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Die
Erfindung betrifft die Herstellung von Beton insbesondere von gefügedichtem
und wärmedämmendem Leichtbeton. Schutz wird auch
beansprucht für Kombinationen mit der PCT Anmeldung von
R. Weber vom 28.2.2008 (WebRo024), insbesondere dem Herstellverfahren
(u. A. Container-Wechselbrücken; Waagetechnik, TDK-Handling+
einbau). Schutz wird beansprucht für einzelne Merkmale
sowie auch deren ganz oder teilweise Kombination.
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Stand der Technik:
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Es
ist erwünscht Betone herzustellen die möglichst
wärmedämmend sind, dabei den Bewehrungsstahl vor
Korrosion schützen und eine möglichst hohe Festigkeit
besitzen. Die erste Eigenschaft steht mit den beiden letzten im
Widerspruch, da große Festigkeit hohe Wichten und diese
wiederum hohe Wärmeleitfä higkeiten bewirken. Etwa
0,04 W/mK Zunahme je 100 kg/m3 mehr Wichte
ist eine Faustformel.
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Als
Stand der Technik wird derzeit ein Lambda-R (L-r) von 0,27 W/mK
beim Haus Prof. Schlaich in Berlin genannt, basierend auf der Festigkeit
eines LB8/9 nach 56 d. Insbesondere die Blähtonindustrie
(Verfahren LECA) sowie die TU Darmstadt hat umfangreiche Veröffentlichungen
beigetragen.
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Bekannt
ist auch das Beimischen von Schäumen oder Luftporenbildnern
(siehe Heft 321 des DAfStB, 1981) zur Erhöhung
der Festigkeit bzw. Reduzierung des Gewichts. Mit der EN
1520 liegt mittlerweile ein umfangreiches Normenwerk für
sog. Haufwerksporigen Beton vor, dessen Bewehrung jedoch durch gesonderte Maßnahmen
aufwendig vor Korrosion geschützt werden muß (i.
d. R. Verzinkung oder Zementschlämpe). Auch zeigen die
im Markt von den Blähton Herstellern gehandelten derzeit
also gängigen Festigkeiten von LAC 4 nach DIN EN
1520 bei Dämmwerten L-r von 0,19 W/mK wie instabil
und offenporig derzeit hoch wärmedämmende Leichtbetone
sind.
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Ein
gutachterlicher Vergleich zwischen haufwerksporigen Betonen nach DIN
EN 1520 und den anderen Betonnormen findet sich im Bauforschungsbericht
T 3087 von 2005 der Univ. der Bundeswehr in München.
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Die
Dauerhaftigkeit haufwerksporiger Leichtbetone mit Schaummörtelbindung
ist im Bauforschungsbericht F 2436 von 2003 (Univ. Weimar) dargelegt.
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Die
Website der Fachvereinigung Leichtbeton www.leichtbeton.de sowie
die Website der Firma Liapor www.liapor.de enthalten
ebenfalls den Stand der Technik dar legende Veröffentlichungen,
ebenso die website des Zementverbandes www.beton.org mit
dem Zement-Merkblatt Betontechnik B13 vom April 2008. Insbesondere
hier sind kompakt die Grenzen der Technik auf neuestem Stand erwähnt.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist es bei einem gefügedichten
Leichtbeton eine Wärmedämmung L-r von unter 0,27
W/mK zu erreichen bei Festigkeiten von bevorzugt über LB
8/9 (mit einer 56 Tage – Festigkeit) und weiter bevorzugt
so hohem Korrosionsschutz der Bewehrung, dass ohne weitere Maßnahmen ein
Korrosionsschutz der Bewehrung für Innenbauteile und besonders
bevorzugt auch für Außenbauteile gegeben ist.
Ebenso darf sich der Beton durch Rütteltechnik nicht entmischen
und soll Konsistenzen aufweisen die eine leichte Verarbeitbarkeit
ermöglichen (was bevorzugt etwa über F1 gegeben
ist). Ein zumindest möglicher Verzicht auf gegen Schlagregen
schützende Putz- und/oder Anstrichschichten ist ebenfalls
erwünscht.
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Jedoch
bedeuten mehr Festigkeit bzw. mehr Korrosionsschutz auch mehr unerwünschte
Wärmeleitung. Es wird als Faustformel zitiert, dass 0,04
W/mK mehr Wärmeleitung durch ca. 100 kg/m3 mehr
Masse entstehen. Mehr Masse bedeutet auch mehr Festigkeit und (über
den Zementgehalt) auch mehr Korrosionsschutz der Bewehrung.
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In
Versuchen wurden von uns bereits Festigkeiten von über
20 N/mm2 (bereits ohne Microsilika) nachgewiesen
bei XC4 und sogar XA2 bzw. XF3 Korrosionsschutz, L-r von 0,20 W/mK,
Konsistenz F1 bis F3 und so hoher Viskosität, dass ein
baustellenüblicher Einsatz von Flaschenrüttlern
nicht zur Entmischung führt auch nicht bei F3 Ausbreitmaßen
von über 40 cm nach 10 Minuten. Durch Zugabe von Microsilica
werden über 24 N/mm2 nach 56 Tagen
erwartet.
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Kriterium
für den Korrosionsschutz ist die Wassereindringtiefe nach
der alten DIN 1045 bzw. als Prüfnorm DIN
EN 12390 T8 von 50 mm für Außenbauteile,
also XC4 und 30 mm für chemischen Angriff, also XA2.
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Es
ist hier notwendig auf das alte Kriterium Wassereindringtiefe der
alten Din 1045 zusätzlich zurück zugreifen
da die Kriterien der neuen DIN 1045-2 mit Mindestzementgehalt
und W/Z Wert nicht ausreichen obwohl sie es sollten. Es zeigt sich
hier vielmehr der Grenzbereich der Forschung, dass auch Rezepturen
die der neuen DIN entsprechen bei der Wassereindringtiefe völlig
durchfallen.
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Es
zeigt weiter wie wenig die Definition „Gefügedichtigkeit” beim
Leichtbeton bisher verstanden wurde. Anderherum: es ist nach neuer Din
1045-2 zielsicher möglich einen gefügedichten
Leichtbeton zu schaffen der mit „Sicherheit” keinen
Stahl vor Korrosion schützt.
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Festigkeit
und Dämmwirkung sind jetzt jedoch gleichzeitig so hoch
möglich, dass nunmehr statt Fertigteil Sandwich-Bauteilen
dickengleiche Einschichtplatten ohne Putzschicht hergestellt werden
können bzw. Dachdecken ohne zusätzliche Wärmedämmung.
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Bevorzugt
in U-Wert (W/m2K) Bereichen von 0,5 bis
1,0, wie sie in wärmeren Ländern ausreichend sind
werden dämmende Baukonstruktionen besonders im Bereich
der Gebäudehülle wesentlich vereinfacht, da einschichtig
möglich, besonders bei bau praktisch und ökologisch
noch vertretbaren maximalen Dicken von typisch unter 35 bis 45 cm.
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Dampfdiffusionsprobleme
wie bei Fertigteil-Sandwichplatten oder Styropor Außendämmung
(z. B. Schimmelbildung am Ende des Winters, etc.) an der kalten
Seite der Dämmschicht treten ebenfalls nicht mehr auf.
Das Material ist im Vergleich zu Normalbeton diffusionsoffen.
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Bevorzugt
ist ganz oder teilweise die Verwendung von gebranntem Ton, d. h.
Blähton wie er im Verfahren nach LECA hergestellt wird
als Leichtzuschlag aufgrund guter Verfügbarkeit, akzeptabler
Kornfestigkeit und relativ stark die Karbonatisierung bremsender
Sinteroberfläche. Die hier vorgestellten Prinzipien finden
jedoch auch Anwendung auf andere Leichtzuschläge bzw. deren
Kombinationen untereinander (Vermiculite, Perlite, Blähglas,
etc.).
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Gemäß einem
wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zunächst
rein geometrisch in der Kornpackung die Sieblinie so optimiert,
dass die Volumenanteile von hoch dämmenden Leichtzuschlägen
(bevorzugt unter 1,1 t/m3 Kornrohdichte
und besonders bevorzugt unter 0,8 t/m3 in
den Fraktionen über 4 mm und bevorzugt unter 1,5 t/m3 in den Fraktionen unter 4 mm) gegenüber
der stärker Wärmeleitenden Matrix so weit wie
möglich erhöht wird. So erhöht sich die
Dämmwirkung, ohne dass der Korrosionsschutz leidet. Da
die Kornrohdichte der Fraktionen unter 4 mm doppelt mit 1300 kg
so hoch ist wie die darüber, stellt sich weiterhin die
Aufgabe die schwere Fraktion unter 4 mm besonders zu minimieren.
Die Leitfähigkeit einer nicht aufgeschäumten Zementmatrix
liegt etwa bei der des Normal schweren Betons von 2,1 W/mK, während
Leichtzuschläge etwa unter 0,1 W/mK liegen.
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Dazu
werden folgende Maßnahmen ganz oder in Kombination miteinander
ergriffen:
- – Die maximale Korngröße
wird über 8 mm erhöht, bevorzugt jedoch unter
20 mm belassen, da darüber wiederum die Festigkeiten der
Körner so stark abnehmen, dass sie die Gesamtstabilität
gefährden. Überdies wird mit zunehmender Korngröße
zunehmend der Schutz vor Karbonatisierung gestört, der
maßgeblich durch die Sinterschicht des Blähton
erreicht wird. Vermutete Festigkeitsverluste durch den Einsatz von 8–16
er Blähton Körnung konnten durch unsere Versuche
nicht bestätigt werden.
- – Es werden auf das Volumen bezogene Siebdurchgänge
gewählt die noch gröber sind als der Bereich A der
Fuller Kurve besonders im Bereich unter 8 mm und ganz besonders
unter 4 mm. Je kleiner die Durchmesser, desto mehr Anteil schwerer
Sinteroberfläche, entsprechend mehr Gewicht und höhere
Wärmeleitung. Die Kornrohdichte von 0/4 Blähton
liegt typisch doppelt so hoch wie bei der 4/8 er Fraktion.
- – Besonders bei den Fraktionen von Leichtzuschlägen,
insbesondere Blähton-Leichtzuschlägen, von unter 4
mm und weiter bevorzugt unter 2 mm wird deren Volumenanteil gegenüber
der A-Linie der Fuller Kurve mindestens um weitere 30% reduziert,
bevorzugt unter 50%. Auch Ausfallkörnungen in diesem Bereich
sind denkbar, jedoch gefährden diese tendenziell wieder
die Verarbeitbarkeit (den Zusammenhalt) des Frischbetons. Dennoch
sind auch Ausfallkörnungen bevorzugt, wenn mit Zusatzmitteln
gut abgestimmt wird.
- – Der Einsatz von gegenüber Blähton
noch stärker dämmenden Leichtzuschlägen
besonders im Kornbereich unter 4 mm ist möglich, jedoch
aus Gründen der Verfügbarkeit und der Wirtschaftlichkeit
nicht immer erwünscht. Die vorliegenden Ergebnisse wurden
bereits nur mit Blähton-Zuschlägen erreicht.
- – Im Ergebnis sind bevorzugt Kornvolumina von über
450 Litern, besonders bevorzugt von über 500 Litern je
m3 Festbeton erwünscht.
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Gemäß einem
weiteren wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Wärmedämmwirkung der
Zementmatrix verbessert wiederum allerdings darf dabei der Korrosionsschutz
nicht verloren gehen. Umfangreiche Untersuchungen zum Einsatz von
Schäumen oder LP Bildnern liegen in Heft 321 des
DAfStB vor, kommen jedoch zu dem Ergebnis, dass unter 300
kg/m3 Zementgehalt, genauer gesagt sogar
von Portlandklinkergehalt, kein dauerhafter Korrosionsschutz gewährleistet
werden kann. Hohe Zementgehalte von über 300 kg/m3, besonders über 330 kg/m3 sind aus folgenden Gründen unerwünscht:
zu hohe Hydratationswärme die nicht mehr abfließen
kann in den jetzt hoch dämmenden Bauteilen, je mehr Gewicht
(auch des zugehörigen Wasseranteils) desto schlechtere
Wärmedämmung (siehe die Faustformel 0,04 W/mK
je 100 kg/m3) sowie wirtschaftliche und ökologische
Gründe (CO2-Bilanz).
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Dennoch
muß die Matrix hinreichend dicht sein, bevorzugt mit maximalen
Wassereindringtiefen von 50 mm nach alter DIN 1045 bzw.
besonders bevorzugt unter 30–35 mm, um den Bewehrungsstahl
zuverlässig und sicher vor Korrosion zu schützen
ohne dass der Stahl selbst besonders behandelt werden muß.
Diesen Widerspruch entschärfen wir wie folgt:
- – Einsatz von LP Bildnern mit Mikroporen in erheblichem
Umfang reduziert das Gewicht der Matrix und trägt dennoch
durch Unterbrechung der Kapillarporen zu einem erhöhten
Korrosionsschutz bei und verbessert die Verarbeitbarkeit ohne Gewichtszunahme
(wie sonst bei Wasser plus Zementzugabe).
- – Mikroporen eines LP Mittels haben eine bessere korrosionsschützende
Wirkung als grobe Poren eines Schaumbildners, die jedoch per se
nicht als Alternative völlig ausgeschlossen werden.
- – Luftporen von über 100 ltr./m3,
bevorzugt von über 180 ltr./m3 zur
Reduzierung des Gewichts und zur Erhöhung der Dämmwirkung,
jedoch von unter 300 ltr./m3 und besonders
bevorzugt unter 250 ltr./m3 da sonst die
Festigkeit der Matrix zu schwach bzw. diese auch gegenüber
korrosiven Medien zu porös wird.
- – Da die Matrix im Bereich von 200 ltr./m3 in
ihrer Festigkeit geschwächt ist führt der Zusatz
von bisher nur aus dem Bereich Hochfester Betone bekannten Microsilica
zu einer verbesserten Festigkeit. Bevorzugte Dosierungen liegen
unter denen der Hochleistungsbetone von 15 kg/m3 (plus
15 kg/m3 Wasser) da bei solchen hohen Festigkeiten bereits
das Korn der Leichtzuschläge versagt und bevorzugt auch
unter 10 kg/m3 Microsilica, insbesondere
um die 5 kg/m3.
- – Es überrascht, dass dabei die bevorzugten
Matrixwichten (trocken) von unter 1,3 kg/ltr, besonders noch unter
1,25 kg/ltr. hohe Festigkeit und ausreichend Korrosionsschutz gewährleisten.
Rein beispielhaft siehe Anlage 1 bis 3.
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Gemäß einem
weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung wird das Thema Verdichtungswilligkeit
und Verarbeitbarkeit behandelt. Bekannt sind sehr steife Leichtzuschlag-Rezepturen
im Bereich von maximal F1 die im Fertigteilbereich aus diesen Gründen
sogar mit schweren Rollwalzen verdichtet werden, um über
steife Konsistenz, W+Z-Gehalt und damit Gewicht zu sparen. Dieses
Vorgehen ist baupraktisch völlig unbefriedigend und für
Ortbetonanwendungen, erst recht in vertikalen Wandschalungen, gar
nicht machbar. Es wird also bevorzugt ein Beton mit einer Konsistenz über
F1 und besonders bevorzugt über F2 gewünscht,
weiter bevorzugt im Bereich von F3 der sich mit Flaschenrüttlern
z. B. auch in senkrechten Etagenbau-Wandschalungen verdichten läßt
ohne Entmischung. Es muß also eine hinreichend „sedimentationsstabile
Viskosität” erzielt werden.
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Hier
spielt zunächst das „Bingham – Gesetz” über
das Mischungsverhalten von Flüssigkeiten unterschiedlicher
Dichte die entscheidende Rolle. Es ist also zunächst wichtig,
dass die Wichte der Kornrohdichten, insbesondere der Fraktionen über
4 mm, so wenig wie möglich von der Wichte der Matrix ab
weicht, da sonst beim Rütteln eine Entmischung stattfindet.
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Weiterhin
muß dazu die Viskosität insgesamt hoch genug sein.
Nur so können die Wichteunterschiede groß genug
bleiben, um mit einer Matrix zu arbeiten die schwer genug ist um
Korrosionsschutz und Festigkeit zu gewährleisten (deswegen
führen die hoch aufgeschäumten, ebenfalls stark
wärmedämmenden Rezepturen früherer Forschungsarbeiten
nicht zum Ziel eines gefügedichten, korrosionsschützenden
Betons). Besonders bei den größeren Kornfraktionen
(etwa über 4 mm), mit der bei ihrem geringen Verhältnis
von Oberfläche zu Volumen stärker gegebenen Auftriebsneigung,
besteht die Gefahr des Aufschwimmens beim Rütteln. Daher muß die
Konsistenz auch nach oben begrenzt werden. Je viskoser jedoch die
Mischung, desto größer die mögliche baupraktisch
wichtige maximale Konsistenz (ohne Entmischung beim Rütteln.
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Diesen
Widerspruch entschärfen wir ganz oder teilweise durch Kombination
folgender Merkmale:
- – Das Verhältnis
der Trockenwichten von schwerer Matrix zu Leichtzuschlag soll bevorzugt
den Faktor 2 nicht überschreiten und bevorzugt unter 1,8
liegen.
- – Insbesondere das Verhältnis von schwerer
Matrix und Leichtzuschlägen über 4 mm soll 1,8
und weiter bevorzugt 1,6 nicht überschreiten, da sich die
großen Körner am leichtesten entmischen.
- – Aufgrund der geforderten Wärmedämmwirkung
liegt die Kornrohdichte des Leichtzuschlags sehr niedrig, damit
darf auch die Matrix nicht zu schwer werden.
- – Die Konsistenz wird auf den Bereich von F3 begrenzt,
bevorzugt zumindest auf maximal F4.
- – Es wird ein LP Mittel eingesetzt, bevorzugt ein anorganisches
LP Mittel, besonders bevorzugt auf Tensidbasis da hier eine bessere
Verträglichkeit mit den ebenfalls anorganischen Microsilica
gegeben ist. Ebenso sind die Poren eines LP Bildners feiner, geschmeidiger
und stabiler bzw. ohne weitere Zusatzgeräte wie Schaumgeneratoren
auch auf der Baustelle, einem Fahrmischer oder einer Mischanlage
zuzugeben.
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Die
exacte Eingrenzung „sedimentationsstabiler Viskosität” ist
theoretisch schwer zu begründen. Wesentlich sind hier reproduzierbare
Versuchsergebnisse. Die rheologischen Prüfungen werden
bevorzugt mit einem „Viskomat NT” der Firma Schlaibinger
(Regensburg) durchgeführt. Es handelt sich hierbei um Prüfungen am
Mörtel bzw. am Zementleim. Auch die Verhältniswerte
Leim-Viskosität zu Mörtel-Viskosität
geben im Rahmen einer Qualitätssicherung Aufschluß über
die Entmischungsneigung. Als erster quantitativer Anhalt eines bevorzugten
Parameterbereichs von Konsistenzen und Zusammensetzung dient die
Rezeptur von Anlage 1 und 2.
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Zum
Korrosionsschutz im Sinne reduzierter Wassereindringtiefen führen
wir folgendes aus. Hier spielt der Anteil von Mikro-Luftporen eine
besondere Rolle. Also nicht der Gesamt-Porengehalt, welcher vornehmlich das
Gewicht senkt und gleichzeitig die Festigkeit reduziert, sondern
Poren mit einem Durchmesser von unter 300 Micro-Meter.
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Diese
werden entweder mit dem AVA Gerät (Air Void Analyser) photoelektrisch
im Frischbeton gemessen oder am erhärteten Beton durch
Auszählen.
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Eingangs
wurde bereits gesagt wie unzureichend nach DIN 1045-2 W/Z
Wert und Mindest-Zementgehalt alleine für den Korrosionsschutz
von Leichtbeton sind. Es zeigt sich hier, dass ein sehr hoher Gehalt
an Mikro-Luftporen den Korrosionsschutz deutlich steigert. Aus dem
Straßenbau sind Anwendungen für Frost- und Tausalzbeständigkeit
bekannt, so dass die dort angegebenen 2,5 Vol.% eine erste bevorzugte
Untergrenze darstellen. Jedoch schlagen wir bevorzugt über
3,5% vor und weiter bevorzugt über 4%.
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Das
Verhältnis von Vol.% Luftporen zu Micro-Luftporen soll
bevorzugt den Faktor 10 nicht überschreiten, weiter bevorzugt
den Faktor 6. Dies spricht eher für den Einsatz von LP-Bildnern
als für dem Einsatz von den bekanntlich grobporigen Schäumen.
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Für
LP anstelle von Schäumen spricht auch die einfachere Baustellen-Dosierbarkeit,
insbesondere ohne Schaumgenerator.
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Wie
bereits angesprochen steht ein für den Korrosionsschutz
erforderlicher hoher Zementgehalt im Widerspruch zur gewünschten
niedrigen Hydratationswärme und zu den für die
Dämmeigenschaften niedrigen erforderlichen Wichten.
- – In den der DIN 1045-2 wird
für Innenbauteile 240 kg/m3 Mindestzementgehalt
genannt bzw. 280 kg/m3 für Außenbauteile.
Diese Werte halten auch wir für mindestens nötig,
um hinreichend Korrosionsschutz zu gewährleis ten. Überraschender
weise brauchen wir jedoch nicht die über 300 kg/m3 PZ-Klinker aus den Darmstädter
Forschungen (Heft 321 DAfStB). Daher wird auch
unter Berücksichtigung der bereits bisher geschilderten
eigenschaftsverbessernden Maßnahmen Schutz beansprucht
für einen hoch Wärmedämmenden Leichtzuschlagbeton
mit L-r < 0,25
W/mK, insbesondere unter 0,22 W/mK der gleichzeitig Wassereindringtiefen
von unter 50 mm besonders unter 35 mm hervorbringt und dennoch nicht
mehr als 330 kg/m3 Zementgehalt besitzt
insbesondere weniger als 300 kg/m3.
- – Um die Hydratationswärme zu begrenzen wird
eine bevorzugte Beimischung von jedoch maximal 20 bis 25% Zumahlstoffen
bezogen auf den gesamten Zementgehalt vorgeschlagen, insbesondere
um die 15%. Der Maximalwert überrascht zunächst,
jedoch haben die harten Zumahlstoffe die Tendenz die Luftporen zu zerstören
und damit wieder die Robustheit der Verarbeitung insbesondere beim
Mischvorgang zu stören.
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Die
nächste Schwierigkeit liegt in der Wahl der richtigen Zement-Mahlfeinheit
und insbesondere ihrem Zusammenhang mit der maximalen Verarbeitungszeit
vor Ort.
- – Besonders aus Gründen
der Endfestigkeit werden Blaine Werte von über 3.000 cm2/Gr. vorgeschlagenEs wird jedoch auch vorgeschlagen,
die Mahlfeinheit im Ortbetonbereich unter 4.500 cm2/Gr.
zu belassen (im FT-Werk evtl. 20% bis 30% höher wegen dem
schnellen Einbau), da sonst die Verarbeitungszeit zu kurz wird.
Die üblichen 90 Minuten wollen auch wir mit unseren baustellentauglichen
Rezep turen erreichen. Die naheliegende Beigabe von Verzögerern
möchten wir bevorzugt vermeiden, da eine Unverträglichkeit
mit den LP Bildnern vorliegt, quasi eine entschäumende
Wirkung.
- – Diese Blain Werte werden bei der Zementherstellung
vor die Klasse 42,5 als begleitende Qualitätssicherung
durchgeführt. Somit ist eine 42,5 er Zement-Mahlfeinheitsklasse
bevorzugt.
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Es
ist weiter bevorzugt zur Erhöhung der Festigkeit Microsilica
zu zugeben. Diese kommen gewöhnlich bei hochfesten Betonen über
C 60 zu Einsatz und dort in Konzentrationen von 15 kg/m3 (plus
15 kg/m3 Suspensionswasser). Überraschender
Weise steigt jedoch auch die Festigkeit unserer leichten Zementmatrix deutlich
an. Dies ist bereits bei 5 kg/m3 hinreichend
der Fall, während 10 kg/m3 auch
aus wirtschaftlichen Gründen eine Obergrenze darstellen.
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Hier
besteht ein Zusammenhang mit dem Luftporengehalt bzw. dem Matrixvolumen.
Aus insbesondere wirtschaftlichen Gründen wird bei unter
15 Vol.% Luftporen eine maximale Microsilika-Zugabe von 1 kg fest je
3 Vol.% Luftporen vorgeschlagen und bei zwischen 15% und 20% eine
Zugabe von 1 kg je 2% bis 3% Luftporen.
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Es
sei für die bevorzugte Lagerungsfähigkeit von
auch über 3 Monaten gesagt, dass die anorganischen Microsilika
sich mit weiteren anorganischen Zusatzmitteln stabiler halten, d.
h. sich nicht am Boden absetzen und verklumpen wenn sie bereits
vorgemischt wurden was aus Qualitätsgründen bevorzugt
ist. LP Mittel erfüllen dieses Kriterium.
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Der
Ordnung halber sei zu den Begriffen angefügt, dass wir
gemäß DIN 4108 ein Verhältnis
von etwa 1,1 zwischen L-tr10 (Labor trocken) und L-r (Umgebungsfeuchte)
angesetzt haben. Weiterhin ist bei „Festigkeit” von
der Serienfestigkeit F-ck von Probewürfeln nach 56 Tagen
die Rede.
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Es
sei gesagt, dass die Summe der oben genannten Eigenschaften zu Trockenrohdichten
führen, die unter 1,1 t/m3 liegen,
bevorzugt unter 1,0 t/m3 und besonders bevorzugt
unter 0,9 t/m3, um die nötige Wärmedämmung
zu schaffen.
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Jedoch
auch über 700 kg/m3 und besonders über
750 kg/m3, da sonst Festigkeit und Korrosionsschutz nicht
mehr funktionieren.
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Es
wird bei der Vielzahl der Parameter deutlich warum bisher der Stand
der Technik so weit hinter den erzielten Versuchsergebnissen zurück
steht obwohl umfangreiche Forschungsarbeiten seit Jahrzehnten weit hinter
unseren Ergebnissen zurück bleiben obwohl der gewerbliche
Nutzen besonders einschaliger Bauteile wie Dächer und Wände
sehr groß ist.
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Insbesondere
können wird den Stand der in Heft 321 für
den Korrosionsschutz angegebenen Werte ganz deutlich unterschreiten.
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Als
bevorzugter Gradmesser für eine „robuste” Rezeptur
wird auch angegeben, dass bei den eingangs genannten Zielwerten
für L-r; Festigkeit und Korrosionsschutz die Auflagen der DIN
1045-2 und Ihrer begleitenden Normen eingehalten werden
und dass insbesondere keine weiteren bauaufsichtlichen Zustimmun gen im
Einzelfall bzw. allgemeinen Zulassungen erforderlich werden. Trotz
aller ambitionierten Ziele soll also die Rezeptur bevorzugt voll
innerhalb der Stahlbeton-Grundnorm für „gefügedichten
Leichtbeton” gehandhabt werden.
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Es
sei nachfolgend auch ein besonders bevorzugter, weil wirtschaftliche
Rezepturbereich geschildert. Da die Leichtzuschläge teuer
und meist nur über weite Transportentfernungen zu beschaffen
sind stellt sich die Frage in wie weit man den Volumenanteil an
Leichtzuschlägen reduzieren kann ohne die Wärmedämmung L-r über
einen Bereich von 0,2 bis 0,22 zu treiben bzw. Würfeldruck-Festigkeiten
von 15 N/mm2 nicht zu unterschreiten. Als
Ausgangspunkt wird hier der Mindestzementgehalt für Außenbauteile
der DIN EN 206-1/DIN 1045-2 von
280 kg/m3 Zement gesetzt. Damit ergibt sich
die in Anlage 1 beispielhaft dargestellte dargestellte Rezeptur
welche mit 30 mm Wassereindringtiefe und über 20 N/mm2 nach 28 Tagen getestet wurde und einem L-tr10
von 0,181 W/mK (L-r von 0,2). Es ist also bevorzugt das Volumen
der Leichtzuschläge so zu senken dass 50 mm Wasserendringtiefe
nicht überschritten werden und besonders bevorzugt nicht
30 mm.
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Da
der Zementgehalt in einem bevorzugten Bereich von 260 bis 300 kg/m3 und aus bereits geschilderten Gründen
bewußt niedrig angesetzt werden soll ergeben sich Kornvolumina
von unter 600 ltr. im konkreten Fall von Anlage 1 541 ltr. Zum Vergleich:
Normalbetone haben typisch 660 ltr. bis 700 ltr. Kornvolumen der
Zuschläge.
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Im
Umkehrschluß gilt auch gegenüber der Rezeptur
von Anlage 1, dass weitere Erhöhungen des Volumens von
Leichtzuschlägen im genannten Verhältnis dazu
führen, dass die Wärmeleitfähig keit noch
mehr sinkt. Wenn im konkreten Beispiel die Trocken-Wichte der Matrix
1,16 kg/ltr. beträgt und die Wichte der Leichtzuschläge
0,72 kg/ltr., dann ergibt jede 100 ltr. Volumenerhöhung
der Leichtzuschläge eine Gewichtsersparnis von ca. (1,16 – 0,72) × 100
= 44 kg/m3.
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Nach
der Faustformel reduziert sich damit das zu erwartende L-R um 0,04
W/mK je 100 kg Differenz und damit um 0,018 W/mK je 100 ltr Volumenerhöhung
des Leichtzuschlags.
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Für
Innenbauteile wird in DIN 1045-2 ein Mindest-Zementgehalt
gefordert von 240 kg/m3, ein Wert den man
auch betontechnologisch ungern unterschreitet. Gegenüber
den 280 kg/m3 von Anlage 1 ergibt dies eine näherungsweise
Matrix-Volumen-Reduzierung von 14%, also 14% × 459 ltr
= 66 ltr.
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66
ltr. × 0,018 W/mK = 0,011 W/mK ist damit eine vernünftige
untere baupraktische Grenze eines minimalen bevorzugten L-tr-10
von 0,0181 (Anlage 1) – 0,011 = 0,168 W/mK. Für
Innenbauteile liegt dies noch voll innerhalb der EN 206-2/DIN
1045-2. Für Außenbauteile ist eine befriedigende
Wassereindringtiefe durchaus (und je nach Zusatzmitteln) denkbar
und gewollt, jedoch dann zumindest in Europa durch besondere bauaufsichtliche
Genehmigungen zu überprüfen.
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Weitere
Unterschreitungen sind dann nur noch durch noch besser dämmende
Leichtzuschläge wie Blähglas möglich,
bevorzugt dann als Ersatz für den recht schweren Blähton-Sand.
Hier kann wieder die 0,04 W/mK je 100 kg Faustformel für
die Abschätzung der Wirkung dienen.
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Was
damit dann zu erreichen ist wird an der Rezeptur gemäß Anlage
1 erläutert: ein ganz oder teilweiser Ersatz der Fraktion
0/4 durch Blähglas mag praktisch zu einer darstellbaren
Gewichtsreduzierung von 100 kg/m3 führen.
Die bereits oben zitierten L-r Werte von 0,168 könnten
dann nochmals um ca 0,04 unterschritten werden, also ein L-r von
0,128 ist ein Zielwert.
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Da
die isolierenden, einschaligen Bauteildicken bei gegebenem U-Werten
praktisch linear von den L-r Werten anhängen ist offensichtlich
welch dramatische Einsparung der Wanddicken durch hoch Wärmedämmende
Leichtzuschläge zu erwarten sind, mit allen Folge-Auswirkungen
auf den Baubereich.
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Anlage 1: Mischungsberechnung vom 16.5.2008
(Var. 2 1):
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Zeigt
eine Betonrezeptur mit ausschließlicher Verwendung von
Liapor L und Liapor 3 Zuschlägen. Mit nur 1,22 bzw. 0,60
kg/m3 Kornwichte sind diese für
Blähton besonders leicht. Wir erwarten eine Festigkeit
von 24 N/mm2 nach 56 Tagen und ein L-tr
von 0,181.
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Es
wird mit dem CEM II/A-S 42,5 R ein gut verfügbarer Zement
eingesetzt und mit dem „Monotherm-LP” ein Gemisch
aus Microsilika und LP-Bildner.
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Da
50 mm Wassereindringtiefe maximal sicher nicht überschritten
werden ist der Korrosionsschutz mit XC4 projektiert, erwartet werden
jedoch <30 mm mit
dann entsprechend besseren Einstufungen.
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Der
Luftporengehalt liegt bei 22,5% die erwarteten Mikro-Luftporen bei
etwa 4%.
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Die
gleiche Rezeptur ohne das Zusatzmittel ist haufwerksporig und fällt
auseinander, läßt sich also nicht auf Baustellen
verarbeiten. Ähnliche Rezepturen werden im Fertigteilbereich
selten eingesetzt wo schwere Walzenkonstruktionen den „Pfefferkuchen” zu
Beton verdichten.
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Eine ähnliche
Rezeptur in Anlage 3 mit sogar 335 kg/m3 Zementgehalt,
jedoch mit Schäumen als Zusatzmittel ist bei der Wassereindringtiefe
durchgefallen (d. h.> > > 50 mm).
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Das
Gewicht (Wasseranteil) wird sich unter Umgebungsfeuchte noch reduzieren.
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Bemerkenswert
ist die hohe Zielfestigkeit von 24 N/mm2 nach
56 d die wir durch die Microsilika erwarten.
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Anlage 2
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Diese
Rezeptur wurde mit 30 mm Wassereindringtiefe sowie L-r = 0,181 W/mK
getestet und wird nach 56 Tagen über 20 N/mm2 erreichen.
Die Wichte unter Umgebungsfeuchte betrug 850 kg/m3.
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Hier
ist als Zusatzmittel bereits der LP-Bildner zugegeben, der vor allem
die gute Wassereindringtiefe gewährleistet.
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Anlage 3
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Diese
Rezeptur ist mit einem Schaumbildner gefertigt und zeigt trotz guter
Festigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit keinerlei
Widerstand gegen Wasser eindringen. Bemerkenswert ist dass hier
335 kg/m
3 Zement enthalten sind, über
300 kg/m
3 also, was in
Heft 321 als
Untergrenze für eine dichte Zementsteinmatrix genannt wurde.
Dies stellt sich hier als für den Korrosionsschutz unzureichend
heraus uns ist möglicherweise sogar der falsche Denkansatz überhaupt. Beton Mischrezeptur
Beton Mischrezeptur
Beton Mischrezeptur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Heft 321 des
DAfStB, 1981 [0004]
- - EN 1520 liegt mittlerweile [0004]
- - DIN EN 1520 [0004]
- - DIN EN 1520 [0005]
- - www.leichtbeton.de [0007]
- - www.liapor.de [0007]
- - www.beton.org [0007]
- - DIN 1045 [0011]
- - DIN EN 12390 T8 [0011]
- - Din 1045 [0012]
- - DIN 1045-2 [0012]
- - Din 1045-2 [0013]
- - Heft 321 des DAfStB [0020]
- - DIN 1045 [0021]
- - DIN 1045-2 [0029]
- - DIN 1045-2 [0032]
- - Heft 321 DAfStB [0032]
- - DIN 4108 [0037]
- - Heft 321 [0041]
- - DIN 1045-2 [0042]
- - DIN EN 206-1 [0043]
- - DIN 1045-2 [0043]
- - DIN 1045-2 [0047]
- - EN 206-2 [0048]
- - DIN 1045-2 [0048]
- - Heft 321 [0062]