise entspricht die Mindestdeformierbarkeit dem 0,8-fachen bis 0,9-fachen des Volumenanteils des aufgeschäumten Schaumes oder des Volumenanteils der Poren im fertigen Produkt.

[0042] Typischerweise erfolgt ein Ermitteln prozentualer Anteile des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats nach der Gleichung auftragen lässt, wobei: – VZementleimdas Volumen des Zementleims ist, – Vgesamtdas Volumen der Schaumbetonmischung mit aufgeschäumtem Schaum ist, – VGranulatdas Volumen des Granulates ist, – VSchaumdas Volumen des aufgeschäumten Schaumes ist, – DSchaumbetondie geforderte Mindestdruckfestigkeit des Schaumbetons ist, – DZementleimdie Druckfestigkeit des Zementleims ist, und – DGranulatdie Druckfestigkeit des Granulats ist.

[0043] Umfasst das Granulat mehrere Korngruppen mit unterschiedlicher Druckfestigkeit, werden die Druckfestigkeiten typischerweise entsprechend der Volumen-Anteile der Korngruppen in der oben genannten Gleichung in den Term der Druckfestigkeit des Granulats gewichtet aufgenommen. Typischerweise ist eine berechnete oder ermittelte Druckfestigkeit des Granulats ein gewichteter Durchschnitt der typischen, beispielsweise vom Hersteller angegebenen, Druckfestigkeiten aller Korngruppen des Granulats in einer Schaumbetonmischung.

[0044] Typischerweise umfasst ein Ermitteln prozentualer Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit ein Festlegen der Anzahl der Korngruppen des Granulats. Typischerweise besteht das Granulat zumindest im Wesentlichen aus prozentualen Anteilen von einer Mehrzahl von Korngruppen. Typischerweise besteht das Granulat aus prozentualen Anteilen von mindestens zwei oder mindestens drei unterschiedlichen Korngruppen.

[0045] Beispielsweise um eine angestrebte Packungsdichte des Granulats in der Schaumbetonmischung zu erreichen werden die prozentualen Anteile der Korngruppen unter Verwendung einer Sieblinie berechnet. Typischerweise weicht die verwendete Sieblinie von einer Fuller-Sieblinie ab. Beispielsweise um eine hohe Deformierbarkeit zu erreichen, wird bei Ausführungsformen ein möglichst dichtes Korngerüst des Granulats angestrebt. Um aus mehreren, ausgewählten Korngruppen eines Granulats ein möglichst dichtes Korngerüst zu erreichen, werden prozentuale Anteile von einer Mehrzahl von Korngruppen eines Granulats unter Verwendung einer Sieblinie zusammengestellt.

[0046] Typischerweise ist eine Sieblinie eine Durchgangs- oder Summenkurve, mittels derer die Korngrößenverteilung oder Kornzusammensetzung eines Granulates grafisch dargestellt wird. Auf der horizontalen, Achse (Abszisse) eines Siebliniendiagramms können die Korngrößen aufgetragen werden, auf der senkrechten Achse (Ordinate) der Prozentanteil der jeweiligen Siebdurchgänge oder Korngrößen.

[0047] Typische Verfahren verwenden eine Sieblinie, welche in der Fachsprache als Idealsieblinie bezeichnet wird oder welche ein dichtes Korngerüst, bei dem der Leimanspruch zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen der Körner gering ist, sicherstellen. Bei typischerweise genutzten Sieblinien ist die Oberfläche der Körner im Verhältnis zum Volumen der Körner minimiert, um den zur Umhüllung der Körner benötigten Zement zu minimieren.

[0048] Eine von typischen Verfahren verwendete Sieblinie kann eine Fuller-Sieblinie sein. Typische Fuller-Sieblinien entsprechen der Gleichung wobei: – A der Siebdurchgang in M.-% (Massenanteil) ist, der durch das Sieb mit dem Durchmesser d hindurchgeht, – d der Durchmesser oder durchschnittliche Durchmesser mit einem Wert zwischen 0 und dmax ist, für den der prozentuale Anteil in einem Korngemisch, Granulat berechnet werden soll, – dmax der Durchmesser des Größtkorns der zu berechnenden Sieblinie, und – n der Exponent zur Berücksichtigung der Kornform ist.

[0049] Typischerweise wird bei erfindungsgemäßen Verfahren von einer Kugel als Kornform ausgegangen. Typischerweise wird der Exponent n mit mindestens 0,3, mindestens 0,35 oder insbesondere mindestens 0,4 und maximal 0,47, maximal 4,5 oder insbesondere maximal 0,43 angesetzt.

[0050] Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung werden die prozentualen Anteile mittels einer Nicht-Fuller-Sieblinie berechnet. Typische Ausführungsformen verwenden eine Sieblinie, welche einen gegenüber einer Fuller-Sieblinie verringerten Anteil kleiner Korngrößen aufweist. Eine typische Sieblinie, welche bei Ausführungsformen verwendet wird, ist eine Funk-Dinger-Sieblinie. Eine Sieblinie nach Funk-Dinger weist gegenüber einer vergleichbaren Fuller-Sieblinie einen verringerten Anteil kleiner Korngrößen auf. Es können jedoch auch andere Sieblinien mit einem gegenüber einer Fuller-Sieblinie verringerten Anteil kleiner Körner bei typischen Ausführungsformen verwendet werden.

[0051] Der Begriff „verringerter Anteil kleiner Korngrößen“ bedeutet typischerweise, dass in den Korngruppen des Granulats weniger als 10%, typischerweise weniger als 5%, typischerweise weniger als 2%, typischerweise weniger als 1% oder typischerweise zumindest im Wesentlichen 0% Körner mit einem Durchmesser von weniger als 250 µm, weniger als 100 µm oder weniger als 50 µm vorhanden sind. Der Ausdruck „im Wesentlichen 0% Körner“ bedeutet typischerweise, dass lediglich unvermeidbare Reste von Körnern mit einem Durchmesser kleiner als 250 µm, weniger als 100 µm oder weniger als 50 µm vorhanden sind. Unvermeidbare Reste können beispielsweise bei der Produktion anfallen oder typischerweise in von einem Hersteller gelieferten Material vorhanden sein.

[0052] Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung sind die prozentualen Anteile einer Mehrzahl von Korngruppen unter Verwendung einer Sieblinie zumindest im Wesentlichen nach der Funk-Dinger Sieblinie berechnet.

[0053] Typischerweise ist eine Funk-Dinger Sieblinie eine Kurve, die sich nach der Gleichung auftragen lässt, wobei: – A der Siebdurchgang in M.-% (Massenanteil) ist, der durch das Sieb mit dem Durchmesser d hindurchgeht, – d der Durchmesser oder durchschnittlicher Durchmesser mit einem Wert zwischen dmin und dmax ist, für die der prozentuale Anteil in einem Korngemisch, Granulat berechnet werden soll, – dmax der Durchmesser des Größtkorns ist, die zu berechnenden Sieblinie, – dmin der Durchmesser des Kleinstkorns ist, die zu berechnenden Sieblinie, und – n der Exponent zur Berücksichtigung der Kornform ist.

[0054] Typischerweise berücksichtigt eine Funk-Dinger Sieblinie eine ideale Kugel als Kornform. Insbesondere ist der entsprechende Exponent n für diese Kornform bei der Funk-Dinger-Sieblinie 0,37.

[0055] Typischerweise umfasst das Ermitteln der prozentualen Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie eine Berechnung des Schüttvolumens und des Kornvolumens der Korngruppen des Granulats ausgehend von den Größen Schüttdichte und Kornrohdichte. Typischerweise liegt die Schüttdichte von verwendeten Korngruppen zwischen 125 kg/m<3>und 500 kg/m<3>, typischerweise zwischen 150 kg/m<3>und 475 kg/m<3>, typischerweise zwischen 170 kg/m<3>und 450 kg/m<3>haben. Typische Kornrohdichten von Korngruppen liegen zwischen 250 kg/m<3>und 1100 kg/m<3>, typischerweise zwischen 275 kg/m<3>und 1050 kg/m<3>, typischerweise zwischen 300 kg/m<3>und 1000 kg/m<3>haben.

[0056] Typischerweise umfasst das Ermitteln der prozentualen Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie eine Berechnung des Porenraums, eine Berechnung eines Wasserbindemittelwerts, insbesondere eine Berechnung eines Wasserzementwerts, eine Berechnung einer Bindemittelmenge, insbesondere eine Berechnung einer Zementmenge, eine Berechnung einer Zugabewassermenge oder eine Berechnung einer Leimdichte der Schaumbetonmischung.

[0057] Beispielweise kann eine Berechnung des Porenraums einer Schaumbetonmischung mittels Verwendung des Schüttvolumens und Kornvolumens der prozentualen Anteile der mehreren, ausgewählten Korngruppen des Granulats erfolgen. Dabei bezeichnet der Begriff Porenraum den Raum, welcher ohne Zugabe von Schaumbildnern in der Schaumbetonmischung vorhanden ist.

[0058] Bei typischen Ausführungsformen erfolgt das Mischen der Anteile, um die Schaumbetonmischung zu erhalten, mittels eines Zwangsmischers, eines Freifallmischers, eines Fahrmischers oder eines Planetenmischers mit oder ohne Wirbler. Beispielweise kann das Mischen der Anteile des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats ein Einmischverfahren oder ein Schaumverfahren umfassen oder ausschließlich mittels eines Einmischverfahrens oder eines Schaumverfahrens erfolgen. Beim Einmischverfahren wird die Schaumbetonmischung typischerweise unter Zugabe eines Schaumbildners im Zwangsmischer hergestellt. Beim Schaumverfahren wird dem Bindemittel und den Korngruppen, beispielweise auf der Baustelle oder in einem Betonwerk, ein vorgefertigter Schaum untergemischt.

[0059] Bei Ausführungsbeispielen wird der Schaum mit Hilfe eines Schäumgerätes wie beispielsweise eines Schaumgenerators und eines Schaumbildners erzeugt. Typischerweise werden alle Anteile außer dem Schaumbildner, beispielsweise Bindemittel, Korngruppen des Granulats und Zugabewasser, vorgemischt und als Letztes der vorgefertigte Schaum oder der Schaumbildner zugegeben. Bei weiteren Ausführungsformen wird der Schaum erzeugt und dem Bindemittel oder einem Gemisch aus Bindemittel und Zugabewasser zugegeben, wobei erst danach die Zugabe beispielsweise der Korngruppen erfolgt.

[0060] In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die Schaumbetonmischung mit Fasern bereitgestellt und gemischt werden. Mit Fasern kann das Verformungsverhalten eines Schaumbetons beeinflusst werden. Fasern können bei Ausführungsformen den Effekt einer verbesserten Zugfestigkeit bewirken. Typischerweise umfasst der Begriff „Fasern“ mindestens eine der folgenden Fasern: Pflanzenfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Karbonfasern und Stahlfasern. Die Fasern, insbesondere Kunststofffasern, können beispielweise in einer minimalen Länge von 1 mm, von 5 mm, 10 mm, oder 30 mm. Die Fasern, insbesondere Kunststofffasern, weisen typischerweise eine maximale Länge von 80 mm, von 90 mm, und von 120 mm auf.

[0061] Typischerweise kommen Glasfasern mit einer minimalen Länge von 0,5 mm, von 1 mm, oder 3 mm und/oder mit einer maximalen Länge von 60 mm, von 80 mm, von 100 mm oder maximal von 120 mm zum Einsatz. Typischerweise umfassen die Fasern Monokomponenten-Fasern oder Bikomponenten-Fasern oder einer Mischung davon oder bestehen aus einer dieser Fasern oder einer Mischung davon. Die Fasern werden bei Ausführungsformen als Faserbündel oder einzelne Fasern verwendet. Typischerweise enthält die Schaumbetonmischung weniger als 100 kg Fasern bezogen auf 1 m<3>der Schaumbetonmischung, typischerweise weniger als 50 kg Fasern bezogen auf 1 m<3>der Schaumbetonmischung, insbesondere weniger als 20 kg Fasern bezogen auf 1 m<3>der Schaumbetonmischung oder typischerweise weniger als 5 kg Fasern bezogen auf 1 m<3>der Schaumbetonmischung. Insbesondere wird Concrix<®>, Dramix 2D oder Dramix 3D, 4D oder 5D als Faser verwendet - ausschließlich oder in einer Mischung mit anderen Fasern.

[0062] Ein typischer hochdeformierbarer Schaumbeton oder ein typisches hochdeformierbares Schaumbetonprodukt wird mit einer der hierin beschriebenen Schaumbetonmischungen hergestellt. Insbesondere werden die hierin beschriebenen typischen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukte unter Tage verwendet. Insbesondere werden die hierin beschriebenen typischen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukte im Tunnelbau oder im Bergbau oder in einem Schutzbauwerk verwendet werden. Dazu können hochdeformierbare Schaumbetonprodukte balkenförmige oder plattenförmige Stauchelemente oder Tübbing-Elemente sein. Beispielsweise können die balkenförmige oder plattenförmige Stauchelemente oder Tübbing-Elemente in druckhaften oder quellfähigen Gebirge verwendet werden.

[0063] Typische Vorteile von erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind eine hohe Deformierbarkeit bei vergleichsweise geringen Kräften, so dass Gebirgsbewegungen unter Tage ohne vollständiges Versagen der mit den Ausführungsformen aufgebauten Hülle aufgenommen werden können. Dies bietet insbesondere im Tunnelbau oder bei Bauwerken unter Tage ein breites Einsatzspektrum.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0064] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Figuren zeigen: Figur 1 zeigt schematisch einen Ablauf einer typischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 2 zeigt schematisch einen weiteren Ablauf einer typischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 3 zeigt schematisch die Ergebnisse von einachsigen Spannungsversuchen an Würfeln aus unterschiedlichen Schaumbetonmischungen; Figur 4 zeigt schematisch die Ergebnisse von dreidimensionalen Spannungsversuchen an Würfeln aus unterschiedlichen Schaumbetonmischungen.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

[0065] Nachfolgend werden typische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bei der Beschreibung der Ausführungsform werden unter Umständen in verschiedenen Figuren und für verschiedene Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet, um die Beschreibung übersichtlicher zu gestalten. Dies bedeutet jedoch nicht, dass entsprechende Teile der Erfindung auf die in den Ausführungsformen dargestellten Varianten beschränkt sind.

[0066] In der Figur 1 ist in einer schematischen Übersicht ein Ablauf 100 eines typischen Verfahrens zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten gezeigt.

[0067] Das Verfahren umfasst ein Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit 110, ein Festlegen einer geforderten Mindestdeformierbarkeit 120, ein Ermitteln in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit prozentualer Anteile zumindest der folgende Stoffe: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie 130, und ein Bereitstellen und ein Mischen der ermittelten prozentualen Anteile zumindest des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats als Schaumbetonmischung 140.

[0068] Im in der Figur 1 dargestellten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Ermitteln in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit prozentualer Anteile zumindest der folgenden Stoffe: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie 130 die im übergreifenden Block 130 umfassten Blöcke 132 - 139. Ein Ermitteln der prozentualen Anteile des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie wird typischerweise iterativ in den Blöcken 132 bis 138 durchgeführt.

[0069] Im Block 132 werden in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit prozentuale Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie ermittelt oder geschätzt. Typicherweise werden mehrere Korngruppen des Granulats ausgewählt, beispielsweise um ein dichtes Korngerüst zu erreichen.

[0070] Beispielsweise werden in einem ersten Rechengang prozentuale Anteile der Korngruppen des Granulats mittels eines gewichteten, insbesondere Volumengewichteten Durchschnitts der Druckfestigkeiten der prozentualen Anteile von ausgewählten Korngruppen des Granulats errechnet oder abgeschätzt. Ferner können die entsprechende prozentualen Anteile des Bindemittels und eventuell auch des Schaumbildners (Druckfestigkeit der mit dem Schaumbildner geschaffenen Hohlräume gleich Null) ermittelt werden, um die Gesamtdruckfestigkeit des späteren Schaumbetonproduktes abzuschätzen oder zu ermitteln (Blöcke 134 und 136).

[0071] Im Block 138 wird Überprüft, ob die prozentuale Anteile zumindest der folgenden Stoffe: Bindemittel, Volumen des mittels des Schaumbildners aufgeschäumten Schaumes und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie, die geforderte Mindestdruckfestigkeit und die geforderte Mindestdeformierbarkeit ergeben. Falls diese Überprüfung positiv erfolgt, wird im Block 140 fortgefahren. Falls die Überprüfung negativ endet, fährt das Verfahren mit dem Block 139 zum Ausführen einer iterativen Schleife fort.

[0072] Im Block 139 erfolgt ein Abschätzen und Anpassen zumindest eines Anteils der prozentualen Anteile: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie. Dabei kann beispielsweise beim Unterschreiten einer gewünschten Mindestdruckfestigkeit, ein anderes Bindemittel verwendet werden, weniger Schaumbildner verwendet werden oder andere Korngruppen gewählt werden. Bei Nicht-Erreichen der Mindestdeformierbarkeit kann beispielsweise der Anteil des Schaumbildners und damit der durch den Schaumbildner geschaffenen Hohlräume erhöht werden. Anschließend springt das Verfahren zum Block 132 zurück.

[0073] Im Block 140 erfolgen nach positivem Ausgang der Überprüfung im Block 138 ein Bereitstellen und ein Mischen der ermittelten prozentualen Anteile zumindest des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats als Schaumbetonmischung.

[0074] In der Figur 2 ist in einer schematischen Übersicht ein Ablauf eines typischen Verfahrens zum Bereitstellen und Mischen der prozentualen Anteile der folgende Stoffe: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie und zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten 200 gezeigt.

[0075] In einem ersten Mischer 210 wird Zement als Bindemittel 212 mit Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie 214 gemischt. Dazu wird Zugabewasser 220 im ersten Mischer 210 zu Zementleim gemischt. Das Bindemittel 212 wird typischerweise bis zu einem W/Z Wert von maximal 0,6, typischerweise maximal 0,55, typischerweise maximal 0,50, insbesondere maximal oder in etwa 0,47 mit Zugabewasser 220 vorgemischt. Optional werden dem Zementleim ein oder mehrere Zusatzmittel 216 wie beispielweise Betonverflüssiger oder Erstarrungsbeschleuniger zugegeben. Weiterhin werden der Mischung optional ein oder mehrere Zusatzstoffe 218 beigemischt, welche die Verarbeitbarkeit des Frisch- oder die Festigkeit des Festbetons beeinflussen können. Im Gegensatz zu den Zusatzmitteln 216 werden sie bei typischen Ausführungsbeispielen bei der Stoffraumrechnung berücksichtigt.

[0076] Außerdem wird Wasser 222 typischerweise in einem Schaumgenerator 230 mit einem Schaumbildner 232 und Luft 234 oder zumindest einem anderen Gas, beispielsweise Stickstoff, gemischt, um einen Schaum zu bilden. Beispielsweise wird der Schaumbildner mit dem Wasser zur Schaumbildung in einem Vorratstank eines Schaumgenerators gemischt. Typicherweise wird der hergestellte Schaum gewogen. Typicherweise wird die Schaumdichte kontrolliert. Der Schaumgenerator 230 arbeitet vorzugsweise bei einem Betriebsdruck von maximal 4 bar. Zusatzmittel können bei typischen Ausführungsformen wahlweise dem Zementleim oder dem Schaumbildner beigemischt werden.

[0077] Das mit dem Schaumbildner gemischte Wasser kann bei typischen Ausführungsformen dem Zugabewasser entnommen werden oder es wird das gesamte Zugabewasser mit dem Bindemittel gemischt und für den Schaumbildner eine zusätzliche Menge Wasser zur Mischung mit dem Schaumbildner vorgesehen. Typischerweise sind die Mengen an Wasser, welche zur Schaumbildung benötigt werden, gering, so dass sie nicht zwingend bei der Berechnung der Mischung berücksichtigt werden müssen.

[0078] In einem zweiten Mischer 240 wird der Zementleim aus dem ersten Mischer 210 mit dem in dem Schaumgenerator 230 gebildeten Schaum vermischt und eine fließfähige und pumpbare Schaumbetonmischung gebildet. Eine Schaumbetonmischung kann auch durch Mischen vom im Schaumgenerator 230 gebildeten Schaum im ersten Mischer 210 mit einem Zementleim gebildet werden.

[0079] Aus dem zweiten Mischer 240 wird mit einer Förderpumpe 250 oder einem Transportmittel zum Ausschütten die Schaumbetonmischung am Einsatzort ausgebracht oder in einer Gießform ausgebracht, in welcher er abbinden kann und ein hochdeformierbares Schaumbetonprodukt 260 erzeugen kann.

[0080] Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Ausführungsbeispiel 1

[0081] Ein Kubikmeter einer typischen Schaumbetonmischung für die Herstellung von typischen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten kann beispielweise bestehen aus oder umfassen: Poraver 0.5-1 mm 44.97 kg Poraver 1-2 mm 45.95 kg Poraver 2-4 mm 55.90 kg Poraver 4-6 mm 69.97 kg Schaumbildner (Gesamtmasse mit Wasser zur Schaumbildung) 10.67 kg davon: Schaumbildner (Sika Lightcrete 400) 0.27 kg Bindemittel (Zement) 245.96 kg Zugabewasser 103.30 kg Kunststofffasern (Concrix) 3.00 kg

[0082] Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Wasser zur Mischung mit dem Schaumbildner nicht dem Zugabewasser entnommen. Konkret werden bei dem Ausführungsbeispiel 10.67 kg Schaum benutzt pro Kubikmeter Schaumbetonmischung. Der Schaumbildner Sika Lightcrete 400 wird mit Wasser vorgemischt. Die 10.67 kg Schaum enthalten 0.27 kg Schaumbildner Sika Lightcrete 400 (entsprechend etwa einer 2.5-3% Lösung Sika Lightcrete 400 in Wasser). Der Schaumbildner wird mit dem Wasser zur Schaumbildung (hier: 10.67 kg - 0.27 kg = 10.40 kg Wasser zur Schaumbildung) in einem Vorratstank eines Schaumgenerators gemischt und dann wird der hergestellte Schaum gewogen und die erstellte Schaumdichte kontrolliert. Durch Kontrolle der Schaumdichte kann erreicht werden, dass die geforderten Hohlräume in der Schaumbetonmischung entsprechend der Berechnung auch vorhanden sind. Sika Lightcrete 400 ist erhältlich bei Sika Schweiz AG, Tueffenwies 16, CH 8048 Zürich.

[0083] Die prozentualen Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie nach Funk-Dinger.

[0084] Ein Kubikmeter eines vergleichbaren Beispiels mit der gleichen Leimdichte wie die Leimdichte der Schaumbetonmischung des Ausführungsbeispiels 1 umfasst oder besteht aus: Schaumbildner (Gesamtmasse mit Wasser zur Schaumbildung) 10.67 kg davon: Schaumbildner (Sika Lightcrete 400) 0.27 kg Bindemittel (Zement) 683.40 kg Zugabewasser 287.00 kg Kunststofffasern (Concrix) 3.00 kg

[0085] In den Figuren 3 und 4 sind in einer schematischen Übersicht die Ergebnisse der entsprechenden einachsigen und dreidimensionalen Druckversuche an Würfeln gezeigt. Die Würfel sind aus Schaumbetonmischungen mit Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie und aus Schaumbetonmischung ohne Korngruppen hergestellt. Die Schaumbetonmischungen sind mit identischen Werten der Leimdichte hergestellt.

[0086] In Figuren 3 und 4 ist deutlich zu erkennen, dass ein typisches hochdeformierbares Schaumbetonprodukt 310 nach Überwinden des elastischen Verformungsbereichs, ein kleineres Verhältnis zwischen der Mindestdruckfestigkeit und der Spannung im plastischen Bereich des hochdeformierbares Schaumbetonprodukts 310 aufweist als ein entsprechendes typisches Schaumbetonprodukt 320 zeigt, welches jedoch ohne Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie hergestellt wurde.

[0087] Zum Beispiel zeigen die Ergebnisse des einachsigen Druckversuches in Figur 3 für ein hochdeformierbares Schaumbetonprodukt 310 gemäß der Erfindung eine Mindestdruckfestigkeit mit einem Wert von 0,9 MPa und eine einachsige Spannung mit einem Wert von 2,7 MPa bei einer Deformierbarkeit von 60%. Im Vergleich zeigen die Ergebnisse für ein typisches Schaumbetonprodukt 320 ohne Granulat in der Figur 3 eine Mindestdruckfestigkeit mit einem Wert von 3 MPa und eine einachsige Spannung mit einem Wert von 12 MPa bei einer Deformierbarkeit von 60%. Somit liegt das Verhältnis zwischen der Mindestdruckfestigkeit und der einachsigen Spannung bei einer Deformierbarkeit von 60% bei einem Wert von 3 im Fall eines hochdeformierbaren Schaumbetonprodukts 310 mit typischen Korngruppen. Der entsprechende Wert liegt bei 4 für ein typisches Schaumbetonprodukt 320 ohne typische Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie.

[0088] Ferner zeigen die Ergebnisse des dreidimensionalen Druckversuches in Figur 4 für ein typisches hochdeformierbares Schaumbetonprodukt 410 eine Mindestdruckfestigkeit mit einem Wert von 1,5 MPa und eine Spannung zwischen 1,5 MPa und 4,0 MPa im Bereich der Deformation zwischen 0% und 40%. Hiermit ist das Verhältnis zwischen der Mindestdruckfestigkeit und der Spannung im plastischen Bereich des hochdeformierbaren Schaumbetonprodukts 410 zwischen 1,0 und 2,7 mit 2,7 bei 40% Verformung.

[0089] Im Vergleich dazu zeigt ein typisches Schaumbetonprodukt 420 ohne typische Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie im dreidimensionalen Druckversuch eine Mindestdruckfestigkeit von 4 MPa und eine Spannung zwischen 4 MPa und 13,5 MPa im Bereich der Deformation zwischen 0% und 40% (Figur 4). Damit ist das Verhältnis zwischen der Mindestdruckfestigkeit und der Spannung im plastischen Bereich des Schaumbetonprodukts 420 zwischen 1,0 und 3,4 mit 3,4 bei 40% Verformung.

[0090] Damit ist das Verhältnis der maximalen Spannung zur minimalen Spannung im Bereich bis 40% Verformung bei typischen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten 410 im dreidimensionalen Druckversuch niedriger.

Bezugszeichenliste

[0091] 210 erster Mischer 212 Bindemittel 214 Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie 216, 236 Zusatzmittel 220 Zugabewasser 230 Schaumgenerator 232 Schaumbildner 234 Luft 240 zweiter Mischer 250 Förderpumpe 260, 310, 410 hochdeformierbares Schaumbetonprodukt 320, 420 typisches Schaumbetonprodukt

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten (260, 310, 410) mit: – Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit (110); – Festlegen einer geforderten Mindestdeformierbarkeit (120); – Ermitteln (130) in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit prozentualer Anteile zumindest der folgenden Stoffe: o Bindemittel (212), o Schaumbildner (232) und o Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie (214), und – Bereitstellen und Mischen der ermittelten prozentualen Anteile zumindest des Bindemittels (212), des Schaumbildners (232) und der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie (214) als Schaumbetonmischung (140).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sieblinie einen gegenüber einer Fuller-Sieblinie verringerten Anteil kleiner Korngrößen aufweist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaumbetonmischung mindestens 10 g und/oder maximal 3 kg des Schaumbildners (232) bezogen auf 1 m<3>der Schaumbetonmischung, enthält.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Granulat Schaumglas-Granulat umfasst.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Granulat zumindest 50% aus Körnern besteht, welche eine Kornform mit einem Durchmesserverhältnis von jeweils größtem zu jeweils kleinstem Durchmesser von kleiner als 3:1 aufweisen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaumbetonmischung mit Fasern bereitgestellt und gemischt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Fasern mindestens eine der folgenden Fasern umfassen: Pflanzenfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Karbonfasern und Stahlfasern.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Schaumbetonmischung weniger als 100 kg Fasern bezogen auf 1 m<3>der Schaumbetonmischung enthält.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie mindestens eine der Korngruppen mit den Begrenzungssiebes dmin/dmax0,25/0,5 mm, 0,5/1 mm, 1/2 mm, 2/4 mm, 4/6 mm, und 4/8 mm aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln iterativ durchgeführt ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaumbetonmischung so viel Zugabewasser (220), Schaumbildner (232) und Bindemittel (212) umfasst, so dass die Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie (214) ein dichtes Korngerüst ausbilden.

12. Hochdeformierbares Schaumbetonprodukt (260, 310, 410), insbesondere vorgesehen zur Verwendung unter Tage, hergestellt mit einer Schaumbetonmischung, welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.

13. Hochdeformierbares Schaumbetonprodukt (260, 310, 410) nach Anspruch 12, wobei das hochdeformierbare Schaumbetonprodukt (260, 310, 410) bei 60% Verformung eine entsprechende Druckspannung von weniger als 350% der Mindestdruckfestigkeit zeigt.

14. Verwendung eines hochdeformierbaren Schaumbetonproduktes (260, 310, 410) nach Anspruch 12 oder 13 im Tunnelbau oder im Bergbau oder in einem Schutzbauwerk.

15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei das hochdeformierbare Schaumbetonprodukt (260, 310, 410) ein balkenförmiges oder plattenförmiges Stauchelement oder ein Tübbing-Element ist.