DE102016003644A1

DE102016003644A1 - Zementreduzierter Beton und Verfahren zur Herstellung von zementreduziertem Beton

Info

Publication number: DE102016003644A1
Application number: DE102016003644.3A
Authority: DE
Inventors: Helmut Rosenlöcher; Dagmar Tretbar
Original assignee: Individual
Current assignee: Mc Innovation De GmbH
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: WO2017167321A1; DE102016003644B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zementreduziertem Beton, bei dem in einem ersten Schritt ein Anteil Wasser, ein Mineralstoffanteil, umfassend Zement und mindestens ein Zementsubstituent, und ein Anteil Fließmittel in einem Suspensionsmischer suspendiert werden, wobei eine Bindemittelsuspension bereitgestellt wird, und in ein zweiten Schritt ein Anteil Zuschlagstoff bereitgestellt wird, bei dem der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% beträgt, und der Anteil Zuschlagstoff mit dem Anteil Bindemittelsuspension in einem dritten Schritt vermischt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein nach dem Verfahren hergestellten zementreduzierten Beton.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zementreduzierten Beton nach den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen zementreduzierten Beton nach den Merkmalen des Anspruchs 10.
Beton zählt weltweit zu den am meisten verwendeten Baustoffen. Infolge wachsender Industrialisierung und durch die zunehmende Urbanisierung ist in der Vergangenheit ein stetig wachsender Betonverbrauch vor allem in Schwellenländern zu verzeichnen. Dies hat jedoch negative Folgen für die Umwelt. So wird davon ausgegangen, dass die Herstellung von Zement als Bestandteil von Beton derzeit 7 Prozent der globalen Kohlendioxidemissionen verursacht. Es wird daher versucht, den Verbrauch von Zement durch Verringerung des Zementanteils im Beton zu senken. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Zement durch Stoffe, wie beispielsweise Kalksteinmehl, Dolomit, Flugasche, oder Hüttensand substituiert wird, die bei ihrer Herstellung wesentliche geringere Kohlendioxidemissionen verursachen. Bei der praktischen Umsetzung von zementreduzierten Betonmischungen hat sich jedoch gezeigt, dass mit abnehmenden Zementwerten auch der Wasseranteil reduziert werden muss, wodurch die Verarbeitungsfähigkeit des Frischbetons ungünstig beeinflusst wird.
Der derzeit bekannte Stand der Technik ist durch die Offenlegungsschrift DE 10 2012 105 071 A1 dokumentiert, die einen Transportbeton mit einem geringen Zementgehalt offenbart. Nachteilig ist, dass die dort beschriebenen Betonmischungen die Anforderungen an Betone nach DIN EN 206 in Bezug auf die nach diesem Standard zulässigen Wasser/Zementwerte nicht oder nur im eingeschränktem Umfang erfüllen. An Hand der in DE 10 2012 105 071 A1 angeführten Rezepturbestandteile ist ersichtlich, dass die Qualitäten der resultierenden zementarmen Betone in der Regel nicht den Erfordernissen entsprechen, da die durch die Einsparungen verursachten zu hohen Wasser/Zementwerte teilweise außerhalb der DIN EN 206 liegen. So ist davon auszugehen, dass eine Herstellung von zementreduzierten Betonen mit konventioneller Mischtechnik nur im beschränktem Umfang erreicht werden kann oder zu unbefriedigenden Ergebnissen in Bezug auf die resultierenden Betonqualitäten führt.
Es ist bekannt, dass die Feinanteile in den Zuschlagstoffen – mit Feinanteilen sind Partikel mit einer Größe von weniger als 0,125 mm gemeint – ein hohes Wasserrückhaltevermögen aufweisen. Auf Grund des Wasserrückhaltevermögens des Feinanteils wird bei der konventionellen Betonherstellung Wasser in nicht ausreichender Menge an dem Zement abgegeben, so dass der anfangs noch flüssige Beton steif und schlecht verarbeitungsfähig wird.
Um eine den Erfordernissen entsprechende Verarbeitungsfähigkeit zu erreichen, muss der Frischbetonmischung zusätzliches Wasser zugeführt werden. In der Gesamtmischung, die in der Regel aus Sand, Kies, Zement, Wasser und Additiven besteht, führt das Wasserbindevermögen der Feinanteile in den Zuschlägen zu einem für den hydraulischen Abbindeprozess nicht notwendigen Wasserüberschuss. Somit sind generell Feinanteile in den Zuschlägen für die Betonherstellung störend, insbesondere, weil mit der konventionellen Mischtechnik bei sehr langsam laufenden Mischwerkzeugen bis circa 100 U/min eine direkte Aufarbeitung dieser Anteile nicht erreicht werden kann.
Um eine möglichst hohe Betonqualität bei gleichzeitig maximaler Zementsubstitution zu gewährleisten, muss die Reduzierung des Zementanteils im Äquivalent mit der Reduzierung des Wasseranteils unter Beibehaltung der Verarbeitungsparameter der resultierenden Frischbetone technologisch beherrschbar gemacht werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, nach dem ein zementreduzierter Beton hergestellt werden kann, der den Erfordernissen der technischen Regelwerke und den Erfordernissen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit entspricht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen zementreduzierten Beton vorzuschlagen, der den Erfordernissen der technischen Regelwerke und den Erfordernissen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit entspricht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem zementreduzierten Beton mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit jeweils in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von zementreduziertem Beton wird so vorgegangen, dass in einem ersten Schritt ein Anteil Wasser, ein Mineralstoffanteil, der Zement und mindestens ein Zementsubstituent umfasst, und ein Anteil Fließmittel in einem Suspensionsmischer suspendiert werden, wobei eine Bindemittelsuspension bereitgestellt wird. Dabei können im Mineralstoffanteil vorzugsweise Partikel mit einer Größe kleiner als 0,125 mm enthalten sein. In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Anteil Zuschlagstoff bereitgestellt, bei dem der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% beträgt. In einem dritten Schritt wird der Anteil Zuschlagstoff mit dem Anteil Bindemittelsuspension vermischt.
Zum besseren Verständnis kann der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm im Sinne der Erfindung als Feinanteil oder Feinstoffanteil bezeichnet werden. Überraschend hat sich gezeigt, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Einsatz von Zuschlagstoffen mit weniger als 10% Feinanteilen, das heißt mit weniger als 10 Partikel mit einer Größe kleiner 0,125 mm, zement- und wasserreduzierte Betone bereitgestellt werden können. Denn durch das Fehlen dieser Feinanteile im Zuschlagstoff wird die separat unter definierten Bedingungen bereitgestellte Bindemittelsuspension beim Mischen mit dem Zuschlagstoff nicht mit weiteren Feinpartikeln verunreinigt, so dass die Funktion der Bindemittelsuspension als Leim zum Verkleben der Zuschlagkörner nicht beeinträchtigt wird.
Vorteilhafterweise können dadurch zementreduzierte Frischbetone bereitgestellt werden, die eine verbesserte Fließfähigkeit und demzufolge ein höheres Setzfließmaß und Ausbreitmaß aufweisen, ohne dass der Mischung zusätzlich Wasser zugeführt werden muss.
Vorzugsweise weist der Mineralstoffanteil, der aus einem Anteil Zement und mindestens einem Anteil Zementsubstituent gebildet ist, ausschließlich Partikel mit einer Größe kleiner als 0,125 mm auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Zementsubstituent ein Sand- und/oder Kies-Feinanteil mit Partikeln kleiner 0,125 mm eingesetzt werden, wobei der verwendete Sand und/oder der verwendete Kies als Zuschlagstoff im zweiten Verfahrensschritt bereitgestellt wird/werden.
Durch das separate Suspensionsmischen des Mineralstoffanteils, der gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausschließlich Partikel mit einer Größe kleiner als 0,125 mm aufweisen kann, wird im ersten Verfahrensschritt gewährleistet, dass die in der Mischung enthaltenen Partikel vollständig mit Wasser in Berührung kommen und sich dabei eine Wasserhülle um die Partikel bilden kann. Vorteilhafterweise können dadurch Verklumpungen und Agglomerationen von Partikeln vermieden werden, so dass eine besonders homogene Bindemittelsuspension bereitgestellt wird. Durch das Fehlen des Feinstoffanteils im Zuschlagstoff kommt die Bindemittelsuspension im dritten Verfahrensschritt direkt mit der Oberfläche der gröberen Bestandteile des Zuschlagsstoffs in Kontakt und verklebt diese miteinander, ohne dass die Eigenschaften der Bindemittelsuspension durch weitere Feinanteile beeinflusst werden.
Durch die erfindungsgemäße Aufarbeitung aller Feinstoffanteile im Suspensionsmischer wird eine Reduzierung des Verhältnisses des Wasser – Feinstoffgehaltes beziehungsweise des Wasser – Mehlkornverhältnisses in den resultierenden Betonmischungen erreicht. Es hat sich gezeigt, dass die auf diese Weise hergestellte zement- und wasserreduzierten Betone eine höhere Endfestigkeit aufweisen und auch in ihren Eigenschaften nachhaltiger sind.
Obwohl im Vergleich zu konventionellen Betonherstellungsverfahren mit dem erfindungsgemäßen Suspensionsbetonverfahren im resultierenden Gesamtgemisch des Betonrezeptes mengenmäßig gleiche Anteile an Feinstoffen mit Partikelgrößen von kleiner 0,125 mm enthalten sein können, werden durch die separate Aufarbeitung von sämtlichen Feinstoffen im Suspensionsmischer wesentlich bessere Frischbetoneigenschaften erzielt.
Hinsichtlich der Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Betone bestehen grundsätzlich keine Einschränkungen. So eignen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Betone als Transportbetone oder als Betone für die Herstellung von Betonfertigteilen. Zweckmäßigerweise kann ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Beton als Transportbeton verwendet werden. Weiterhin kann auch ein Betongemisch vorgesehen sein, das sich insbesondere für die Herstellung von Betonfertigteilen eignet.
Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren nach einer dualen Betonmischtechnik durchgeführt werden, bei der im ersten Schritt die Bindemittelsuspension, die auch als Leimkomponente bezeichnet werden kann, in einem separaten Suspensionsmischer unter definierten Bedingungen hergestellt wird. Dabei wird im Suspensionsmischer der Mineralstoffanteil in Wasser aufgenommen und unter Anwendung hoher Scherkräfte gemischt. Vorzugsweise kann die Bindemittelsuspension bei einer Rührgeschwindigkeit eines Rührwerkzeugs des Suspensionsmischers von mehr als 600 U/min bereitgestellt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Rührgeschwindigkeit im Bereich von 600 U/min bis 1600 U/min erweisen.
Anschließend wird die so hergestellte Bindemittelsuspension beziehungsweise Leimkomponente in einem konventionellen Mischer mit dem/den Zuschlagstoff/en zusammengeführt und zu einer homogenen Flüssigbetonmischung vermischt.
Wegen der guten Verfügbarkeit können als Zementsubstituent Gesteinsmehle, vorzugsweise Kalksteinmehl eingesetzt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass als Zementsubstituenten Dolomit, Hüttensand, Flugasche, Silicastaub und/oder Feinsand mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm eingesetzt wird/werden. Weiterhin ist es auch möglich, eine Kombination von mehreren und verschiedenen inerten und/oder reaktiven Zusätzen, wie beispielsweise Trass, Flugasche oder Silicatstaub im Mineralstoffanteil einzusetzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Zuschlagstoff Sand und/oder Kies mit einer Korngröße von 1 mm bis 8 mm eingesetzt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Sand oder Kies mit einer größeren Korngröße eingesetzt wird. Erfindungsgemäß wird Sand oder Kies als Zuschlagstoff eingesetzt, bei dem der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% beträgt.
Zur Herstellung bevorzugter Betongemische kann Wasser und Zement in einem Anteilsverhältnis von kleiner als 0,6 eingesetzt werden, wobei ein Anteilsverhältnis von Wasser und Mineralstoffanteil von kleiner als 0,45 eingehalten wird. Dabei ist der Zahlenwert des Anteilsverhältnisses von Wasser und Zement der Quotient aus dem Wasseranteil und dem Zementanteil. Bei dem Zahlenwert des Anteilsverhältnisses von Wasser und Mineralstoffanteil handelt es sich um den Quotienten aus dem Wasseranteil und dem Mineralstoffanteil.
Aufgrund der Substitution des Zementanteils im Mineralstoffanteil kann bezogen auf das Betongemisch ein verringerter Zementanteil von kleiner als 300 kg/m³, vorzugsweise kleiner als 250 kg/m³ verwendet werden. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können Zement und Zementsubstituent in gleichen Anteilen verwendet werden, also im gleichen Mengenverhältnis eingesetzt sein. Dabei wird die Hälfte des üblichen Zementanteils durch den Zementsubstituenten ersetzt. In diesem Fall beträgt der Quotient aus dem Anteilsverhältnis von Zement und Zementsubstituent 1,0. Dadurch können Betongemische bereitgestellt werden, die die gesetzlichen Anforderungen im Hinblick auf Emissionsgrenzwerte für Kohlenstoffdioxid erfüllen.
Zuschlagstoffe, wie beispielsweise Sand oder Kies enthalten üblicherweise Feinanteile (Anteile mit Partikelgrößen kleiner als 0,125 mm) im Bereich des Kornspektrums 0 mm bis 4 mm. Bei der konventionellen Herstellung (Stand der Technik) bilden diese Feinanteile zusammen mit dem Zement oder auch in Kombination mit weiteren Zusatzstoffen, wie beispielsweise Hüttensand, Gesteinsmehl oder Flugasche in der Betonmischung die Leimkomponente, die in der Betonmischung als feste Matrix ausgebildet wird. Aus diesem Grund sind die Feinanteile im Zuschlagstoff, insbesondere die Anteile mit Partikelgrößen kleiner als 0,125 mm dem Bindemittelleim beziehungsweise der Leimkomponente zuzuordnen, da diese in Kombination mit dem Zement und anderen Zusatzstoffen in der Betonmischung als Trägersubstanz beziehungsweise als Bindemittelleim für die größeren Kornfraktionen größer als 1,0 mm dienen.
Es kann daher vorgesehen sein, dass nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Anteil Zuschlagstoff durch Sieben eines Schüttguts bereitgestellt wird. Dabei kann der durchgesiebte Feinanteil, der sogenannte Siebboden mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm als Zementsubstituent im ersten Schritt eingesetzt werden. Zum Sieben des Schüttguts (Sand oder Kies) kann beispielsweise ein Rüttelsieb mit einer Lochgröße bis 1 mm eingesetzt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass zum Bereitstellen eines Zuschlagsstoffs mehrere Siebschritte mit verschiedenen Lochgrößen durchgeführt werden, um Fraktionen mit unterschiedlichen Partikelgröße zu erhalten. Vorteilhafterweise kann die Bereitstellung des Zuschlagstoffs durch Sieben als Vorbereitungsschritt vor dem ersten Verfahrensschritt oder als Zwischenschritt durchgeführt werden.
Durch die Bereitstellung des Siebbodens mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm als Zementsubstituent im ersten Verfahrensschritt wird eine besonders umweltfreundliche Lösung realisiert, durch die insbesondere Zementsubstituent/en logistisch eingespart werden kann/können.
Die Erfindung umfasst weiterhin einen zementreduzierten Beton, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Gemäß der Erfindung ist der zementreduzierte Beton ein Gemisch aus einem Anteil Bindemittelsuspension, bestehend aus Anteilen von Wasser, Mineralstoff, umfassend Zement und mindestens ein Zementsubstituent, und Fließmittel, und einem Anteil Zuschlagstoff, wobei im Zuschlagstoff der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% beträgt.
Der Zementsubstituent kann aus einer Gruppe bestehend aus Kalksteinmehl, Dolomit, Hüttensand, Flugasche, Silicastaub und Feinsand mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm, ausgewählt sein. Vorteilhafterweise handelt es ich bei dem Feinsand um den durchgesiebten Feinanteil aus dem Zuschlagstoff. Die Verwendung von geeigneten Zementsubstituenten hat den Vorteil, dass der Zementgehalt des erfindungsgemäßen Betons reduziert werden kann, wobei gleichzeitig geforderte technologische Eigenschaften oder Verarbeitungseigenschaften des Betons eingehalten werden können.
Grundsätzlich können Zuschlagstoffe mit unterschiedlichen Partikelgrößen eingesetzt werden, sofern gewährleistet ist, dass der Feinanteil im Zuschlagstoff kleiner als 10%, vorzugsweise kleiner als 5% ist. Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Betons kann der Zuschlagstoff Sand und/oder Kies sein und eine Korngröße von 1 mm oder größer aufweisen.
Weiterhin können unterschiedliche Fließmittel eingesetzt werden, wobei ein Fließmittel einen Mindestanteil von 2 kg/m³ aufweisen kann.
Durch die Änderung der Anteilsverhältnisse des Mineralstoffanteils können die technologischen Eigenschaften des Betongemischs beeinflusst werden. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Betons kann es daher vorgesehen sein, dass Wasser und Zement in einem Anteilsverhältnis von kleiner als 0,6 eingehalten ist, wobei ein Anteilsverhältnis von Wasser und Mineralstoffanteil von kleiner als 0,45 eingehalten ist. Dementsprechend kann der erfindungsgemäße Beton einen Wasserzementwert von kleiner als 0,6 aufweisen.
Vorteilhafterweise kann der Zementanteil kleiner als 300 kg/m³, vorzugsweise kleiner als 250 kg/m³ sein. Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass Zement und Zementsubstituent im gleichen Mengenverhältnis eingesetzt sind.
Anhand der nachfolgenden Rezepturbeispiele soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden, wobei in der Tabelle A zunächst zwei Rezepturbeispiele 1 und 2 gezeigt sind, die dem Stand der Technik entsprechen.

Die nachfolgende Tabelle A zeigt zwei Rezepturbeispiele 1 und 2 für Betonzusammensetzungen nach konventioneller Mischtechnik für die Herstellung von 1 m³ Beton.

Tabelle A	Rezepturbeispiel 1	Rezepturbeispiel 2
Anteil Zement CEM I 52,5 R	400 kg	320 kg
Anteil Wasser	200 kg	160 kg
Anteil Fließmittel	3,6 kg	3 kg
Anteil Zuschlagstoff (Sand und Kies)	1700 kg	2000 kg
Wasserzementwert	200 kg/400 kg = 0,5	160 kg/320 kg = 0,5

Nach dem Stand der Technik (Tabelle A) wird als Zuschlagstoff Sand oder Kies mit Korngrößen von 0 bis X mm eingesetzt, wobei X Werte von 2 bis 8 annehmen kann.
Die nachfolgende Tabelle B zeigt zwei Rezepturbeispiele 3 und 4 für erfindungsgemäße Betonzusammensetzungen zur Herstellung von 1 m³ Beton nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung von 1 m³ zementreduzierten Beton nach Rezepturbeispiel 3, wird in einem ersten Schritt 140 kg Wasser sowie ein Mineralstoffanteil, der einen Anteil von 250 kg Zement OEM I 42,5 R und einen Anteil von 200 kg Kalksteinmehl aufweist, unter Zugabe von 3,6 kg eines Fließmittels, wie beispielsweise Superplaticizer, in einem Suspensionsmischer bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rührwerkzeugs von 600 U/min bis 1600 U/min suspendiert, wobei eine Bindemittelsuspension bereitgestellt wird. In einem zweiten Schritt wird 1620 kg Sand oder Kies als Zuschlagstoff bereitgestellt, wobei der Zuschlagstoff im vorliegenden Beispiel eine Korngröße von 1 mm bis 8 mm aufweist und der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10% beträgt. Anschließend werden der so bereitgestellte Zuschlagstoff und die im ersten Schritt bereitgestellte Bindemittelsuspension in einem dritten Schritt in einem konventionellen Mischer miteinander vermischt, bis eine gewünschte Konsistenz erreicht ist.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung von 1 m³ zementreduzierten Beton nach Rezepturbeispiel 4 wird wie im vorstehenden Beispiel vorgegangen, mit dem Unterschied, dass die in Tabelle B für das Rezepturbeispiel 4 angeführten Anteile für Wasser, Mineralstoff, Fließmittel und Zuschlagstoff eingesetzt werden.
Bei einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Zuschlagstoff mit gewünschter Korngröße durch Sieben unmittelbar hergestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann jedoch auch die Verwendung einer Zuschlagstofffertigmischung vorgesehen sein, wobei in der Fertigmischung der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% beträgt. Im Idealfall wird Sand oder Kies als Zuschlagstoff verwendet, der keine Partikel mit einer Größe von 0,125 mm aufweist.
Im Vergleich mit den Rezepturbeispielen 1 und 2 können mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Betonen der Rezepturbeispiele 3 und 4 ähnliche Wasserzementwerte bei gleichzeitiger Verringerung des Zement- und Wasseranteils erreicht werden.
Im Gegensatz zur konventionellen Betonherstellung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als Zuschlagstoff vornehmlich Sand oder Kies mit einer Partikelgröße beziehungsweise Korngröße von 1,0 bis X mm (mit X = 2; 3; 4; 5; 6; 8) eingesetzt, wobei der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% und beträgt. Im Idealfall weist ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzter Zuschlagstoff keine Partikel mit einer Größe kleiner als 0,125 mm auf. Demzufolge fehlen dem Zuschlagstoff wesentliche Mengen an Feinanteilen. Eine Teilmenge dieser Feinanteile wird erfindungsgemäß durch einen erhöhten Anteil an Betonzusatzstoffen beziehungsweise Bindemitteln, gemäß den vorliegenden Beispielen durch Kalksteinmehl ersetzt. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, dass nahezu sämtliche Mehlkornbestandteile – dies sind Anteile mit Partikelgrößen kleiner als 0,125 mm – ausschließlich im Suspensionsmischer im ersten Verfahrensschritt aufgearbeitet werden können.
Aufgrund der Umdrehungsgeschwindigkeiten des Rührwerkzeuges bei 600 U/min bis 1600 U/min werden die Oberflächen der mineralischen Feinbestandteile des Bindemittels durch aus dem Suspensionsprozess resultierende mechanische Reibungen so aktiviert, dass im Ergebnis eine reaktive und stabile Wasser-Bindemittelsuspension bereitgestellt wird. Mit dieser Oberflächenaktivierung der mineralischen Feinbestandteile des Bindemittels ist gewährleistet, dass die so hergestellte konzentrierte Bindemittelsuspension für eine qualitätsoptimierte Betonmischung, im Wesentlichen jedoch für die Verklebung der Zuschlagstoffe Sand und Kies eingesetzt werden kann.
In der nachfolgenden Tabelle C sind ein weiteres Rezepturbeispiel 6 für eine erfindungsgemäße Betonzusammensetzung zur Herstellung von 1 m³ Beton nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und ein Rezepturbeispiel 5 für eine Betonzusammensetzung nach einem konventionellen Herstellungsverfahren gegenübergestellt. Dabei zeigt Tabelle C einen Rezeptvergleich C 30/37 XC2, F52, GK 22.
Die nachfolgende Tabelle D zeigt einen weiteren Rezeptvergleich SCC 40/50 B2 GK 16 mm, wobei Rezepturbeispiel 7 nach konventioneller Methode und Rezepturbeispiel 8 nach dualer Betonmischtechnik (Suspensionsbeton) hergestellt ist.
Tabelle E zeigt eine Optimierungsvariante für C30/37 GK 8 mm
Vorteilhafterweise können durch die Zementsubstitution im Betongemisch Kosten eingespart werden, da Gesteinsmehl, wie beispielsweise Kalksteinmehl als Substituent wesentlich günstiger ist. Ein weiterer Vorteil der Zementeinsparung besteht insbesondere auch darin, dass ein entsprechend hergestellter Beton eine gegenüber konventionell hergestellten Betonen bessere CO₂-Bilanz aufweist. Gleichzeitig wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sichergestellt, dass zementreduzierte Betone den technologischen Anforderungen entsprechen und verbesserte Verarbeitungseigenschaften aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012105071 A1 [0003, 0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 206 [0003]
DIN EN 206 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung von zementreduziertem Beton, bei dem in einem ersten Schritt ein Anteil Wasser, ein Mineralstoffanteil, umfassend Zement und mindestens ein Zementsubstituent, und ein Anteil Fließmittel in einem Suspensionsmischer suspendiert werden, wobei eine Bindemittelsuspension bereitgestellt wird, und in ein zweiten Schritt ein Anteil Zuschlagstoff bereitgestellt wird, bei dem der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% beträgt, und in einem dritten Schritt der Anteil Zuschlagstoff mit dem Anteil Bindemittelsuspension vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mineralstoffanteil verwendet wird, bei dem die darin enthaltenen Partikel eine Größe kleiner als 0,125 mm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zementsubstituent Kalksteinmehl, Dolomit, Hüttensand, Flugasche, Silicastaub und/oder Feinsand mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuschlagstoff Sand und/oder Kies mit einer Korngröße von 1 mm bis 8 mm eingesetzt wird, wobei der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser und Zement in einem Anteilsverhältnis von kleiner als 0,6 eingesetzt wird, wobei ein Anteilsverhältnis von Wasser und Mineralstoffanteil kleiner von als 0,45 eingehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zementanteil von kleiner als 300 kg/m³, vorzugsweise kleiner als 250 kg/m³ verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelsuspension bei einer Rührgeschwindigkeit eines Rührwerkzeugs des Suspensionsmischers von mehr als 600 U/min, vorzugsweise in einem Bereich von 600 U/min bis 1600 U/min bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen der Bindemittelsuspension und des Zuschlagstoffs im dritten Verfahrensschritt in einem konventionellen Betonmischer durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil Zuschlagstoff durch Sieben eines Schüttguts bereitgestellt wird, wobei der durchgesiebte Feinanteil mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm als Zementsubstituent im ersten Schritt eingesetzt wird.
Zementreduzierter Beton, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zementreduzierte Beton ein Gemisch aus – einem Anteil Bindemittelsuspension, bestehend aus Anteilen von Wasser, Mineralstoff, umfassend Zement und mindestens ein Zementsubstituent, und Fließmittel, und einem Anteil Zuschlagstoff ist, wobei im Zuschlagstoff der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% beträgt.
Zementreduzierter Beton nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoffanteil eine Partikelgröße von kleiner als 0,125 mm aufweist.
Zementreduzierter Beton nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zementsubstituent aus einer Gruppe bestehend aus Kalksteinmehl, Dolomit, Hüttensand, Flugasche, Silicastaub und Feinsand mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm, ausgewählt ist.
Zementreduzierter Beton nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser und Zement in einem Anteilsverhältnis von kleiner als 0,6 eingehalten ist, wobei ein Anteilsverhältnis von Wasser und Mineralstoffanteil von kleiner als 0,45 eingehalten ist.
Zementreduzierter Beton nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zementanteil kleiner als 300 kg/m³, vorzugsweise kleiner als 250 kg/m³ ist.
Zementreduzierter Beton nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Zement und Zementsubstituent im gleichen Mengenverhältnis eingesetzt sind.