DE102007007421B4 - Mixture usable as aggregate for concrete - Google Patents
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Abstract
Stoffgemisch verwendbar als Zuschlagmittel für Beton, enthaltend: a) 1–8% Xanthan Gum b) 1–6% scheinviskose Verdicker, wasserhaltend c) 2–10% Verflüssiger d) 20–50% Kunstharz, zementverträglich e) 0,1–3% Schaumbildner f) 30–70% Erhärtungs-Beschleuniger g) 0,2–4 % Konservierungsmittel wobei das Gesamtgewicht aus allen Komponenten des Stoffgemischs 100 Gew.-% ergeben muss.Substance mixture usable as aggregate for concrete, containing: a) 1-8% xanthan gum b) 1-6% viscous thickener, water-retaining c) 2-10% plasticizer d) 20-50% synthetic resin, cement-compatible e) 0,1-3 % Foaming agent f) 30-70% hardening accelerator g) 0.2-4% preservative whereby the total weight of all components of the mixture must be 100% by weight.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stoffgemisch für aushärtende Baustoffe, insbesondere Beton.The present invention relates to a mixture of thermosetting building materials, in particular concrete.
Im Zuge der zunehmenden Industrialisierung in vielen Ländern der Welt und einem sich ständig steigernden Mobilitätsbedürfnis der Menschen, kommt dem Straßen- und Wegebau eine immer größere Bedeutung zu.In the course of increasing industrialization in many countries of the world and a constantly increasing need for mobility of the people, the road and road construction is becoming increasingly important.
Das gängigste Straßenbaumaterial ist Bitumen. Bitumen hat den Vorteil, dass es flexibel genug ist um mit dem Untergrund etwas mitzugehen, so dass die damit gebauten Straßen keine Risse und/oder Kantenvorsprünge bekommen. Darüber hinaus erweist sich ein Bitumenbelag als ausgesprochen abriebfest, so dass Straßen mit einem Bitumenbelag lange halten.The most common road building material is bitumen. Bitumen has the advantage that it is flexible enough to go with the ground something, so that the roads built with it get no cracks and / or edge projections. In addition, a bitumen coating proves to be extremely resistant to abrasion, so that roads with a bituminous coating last a long time.
Der Nachteil von Bitumen ist sein hoher Preis und die mangelnde Verfügbarkeit dieses Erdölderivats in vielen Teilen der Erde. Zusätzlich ist Bitumen aufgrund seiner mangelnden Hitzebeständigkeit in vielen Ländern der südlichen und fernöstlichen Hemisphäre ein für den Straßenbau nicht geeignetes Baumaterial.The disadvantage of bitumen is its high price and lack of availability of this petroleum derivative in many parts of the world. Additionally, because of its lack of heat resistance, bitumen is a non-road building material in many countries of the southern and eastern hemisphere.
Ein zum Bitumen alternatives Straßenbaumaterial ist der Beton. Beton ist ein im Vergleich zu Bitumen wesentlich preiswerteres Material und die für eine Betonmischung benötigten Materialien Zement, Wasser und ein Füllstoff wie zum Beispiel Sand sind in weiten Teilen der Erde zumindest leichter verfügbar als Bitumen. Zusätzlich wird Beton auch bei extremer Sonneneinstrahlung nicht weich. Um Straßen aus Beton bauen zu können, muss der Untergrund unter einer Betonplatte sehr fest sein. Andernfalls zerbrechen Betonplatten entweder oder sie setzen sich lokal, so dass es zu Kantenvorsprüngen kommt, die sowohl für die Automobile als auch für deren Fahrer eine extreme Belastung darstellen.An alternative to bitumen road construction material is the concrete. Concrete is a much cheaper material than bitumen, and the materials needed for a concrete mix cement, water and a filler such as sand are at least more readily available than bitumen in many parts of the world. In addition, concrete does not soften even in extreme sunlight. In order to build concrete roads, the subsoil under a concrete slab must be very strong. Otherwise, concrete slabs either break or settle locally, resulting in edge protrusions that put extreme strain on both the automobile and its driver.
Die Verfestigung des Untergrunds ist ein sehr aufwendiges Verfahren, bei dem in der Regel der gewachsene Untergrund durch ein verdichtbares Material wie zum Beispiel Sand ersetzt werden muss.The solidification of the substrate is a very complex process, in which usually the grown substrate must be replaced by a compressible material such as sand.
Dieses Problem tritt nicht nur beim Straßenbau sondern ganz generell in der Bauindustrie, die Beton verarbeitet, auf.This problem occurs not only in road construction but more generally in the construction industry that processes concrete.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt Beton mit Zusatzstoffen so flexibel zu machen, dass er möglichst die Flexibilität von Bitumen erreicht.There has therefore been no lack of attempts to make concrete with additives so flexible that it achieves the flexibility of bitumen as possible.
Aus
Das Stoffgemisch besteht hauptsächlich aus zwei Komponenten, wovon die eine Komponente vorwiegend aus Chloridsalzen besteht und die andere Komponente ein Alkalisilikat (Wasserglas), vorzugsweise Natriumsilikat, ist. Die beiden Komponenten werden vorgemischt und dann der Betonmischung aus Zement, Wasser und Sand zugemischt, um sie dann zum Beispiel zum Straßenbau zu verwenden.The substance mixture consists mainly of two components, of which one component consists predominantly of chloride salts and the other component is an alkali metal silicate (water glass), preferably sodium silicate. The two components are premixed and then added to the concrete mix of cement, water and sand for use in road construction, for example.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die beiden Komponenten des Stoffgemisches schon während des Vormischens miteinander reagieren und das Silikat bereits erhärtet, bevor es mit der Betonmischung in Kontakt kommt, so dass die eigentliche Wirkung dieses Stoffgemisches in dem Betongemisch begrenzt ist.This process has the disadvantage that the two components of the mixture already react with each other during premixing and the silicate already solidifies before it comes into contact with the concrete mixture, so that the actual effect of this mixture is limited in the concrete mixture.
Darüber hinaus ergeben sich noch einige Probleme dadurch, dass Wasserglas als gefährliche Substanz eingestuft wird und deshalb nur unter Verwendung von Handschuhen, einer Schutzbrille und einer Schürze verarbeitet werden darf und entsprechende Sicherheitsvorkehrungen bei dessen Transport getroffen werden müssen.In addition, there are still some problems in that water glass is classified as a dangerous substance and therefore may only be processed using gloves, goggles and apron and appropriate security precautions must be taken during its transport.
Die
Es stellte sich deshalb die Aufgabe, ein ungefährliches, für die Umwelt unbedenkliches Stoffgemisch zu finden, das die Flexibilität des Betons erhöht und das Schwinden der Betonmischung beim Aushärten reduziert. Das Stoffgemisch soll sich weiterhin auch als Zementzusatzstoff oder als Stoffgemisch für andere Bindemittel eignen. Das Stoffgemisch soll möglichst gute Transportfähigkeiten aufweisen und es soll ermöglichen, das Füllstoffe in der Betonmischung verwendbar sind, die bisher als Zementgifte galten.It was therefore the task of finding a safe, environmentally friendly mixture of substances, which increases the flexibility of the concrete and reduces the shrinkage of the concrete mixture during curing. The mixture should continue to be suitable as a cement additive or as a mixture for other binders. The composition should have the best possible transport capabilities and it should allow the fillers are used in the concrete mix, which were previously considered cement poisons.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines Stoffgemischs gelöst, das enthält:
- a) 1–8% Xanthan Gum
- b) 1–6% scheinviskose Verdicker, wasserhaltend
- c) 2–10% Verflüssiger
- d) 20–50% Kunstharz, zementverträglich
- e) 0,1–3% Schaumbildner
- f) 30–70% Erhärtungs-Beschleuniger
- g) 0,2–4% Konservierungsmittel
- a) 1-8% xanthan gum
- b) 1-6% viscous thickener, hydrous
- c) 2-10% liquefier
- d) 20-50% synthetic resin, cement compatible
- e) 0.1-3% foaming agent
- f) 30-70% hardening accelerator
- g) 0.2-4% preservative
Die folgende spezielle Zusammensetzung hat sich als ausgesprochen günstig erwiesen:
- a) 1–8%, vorzugsweise 4% Xanthan Gum
- b) 1–6%, vorzugsweise 3% scheinviskose Verdicker, wasserhaltend
- c) 2–10%, vorzugsweise 5% Verflüssiger
- d) 20–50%, vorzugsweise 35% Kunstharz, zementverträglich
- e) 0,1–3%, vorzugsweise 1% Schaumbildner
- f) 30–70%, vorzugsweise 50% Erhärtungs-Beschleuniger
- g) 0,2–4%, vorzugsweise 2% Konservierungsmittel
- a) 1-8%, preferably 4% xanthan gum
- b) 1-6%, preferably 3%, viscous thickener, water-retaining
- c) 2-10%, preferably 5% liquefier
- d) 20-50%, preferably 35% synthetic resin, cement compatible
- e) 0.1-3%, preferably 1% foaming agent
- f) 30-70%, preferably 50% hardening accelerator
- g) 0.2-4%, preferably 2% preservative
Als scheinviskose Verdicker hat sich das wasserhaltende Johannisbrotkernmehl als günstig erwiesen. Xanthan Gum und Johannisbrotkernmehl haben synergistische Wirkungen, da sie beide eine scheinviskose Wirkung auf den mit dem Hilfsstoff zu mischenden Beton haben. Zusammen mit dem Verflüssiger, vorzugsweise Polycarboxylether (als Pulver) ist das Betongemisch dennoch sehr dünn und fließfähig. Xanthan Gum und Johannisbrotkernmehl können auch durch Methylcellulose ersetzt werden.As a viscous thickener, the water-containing locust bean gum has proved favorable. Xanthan Gum and locust bean gum have synergistic effects, as they both have a viscous effect on the concrete to be mixed with the excipient. However, together with the plasticizer, preferably polycarboxylic ether (as a powder), the concrete mix is very thin and free-flowing. Xanthan Gum and locust bean gum can also be replaced with methylcellulose.
Weiterhin wird das zementverträgliche Kunstharz ebenfalls als Pulver (Dispersionspulver) beigefügt. Als Schaumbildner hat sich Hostapur OSB® als geeignet erwiesen, da dieses Micro-Poren ausbildet. Als Erhärtungs-Beschleuniger können sämtliche geeigneten Beschleuniger eingesetzt werden, vorzugsweise Calciumformiat oder Calciumchlorid. Als Erhärtungs-Beschleuniger kann aber auch Tonerde-Schmelzzement verwendet werden, da auch dieser zu einer exothermischen Reaktion führt, die den Normalzement in der Abbindung beschleunigt. Thor® Konservierer ist besonders gut als Konservierungsmittel verwendbar.Furthermore, the cement-compatible resin is also added as a powder (dispersion powder). Hostapur OSB ® has proven to be suitable as a foaming agent because it forms micro-pores. As hardening accelerator it is possible to use all suitable accelerators, preferably calcium formate or calcium chloride. However, alumina-enamel cement can also be used as a hardening accelerator since this also leads to an exothermic reaction which accelerates the normal cement in the setting. Thor ® preservative is particularly useful as a preservative.
Bevorzugt kann zusätzlich als synthetischer Latex® ein Polystyrol-Butadien Copolymerlatex, als Erdalkalimetallformiat Kalciumformiat und als Konservierungsmittel 2-n-Octyl-4-Isothiazolinon-3-one, gelöst in Propylenglykol eingesetzt werden.Preference may additionally be given as synthetic latex ® a polystyrene-butadiene copolymer latex, as alkaline earth metal formate calcium formate and as a preservative 2-n-octyl-4-isothiazolinone-3-ones, dissolved in propylene glycol.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Betonmischung, enthaltend:
- a. 0,01–0,5 kg, vorzugsweise 0,05–0,1 kg des erfindungsgemäßen Stoffgemischs pro kg Zement,
- b. Zement,
- c. Füllstoff
- d. gegebenenfalls Wasser,
- a. 0.01-0.5 kg, preferably 0.05-0.1 kg of the mixture according to the invention per kg of cement,
- b. Cement,
- c. filler
- d. optionally water,
Die erfindungsgemäße Betonmischung wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass der Zement, der Füllstoff und gegebenenfalls das Wasser miteinander vermischt werden und danach das erfindungsgemäße Stoffgemisch hinzugefügt wird. Jede andere Reihenfolge der Vermischung der Komponenten ist auch möglich.The concrete mixture according to the invention is preferably prepared by mixing the cement, the filler and optionally the water with each other and then adding the substance mixture according to the invention. Any other order of mixing the components is also possible.
Die erfindungsgemäße Betonmischung ist scheinviskos, sie ist also stabilviskos und nicht fließfähig, solange keine Bewegungsenergie hinzugefügt wird. Wird die Betonmischung allerdings gepumpt oder in eine Schalung eingerüttelt, wird sie zunehmend fließfähig und bildet somit auch keine Löcher aus, die die Biegezug- und Druckfestigkeit herabsetzen oder zu optischen Nachteilen führen. The concrete mixture according to the invention is viscous, so it is stable viscous and not flowable, as long as no kinetic energy is added. However, when the concrete mixture is pumped or shaken into a formwork, it becomes increasingly flowable and thus does not form any holes that reduce the flexural and compressive strength or cause optical disadvantages.
Der erfindungsgemäße Beton hat ein sehr gutes Wasserhaltevermögen, was dazuführt, dass der Beton auch bei heißen und sehr trockenen Bedingungen eine optimale Härte erreicht.The concrete of the invention has a very good water retention capacity, what dazuführt that the concrete reaches optimum hardness even in hot and very dry conditions.
Weiterhin ist von Vorteil, dass Xanthan Gum und Johannisbrotkernmehl die Bildung von Wassereiskristallen bis –200°C verhindern, so dass der Beton auch bei Minustemperaturen verarbeitet werden kann. Auch bei sehr niedrigen Temperaturen bleibt der Beton physikalisch beständig, schwindet nicht und wird auch nicht brüchig oder spröde.Furthermore, it is advantageous that xanthan gum and locust bean gum prevent the formation of water ice crystals down to -200 ° C, so that the concrete can be processed even at minus temperatures. Even at very low temperatures, the concrete remains physically stable, does not shrink and does not become brittle or brittle.
Als Füllstoff kann nahezu jedes Material verwendet werden, dass im Bereich der Baustelle bzw. des Einsatzgebietes zur Verfügung steht. Insbesondere eignen sich Schotter, Erde, Sand oder auch aufgebrochener Asphalt. Die erfindungsgemäße Betonmischung wird vor Ort angemischt, nach Zugabe von Wasser wird die Mischung begradigt und mit so genannten Vibprowalzen verdichtet. Nach sehr kurzer Härtungszeit kann dann nach Bedarf eine Verschleißschicht aus Asphalt aufgezogen werden, auf diese kann aber auch, beispielsweise für Wirtschaftswege, verzichtet werden.As a filler almost any material can be used that is available in the field of construction site or field of application. In particular, gravel, soil, sand or broken asphalt are suitable. The concrete mixture according to the invention is mixed on site, after addition of water, the mixture is straightened and compacted with so-called Vibprowalzen. After a very short curing time, a wear layer of asphalt can then be applied as needed, but it can also be dispensed with, for example for farm roads.
Xanthan Gum und Johannisbrotkernmehl können auch durch Methylcellulose ersetzt werden.Xanthan Gum and locust bean gum can also be replaced with methylcellulose.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von Baumaterialien, vorzugsweise Platten oder Steinen, aus der erfindungsgemäßen Betonmischung.Another object of the invention is the production of building materials, preferably plates or stones, from the concrete mixture according to the invention.
Die erfindungsgemäße Betonmischung kann zu jeder Art von Betonbau, vorzugsweise zum Straßen-, Wegebau und Befestigungsbau, eingesetzt werden, so dass ein weiterer Gegenstand der Erfindung diese Verwendung und die entsprechenden Betonbauten, vorzugsweise Straßen-, Wege-, und andere Befestigungsbeläge oder -bauten sind.The concrete mixture according to the invention can be used for any type of concrete construction, preferably for road, road construction and mounting, so that a further subject of the invention, this use and the corresponding concrete structures, preferably road, ways, and other mounting pads or structures ,
Mit dem erfindungsgemäßen Stoffgemisch lassen sich folgende Vorteile erzielen:
- – einer Betonmischung muss nur ein Hilfsstoff zugegeben werden, der nicht vorgemischt werden muss, um den Beton flexibler zu machen den Schwund beim Aushärten zu reduzieren. Dadurch reduzieren sich Fracht- und Lagerkosten. Das erfindungsgemäße Stoffgemisch ist nicht als gefährlicher Stoff klassifiziert, so dass es ohne Schutzmaßnahmen verarbeitet werden kann.
- – das erfindungsgemäße Stoffgemisch ist unbedenklich für die Umwelt,
- – eine erfindungsgemäße Betonmischung härtet sehr schnell aus,
- – mit dem erfindungsgemäßen Stoffgemisch ist es möglich, eine Betonmischung mit Füllstoffen herzustellen, die bisher als Zementgifte galten,
- – als Füllstoff in der Betonmischung können die üblichen Sande, darüber hinaus aber auch jede Art von Boden, kontaminiert oder unkontaminiert, und/oder Materialien wie Bauxit, Laterit, Vulkanasche, Bims und Asche aus Verbrennungsanlagen eingesetzt werden,
- – mit der erfindungsgemäßen Betonmischung können Baumaterialien und Betonbauteilen jeglicher Art, vorzugsweise Straßen- und Wegebeläge hergestellt werden, indem der Aushub der Baustelle und/oder sand- oder bodenartige Materialien, die im Baustellenbereich verfügbar sind, an Stelle der üblichen Füllstoffe als Füllstoff in der Betonmischung verwendet werden.
- - Only one adjuvant must be added to a concrete mixture, which need not be premixed to make the concrete more flexible in reducing shrinkage during curing. This reduces freight and storage costs. The substance mixture according to the invention is not classified as a hazardous substance, so that it can be processed without protective measures.
- The substance mixture according to the invention is harmless to the environment,
- A concrete mixture according to the invention cures very quickly,
- With the mixture of substances according to the invention it is possible to produce a concrete mixture with fillers which were previously considered cement poisons,
- - as a filler in the concrete mixture, the usual sands, but also any kind of soil, contaminated or uncontaminated, and / or materials such as bauxite, laterite, volcanic ash, pumice and ash from incinerators can be used,
- - With the concrete mixture according to the invention, building materials and concrete components of any kind, preferably road and pavement can be prepared by the excavation of the site and / or sand or soil-like materials that are available in construction sites, instead of the usual fillers as a filler in the concrete mixture be used.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Um zu überprüfen, inwieweit sich die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Elastizität und das Schwindverhalten eines Betons durch das erfindungsgemäße Stoffgemisch verändert worden sind und inwieweit die Schwindung des Betongemisches reduziert werden konnte, wurde ein Versuch mit und ohne Stoffgemischzugabe durchgeführt.In order to check the extent to which the mechanical properties, in particular the elasticity and the shrinkage behavior of a concrete have been changed by the substance mixture according to the invention and to what extent the shrinkage of the concrete mixture could be reduced, an experiment was carried out with and without mixed substance addition.
Zunächst wurde eine Betonmischung hergestellt, die wie folgt zusammengesetzt war:
- – 20 kg Zement,
- – 100 Liter Sand und
- – 5 Liter Wasser.
- - 20 kg of cement,
- - 100 liters of sand and
- - 5 liters of water.
Danach wurde diese Betonmischung im Verhältnis 1:1 geteilt und in zwei getrennte Bottiche gefüllt.Thereafter, this concrete mixture was divided in the ratio 1: 1 and filled into two separate vats.
Die eine Betonmischung wurde so belassen wie sie war, während die andere Betonmischung mit 0,1 Liter des erfindungsgemäßen Stoffgemischs vermischt wurde, das folgendermaßen zusammengesetzt war:
Anschließend wurden die erfindungsgemäße Betonmischung und die konventionelle Betonmischung jeweils in Holzformen mit den Maßen 50 × 20 × 1 cm (Länge; Breite; Tiefe) gegossen, worin die Betonmischung jeweils aushärtete. Es wurden jeweils 10 Platten hergestellt.Subsequently, the concrete mixture according to the invention and the conventional concrete mixture were respectively poured into wooden molds measuring 50 × 20 × 1 cm (length, width, depth) in which the concrete mixture was cured in each case. Each 10 plates were made.
Eine visuelle Beurteilung der Betonplatten ergab, dass die erfindungsgemäßen Betonplatten weniger geschwunden waren als die konventionellen Betonplatten.A visual assessment of the concrete slabs showed that the concrete slabs according to the invention had less faded than the conventional concrete slabs.
Danach wurden jeweils 10 Betonplatten in einer Prüfmaschine an der einen Breitseite fest eingespannt und an der anderen Breitseite, 45 cm von der Einspannstelle entfernt, mit einem hydraulischen Stempel so lange zunehmend belastet, bis sie brachen. Während dieses Versuches wurde jeweils die Verformung der Betonplatte optisch vermessen.Thereafter, 10 concrete slabs were firmly clamped in one testing machine on one broad side and on the other broad side, 45 cm away from the clamping point, loaded with a hydraulic ram so long until they broke. During this experiment, the deformation of the concrete slab was measured optically.
Es zeigte sich, dass die erfindungsgemäßen Betonplatten durchschnittlich eine 2,5-fach größere Verformbarkeit vor Bruch aufwiesen.It was found that the concrete slabs according to the invention averaged 2.5 times greater deformability before breakage.
Beispiel 2Example 2
Wie bereits oben erwähnt, ist es mit dem erfindungsgemäßen Stoffgemisch möglich, Substanzen als Füllstoff in Betonmischungen einzusetzen, die bisher als Zementgifte galten. Um dies zu illustrieren, wurden drei Betonmischungen hergestellt, die jeweils 20 kg Zement und 5 Liter Wasser enthielten. Als Füllstoff enthielt Mischung 1 100 Liter handelsüblichen Bausand, Mischung 2 100 Liter Mutterbodenaushub von einer Baustelle und Mischung 3 100 Liter Asche aus einer Verbrennungsanlage.As already mentioned above, it is possible with the mixture of substances according to the invention to use substances as filler in concrete mixtures which were previously considered to be cement poisons. To illustrate this, three concrete mixes were produced, each containing 20 kg of cement and 5 liters of water. As a filler mixture contained mixture 1 100 liters of commercial construction sand, mixture 2 100 liters of topsoil from a construction site and mix 3 100 liters of ash from an incinerator.
Die Betonmischungen wurden jeweils in einer Betonmischmaschine innig vorgemischt und dann jeweils in einem Bottich mit 0,1 Liter des Stoffgemischs gemäß Beispiel 1 vermischt und in die in Beispiel 1 beschriebenen Formen zu Platten gegossen, in denen die Betonmischungen aushärteten.The concrete mixtures were each intimately premixed in a concrete mixer and then each mixed in a vat with 0.1 liter of the mixture according to Example 1 and poured into the molds described in Example 1 into plates in which cured the concrete mixtures.
Eine visuelle Beurteilung von jeweils 10 der Betonplatten ergab, dass die Schwindung der Betongemische während des Aushärtens in allen Fällen gering war.A visual assessment of every 10 of the concrete slabs showed that the shrinkage of the concrete mixtures during curing was low in all cases.
Danach wurden die Platten unterschiedlichsten mechanischen Prüfverfahren wie zum Beispiel Druckfestigkeit, Verformbarkeit und Oberflächenhärte unterworfen, wobei es sich zeigte, dass die mechanischen Eigenschaften von allen Betonplatten vergleichbar gut waren.Thereafter, the panels were subjected to a variety of mechanical test methods such as compressive strength, ductility and surface hardness, whereby it was found that the mechanical properties of all concrete slabs were comparably good.
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