DD147606A3

DD147606A3 - Silikatbetonmischungen fuer grossformatige bewehrte silikatbetonelemente

Info

Publication number: DD147606A3
Application number: DD78208931A
Authority: DD
Inventors: Goetz Kneschke; Juergen Gottschalk; Alexander Rosenbaum; Gerhard Kretschmer; Hansjoachim Kuehn; Hans-Joachim Gruner; Gerd Kuehne
Original assignee: Goetz Kneschke; Juergen Gottschalk; Alexander Rosenbaum; Gerhard Kretschmer; Hansjoachim Kuehn; Gruner Hans Joachim; Gerd Kuehne
Priority date: 1978-11-08
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1981-04-15
Also published as: SE446333B; CS259002B1; NL7907038A; DE2936354A1; SE7909234L; ATA597879A; AT378172B

Abstract

Die Erfindung betrifft Selikatbetonmischungen und daraus hergestellte Silikatbetone,insbesondere fuer einen hydrothermal gehaerteten dichten Silikatbeton fuer groszformatige Bauelemente. Die Erfindung bezweckt die rezepturmaeszige Kennzeichnung der Bindemittel-und Zuschlagkornkomponente sowie eines chemischen Zusatzmittels fuer die Erzielung einer vollstaendigen Bewehrungsumhuellung und Verhinderung von Riszbildungen bei einem wirksamen Verdichtungsverhalten der frischen Silikatbetonmischung.Durch die Erfindung werden Silikatbetonmischungen offenbart,die bei minimalem Anmachwasserbedarf zu einem Betongefuege dichtester Packung der Feststoffkomponenten im Frischbeton und zu minimaler offener Porositaet bei kleinsten Porenabmessungen im autoklav-gehaerteten Silikatbeton fuehren und vor allem qualitaetsgerecchte groszformatige, bewehrte Betonelemente ermoeglichen. Anwendungsgebiet ist das Bauwesen.

Description

Titel der Erfindung

Silikatbetonmischungen für großformatige bewehrte Silikat-

betoneiemente ·

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Silikatbetonmischungen für hydrothermal gehärteten dichten Silikatbeton für großformatige bewehrte Bauelemente.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt, daß Mischungen für dichten Silikatbeton aus 6„0 - 12 j, 5 % Branntkalk mit einem CaO-Gehalt ^ 80 % 6„7 - 14,0 % Quarzsand gemahlen mit einem SiOp-Gehalt ^: 90 % 73»5 - 87,3 % Quarzsand 0 - 4 mm

13,5 - 18,0 % Wasser

hergestellt werden (WP 106 521)_e Anstelle des Branntkalkes kann auch Kalkhydrat eingesetzt werden, bzw* ein Teil des Branntkalkes oder Kalkhydrat kann durch Zement ersetzt werden. Üblicherweise liegt dabei der gemahlene Quarzsand in einer Feinheit von ~ 2000 cm /g nach Blaine vor* Es ist nach WP 126 973 weiter bekannt, daß Silikatbetonmischungen besonders für großformatige Bauelemente grenzflächenaktive Substanzen, vorzugsweise wasserunlösliche Carbonsäuren, enthalten, die unter anderem das Ablöschen des Brannt- kalkes verzögern, den Anmachwasserbedarf reduzieren bzw· die Frischbetonkonsistenz verbessern» Zusätzlich wird die Verwendung von feinem Quarzsand mit einer spezifischen Oberfläche

von 3000 bis 5000 cm /g nach Blaine und bestimmten Mengenanteilen vorgeschlagene Diese Aussage ist noch unbefriedigend, da sie zur erforderlichen Kornverteilung des Zuschlagsandes

und der für eine bestimmte Betongüte erforderlichen Kalkmenge in keiner Beziehung steht·

In der Offenlegungsschrift der BRD 1 646 966 wird ein grober Zuschlagstoff mit einer maximalen Korngröße von 3 mm beanspruchte Bei größeren Anteilen an Zuschlagstoffen sei es vorteilhaft, der gesamten Kalksandmischung 1-10 Masse-%, bezogen auf die gesamte Mischung, montmorillonit- oder kaolinhaltige Minerale, vorzugsweise Betonit, zuzusetzen. Derartige mineralische Zusätze sind jedoch nicht angetan, als Mischungskomponenten für rißfreie großformatige Bauelemente zu gelten, da sie für eine bestimmte Betonkonsistenz zur Vibrationsverdichtung eine wesentlich erhöhte Anmachwassermenge beanspruchen und dadurch zur Rißbildung während der Autoklavhärtung führen, eine maximale Korngröße für den Zuschlagstoff von 3 mm wird auch in der Offenlegungsschrift der BRD 2 052 262 beansprucht. Im WP der DDR 90 718 werden ebenfalls relativ feine Zuschlagstoffe ,mit einem Körnungsmodul von 1,8 und 2,1 angegeben. Un~ ter diesem Körnungsmodul wird die Summe nachstehender prozentualer Siebrückstände, geteilt durch 100 Prozent, verstanden:

Siebrückstände für die Siebreihe 8,0; 4,0; 2,0; 1,0; 0,5;

0,25; 0,09 mm Siebrückstände in %

Körnungsmodul = —— ————— —-——-——

100 %

Unter großformatigen Bauelementen wird beispielsweise eine Größe von 6,0 χ 3»0 χ 0,2 m verstandene Eine derartige Elementgröße erfordert jedoch umfassende Maßnahmen, um die Rißbildung während der Verdichtung und vor allen Dingen während der hydrothermalen Härtung und Abkühlung gänzlich auszuschließen und die Bewehrungsumhüllung über den gesamten EIeme nt querschnitt zu garantieren«, Die letztere Bedingung ist zur Vermeidung der Korrosion des Bewehrungsstahles von großer Bedeutung»

Es ist folglich nicht möglich, Rezepturen der klassischen Kalksandsteinerzeugung für die Herstellung großformatiger Silikatbeton-Bauelemente zu verwenden» Dabei ist von besonderer Bedeutung die Quarzsandfeinheit im Bindemittel mit üblicherweise — 2000 cm /g nach Blaine und die des Zuschlagsandes von üblicherweise 0-1 mm, die nicht den Anforderungen für die Herstellung großformatiger, qualitätsgerechter Bauelemente der Betonquali'.ät B 4OO und B 500 entsprechen, un~

abhängig von der Bindersand- und Kalkmenge.

In den meisten Fällen wird ein Bindemittel, bestehend aus gemahlenem Sand und Kalk, überhaupt nicht verwendet* Die Schwierigkeit der Herstellung großformatiger Silikat bet onelemente kommt weiterhin in der Tatsache zum Ausdruck, daß gegenüber frischem Zementbeton für die Bibroverdichtung von Silikatfrischbeton bei vergleichbarer Konsistenz eine wesentlich höhere Verdichtungsenergie erforderlich ist, die an der Leistungsgrenze technischer Schwingtische liegt. Die Verdichtungsenergie kann durch einen höheren Anmachwassergehalt reduziert werden» Diese Maßnahme führt aber au einer hohen Rißanfälligkeit und zu einem minderwertigen Betongefüge des Elementes.

Ziel der-Erfindung

Die Erfindung bezweckt die Herstellung von Silikatbetonmischungen für großformatige bewehrte Silikatbetonelemente, insbesondere für einen hydrothermal gehärteten dichten Silikatbeton unter Ausschluß von Rißbildungen sowie vollständiger Bewehrungsumhüllung bei wirksamen Verdichtungsverhalten der frischen Silikatbetonmischungen»

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Silikatbetonmischungen im Sinne einer Zuordnung der Feinheit und Menge der Bindemittelkomponenten Quarzsand und Branntkalk und/oder Kalkhydrat zur Feinheit und Menge des Zuschlagsandes, vorzugsweise der Betongüte B 200 bis B 500, vorzuschlagen und die dabei erforderlichen Verdichtungs- und Härteparameter zu benennen.

Es wurde gefunden, daß für eine bestimmte Betongüte die Silikatbetonmischung aus ihren Feststoffkomponenten Bindemittel, bestehend aus gemahlenem Quarzsand 5^3000 cm /g spezifische Oberfläche nach Blaine und Kalk, vorzugsweise Branntkalk und/oder Kalkhydrat mit einem Siebrückstand bei 0,090 mm von ^=. 10 Masse-%, und Zuschlagkorn, vorzugsweise Quarzsand und/oder kieselsäurereiche Schlacke, wie nachfolgend beschrieben derartig zusammengesetzt wird, daß ein minimaler Quarzeinsatz im Bindemittel, dessen Menge von der Quarzsandfeinheit festgelegt ist und diese·Quarzsandmenge/Quarzsand-

feinheits-BeZiehung wiederum die untere Grenze des Kalkeinsatzes im Bindemittel bestimmt, angesetzt wird» Im Diagramm 1 sind die Bindemittelzusammensetzungen der Silikatbetonmischungen für die Betongüte B 200 bis B 500 angegeben* Gemahlener Quarzsand als Bindemittelkomponente genügt erst dann den beschriebenen Anforderungen für ein großformatiges Silikatbetonelement, wenn seine spezifische Oberfläche nach Blaine >: 3000 cm /g beträgt« Dabei ist es von ausschlaggebender Bedeutung, daß einer bestimmten Quarz3andfeinheit eine bestimmte Quarzsandmenge zugeordnet werden muß, wie aus Diagramm 1 ersichtlich ist. Der entsprechende Kalkanteil, ausgewiesen als CteOi.^ bzw* ungebundenes CaO, ist in der vorgegebenen Quarzsandmenge/Quarzsandfeinheit-Beziehung unverändert ο Üblicherweise wird gemahlener Branntkalk und/oder Kalkhydrat mit einem Siebrückstand von — 10 Masse-% bei 0,09 mm verwendet, wobei der Branntkalk vor der Herstellung des Frischbetons vorteilhafterweise zu 60 bis 90 Masse-% mit Wasser teilabgelöscht wird, um unter anderem eine ausreichend lange Verarbe it barkeit des Frischbetons zu gewährleisten.. Die Quarzmenge und Kalkmenge sind nur so hoch angesetzt, daß sie im Silikatbeton die entsprechende Betongüte erfüllen. Die Ausführungen beziehen sich auf einen bestimmten, jedoch üblichen chemischen Reinheitsgrad der Bindemittelrohstoffe für Quarzsand — 70 Masse-% ungebundenes SiOp und für Branntkalk und/oder Kalkhydrat S: 85 Masse-% freies bzw* aktives GaO, bezogen auf hydratwasserfreien Kalk.

Nach sorgfältiger Einhaltung der Bindemittelzusammensetzung in den Grenzen der vorgegebenen chemischen Reinheit sind für das Zuschlagkorn Begrenzungen des Körnungsbereiches notwendig um eine Feststoffmischung für die Frischbetonherstellung zu gewinnen, die bei einer gegebenen Frischbetonkonsistenz den geringsten Anmachwasserbedarf beansprucht, das Yerdichtungsverhalten besonders im Hinblick auf die Bewehrungsumhüllung verbessert und ein maximal dichtes Betongefüge ohne Risse nach der hydrothermalen Härtung ergibt* Als Zuschlagkorn kommt Sand oder kieselsäurereiche Schlacke zum Einsatz, dessen maximale Korngröße zvd.sch.en 4,0_#und 16,0 'mm, vorzugswei·= se 8jO mm, liegt und einem Körnungsbereich, ausgedrückt als Körnungsmodul, von 3*1 bis 4?2 umfaßt, wie es im Diagramm 2 dargestellt isto

Der Anmachwassergehalt·ist nach Diagramm 2 über den gesamten Bereich, des angegeb.enen Körnungsinoduls um etwa 0,5 - 1_s0 Masse-% weiter zu senken, wenn mit bekannten chemischen Zusätzen, die als Verflüssiger für Silikatbeton wirken, gearbeitet wird. Als besonders günstig hat sich ein Carbonsäuregemisch mit einer Kettenlänge von C. - Cg erwiesen, das durch Verseifung mittels IaOH wasserlöslich gemacht wurde, so daß eine schnellere Wirksamkeit beim Mischen des Frischbetons erreicht wird β

Die komplexen Maßnahmen der Feinheits- und Mengenbeziehung zwischen dem Bindemittel an sich sowie zwischen Bindemittel und Zuschlagkorn und dem Einsatz bestimmter chemischer Zusätze ergibt Silikatbetonmischungen, die zu einem Frisch«- und Fertigbeton für großformatige Betonelemente mit den genannten Vorteilen führen.

Derartig vorgeschlagene Silikatbetonmischungen werden, mit V/asser in einem Mischer zu Frischbeton angemacht, unter Vi-= toration zu großformatigen Betonelementen verarbeitet. Durch die gezielte Einstellung der Rezepturkomponenten wird es möglich, den Frischbeton nach Diagramm 3 mit üblicherweise vor« handenen technischen Vibrationseinrichtungen so zu verdichten, daß unter Erreichung einer völligen Bewehrungsumhüllung ein maximal dichtes Betongefüge erreicht wird. In jedem Fall sind die Vibrationsparameter über der in Diagramm 3 aufgezeigten Grenzkurve einzuhalten, um fehlerfreie großformatige Betonelemente zu erhalten» Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß zwischen einer Frequenz von 35 Hz bis 60 Hz bei einer Beschleunigung von 4*5 g his 5,0 g ein besonders ökonomischer Bereich für die Vibroverdichtung von Silikatbetonmischungen für großformatige Betonelemente liegt, wobei jedoch die vorgeschlagenen Zusammensetzungen der Silikatbetonmiachungen eingehalten werden müssen.»

Die Härtung des verdichteten frischen Silikatbetongemisches erfolgt in einem Autoklaven bei Temperaturen um 184° C

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an nachstehenden Beispielen erläutert werden:

Beispiel 1

Herstellung einer Silikatbetonmischung für einen Silikatbeton der Betongüte B 300

Das Bindemittel, bestehend aus den gemahlenen Komponenten Branntkalk und Quarzsand, setzt sich nach dem Diagramm 1 aus 5,5 Masse-% ^Ga-⁰ _&y^±_v ^bzWe ?»? Masse-% Branntkalk zu 80 Masse-% mit Wasser teilabgelöscht bei einem CaO-Gehalt des Branntkalkes von 90,2 Masse-% und 8,0 Masse~% Quarzsand mit einer spezifischen Oberfläche von 3500 cm /g nach Blaine zusammen, so daß eine Bindemittelmenge von insgesamt 15,7 Masse-% erhalten wirdo Die Differenz zu 100 Masse-% Feststoff der Silikat bet dnmischung von 84,3 Masse-% besteht aus Zuschlagsand eines Körnungsmoduls.von 3»52_O Das Anmachwasser beträgt 8,4 Masse~%, bezogen auf 100 Masse-% Feststoff, Damit wird eine Frischbetonfließfähigkeit erreicht, die für eine Bewehrungsumhüllung ausreicht, jedoch nicht zu niedrig ist, um Rißbildung im gehärteten Beton zur Folge zu haben.

Die Vibration der großformatigen Elemente nach Beispiel 1 erfolgt nach Diagramm 3 bei einer Frequenz von 40 Hz und einer Beschleunigung von 4,8 g* Die Bewehrung ist vollkommen umhüllt« Nach der Autoklavhärtung mit einem Härteregime 3 h Aufheizung, 4 h isotherme Haltezeit bei 184 ⁰C und 3 h Senkung des Druckes im Autoklaven sowie einer entsprechenden Abkühlung wird ein rißfreier Beton mit einer Druckfestigkeit

2

von 32,5 K/mm erhalten«

In gleicher Weise werden Silikatbetonmischungen nach den Diagrammen 1, 2 und 3 für die Betongüte B 200, B 400 und B zusammengestellt· 35. ' · Beispiel 2

Die Herstellung einer Silikatbetoimiisehung nach Beispiel 1 enthält zusätzlich beim Anmachen mit .'Wasser im Mischer eine. Zugabe einer grenzflächenaktiven Substanz PC-Säure DF~wasserlöslich, eines Carbonsäuregemisches der Kettenlänge C_A - Or»

Die Zugabemenge beträgt 0,05 Masse~%, bezogen auf 100 Masse-% Feststoff der Silikatbetomnischung«. Durch die Zugabe dieser grenzflächenaktiven Substanz kann die Anmachwassermenge bei gleicher Frischbetonkonsistenz nach Beispiel 1 von 8,4 Masse-% auf"7,9 Masse-% reduziert werden» Bei vollständiger Bewehrungsiffiihüliung nach der Vibrationsverdichtung und der Autoklavhärtung gemäß Beispiel 1 wird ein rißfreier Beton mit einer Druckfestigkeit von 34,5 N/mm erhaltene Die wasserlösliche PG-Säure DP wird erhalten, wenn 400 g HaOH (fest) in 1000 ml V/asser vorsichtig gelöst und danach 1200 ml PG-Säure DF unter ständigem Rühren in die heiße Natronlauge hinzugegeben wird.

Diese Silikatbetonmischung benötigt einerseits unter Zugabe bestimmter grenzflächenaktiver Substanzen den geringstmögliehen Anmachwasserbedarf bei einer bestimmten Frischbeton·» konsistenz, und andererseits führen sie zu einem Betongefüge dichtester Packung der Feststoffkomponenten bereits bei der Verdichtung des Frischbetons und zu minimaler offener Porosität bei kleinsten Porenabmessungen im autoklavgehärte~

20 ten Silikatbeton*

Beispiel 3

Zwei Silikatbetonmischungen für eine Betongüte B 300 werden nach üblichen Rezepturen zusammengestellts

Rezepturkomponente

Silikatbeton- Silikatbetonmiagjmng _ 1 mi_s_chuiig_2

Bindemittel

Quarzsandfeinheit / cnr/g /nach Blaine	2000	2000
Quarzsandmenge/ Masse-% /	9,7	9,7
^GaOaktiv / Masse-% /	6,3	6,3
entspricht
Branntkalk 80 % teilabgelöscht / Masse-% /	8,9	8,9
Zuschlagsand
Zuschlagsandmenge / Masse-% /	81,4	81,4
Körnungsmodul	2,52	3,52
Anmachwasserbedarf
/_ Masse-% /	10,2	9,3

Unter Einhaltung einer Frischbetonkonsistenz, die eine'Bewehrungsumhüllung gewährleistet, ist für die Silikatbetonrai« schung 1, die sich, von der Silikatbetonmischung 2 nur durch einen niedrigeren Körnungsmodul des Zuschlagsandes unterscheidet_f ein hoher Anmachwasserbedarf von 10,2 Masse-% erforderliche Durch einen höheren Körnungsmodul (Mischung 2) wird der Anmachwasserbedarf auf 9»3 Masse~% reduziert. Die Bewehrungsumhüllung ist unter den ¥ibrationsbedingungen 60 Hz und 6,4 g für die Silikatbetonraischung 1 und 2 erreicht« Nach einer Autoklävhärtung mit dem Härteregime 3 h Aufheizung, 4 h isotherme Haltezeit bei 184 ⁰G und 3 h Abkühlung sind die großformatigen Elemente der Abmessung 6,0 χ 3»0 χ 0,2 m durch eine große Anzahl von Rissen durchzogene Das Betorigefüge ist nicht ausreichend dicht, und die Druckfestigkeit des Betons beträgt 25,0 N/mm „ Es ist folglich nicht möglich, großformatige Betonelemente aus Silikatbetonmischungen üblicher Rezeptur herzustellen« Auf keinen Fall gelingt die Herstellung der Betonqualität B 4Ö0 und B 500, wenn die Bindersandfeinheit

2 -^3000 cm / nach Blaine beträgt, unabhängig von der Bindersand«- und Kalkmenge ₀

Die Vorteile bestehen folglich darin, daß mit dem beschriebenen Verfahren großformatige bewehrte Betoneleraente herstellbar sind, die einerseits rißfroi sind und die Bewehrung vollständig um~ hüllen, andererseits die Betonqualitäten B 400 und B 500 erfüllen«

Claims

Erfindungsanspruch

1. Silikatbetonmischungen für hydrothermal gehärteten dichten Silikatbeton für großformatige bewehrte Bauelemente der Betongüte B 200 bis B 500, bestehend aus gemahlene ta Quarzsand and Kalk als Bindemittel sowie gröberem Quarzsand mit einem Körnungsmodul zwischen 3»1 und 4,2 als Zuschlagstoff und Wasser, gekennzeichnet dadurch, daß die Menge der Bindeinittelkomponenten Quarzsand und Branntkalk, vorzugsweise zu 60 bis 90 Massel mit V/asser teilabgelöscht und/oder Kalkhydrat, für den Quärzsand der Feinheit 3000 cm²/g bis 10 000 cm²/g nach Blaine zwischen 3,0 und 11,5 Mas se-^ bei einem CaO .... -Gehalt von 4,0 bis 7,8 Massel liegt·

2, Silikatbetonmischung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Betongüte B 200 die gemahlene Quarzsandmenge zwischen 6^0 und 7,0 Masse-%, vorzugsweise 6,6 Masse-%, bis 3fO und 4,0 Masse~$, vorzugsweise 3»7 Masse-%, bei einem CaO ,.. -Gehalt von 4,0 bis 4,5 Masse-%, vorzugsweise 4,2 Masse-f&j liegt»

3e Silikatbetonmischung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Betongüte B 300 die gemahlene Quarzsandmenge . zwischen 8,0 und 9?Q Masse-%, vorzugsv/eise 8,3 Masse-%, bis 4,0 und 5» O Masse-%, vorzugsweise 4,5 Massel,bei einem CaO_ak1__iv~Gehalt von ^>_t3 bis 5,8 Masse-%, vorzugs?/eise 5,5 Massel liegt«,

4» Silikatbetonmischung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Betongüte B 400 die gemahlene Quarzsandmenge zwischen 9?5 und 10,5 Masse-%, vorzugsweise 9?9 Masse-%, bis 5»5 und 6,3 Masse-%, vorzugsweise 5,8 Massel bei einem CaO_aktiv-Gehalt von 6_?1 bis 6,6 Masse-%, vorzugsweise 6,3 Massel, liegt.

5» Silikatbetonmischung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Betongüte B 500 die gemahlene Quarzsandmenge zwischen 10,5 und 11,5 Masse-^, vorzugsweise 11,0 Masse-%, bis 6,5 und 7_S5 Massel, vorzugsweise 7_SO Masse-^, liegt.

6» Silikatbetoninischiaig nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß 0,005 Masse~% bis 0,10 Masse-%, vorzugsweise 0,05 Mas- se-% bezogen auf 100-Masse-% Peststoff, grenzflächenaktive Substanz, vorzugsweise ein durch Neutralisation wasserlöslich gemachtes Carbonsäuregemisch der Kettenlänge C. bis CV im Anraachwasser enthalten ist ο

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In Betracht gezogene Druckschriften: DD-PS 126973, C 04 B,15/06