DE102017007463A1

DE102017007463A1 - Ultrahochfester Transportbeton sowie Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung

Info

Publication number: DE102017007463A1
Application number: DE102017007463.1A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Klitsch; Carolin Wißler-Weber
Original assignee: Elementbau Osthessen und Co Elo KG GmbH
Current assignee: Elementbau Osthessen und Co Elo KG GmbH
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formulierung für einen ultrahochfesten Transportbeton, welcher neben Bindemitteln und Zuschlag auch Additive, Fasern und ein Thixotropierungsmittel umfasst. Die Erfindung zeigt auch ein Verfahren zur Herstellung eines ultrahochfesten Transportbetons. Ebenso wird ein ultrahochfester Transportbeton gelehrt, der Fasern umfasst und eine Zylinderdruckfestigkeit von mindestens 130 N/mm² aufweist. Auch wird die Verwendung des ultrahochfesten Betons zur Herstellung von Flächen und Gegenständen sowie zur Sanierung gezeigt. Ebenso ist ein Verfahren zur Herstellung einer Fläche aus dem ultrahochfesten Transportbeton Gegenstand der Erfindung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formulierung für ultrahochfesten Transportbeton, ein Herstellungsverfahren für ultrahochfesten Transportbeton sowie ultrahochfesten Transportbeton. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Fläche aus ultrahochfestem Transportbeton.
Hochfeste Betone und insbesondere ultrahochfeste Betone (UHFB) zeichnen sich nach Verfestigung durch ein dichtes und homogenes Mineralgefüge aus, welches einen geringen Kapillarporenanteil aufweist.
Ein wichtiger Unterschied in der Formulierung, d.h. in der Rezeptur, eines UHFB zu einem Normalbeton liegt im geringen Wasser-Bindemittel-Wert. Der Wasser-Bindemittel-Wert beschreibt hierbei das Massenverhältnis von Wassermenge zu Bindemittelmenge, zumeist Zement, um eine vollständige Hydratation zu erreichen. Ultrahochfeste Betone weisen hierbei Werte zwischen 0,17 und 0,25 auf, während Normalbeton in der Regel einen Wasser-Bindemittel-Wert von 0,5 bis 0,7 aufweist.
Hieraus ist ersichtlich, dass in UHFB nach der Aushärtung wenig freies Wasser vorhanden ist, was zur Bildung von Poren, insbesondere Kapillarporen, welche die Stabilität nachteilig beeinflussen, führen könnte.
UHFB zeichnen sich durch ihre guten mechanischen Eigenschaften aus, insbesondere eine erhöhte Druckfestigkeit, die nach 28 Tagen wenigstens 120 N/mm² beträgt. Ebenso werden Elastizitätsmodule nach 28 Tagen, die größer als 35.000 N/mm² sind, erreicht, wobei diese Werte für einen bei 20°C aufbewahrten und auf 20°C gehaltenen Beton angegeben sind.
Die vorteilhaften Eigenschaften von UHFB wie erhöhte Druckfestigkeit werden neben dem niedrigen Wasser-Bindemittel-Verhältnis auch durch die Verwendung weiterer Zusatzstoffe, wie Feinstfüllstoffe insbesondere feine Silikastoffe wie Silikapulver und -staub, welche regelmäßig bei der UHFB Herstellung zum Einsatz kommen, erzielt. Hierbei weisen die feinen Pulver sehr kleine Korngrößen im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Komponenten auf. Zudem werden auch Zuschlagstoffe wie zum Beispiel feiner Quarzsand und Quarzmehle verwendet, wodurch die Dichte des ausgehärteten Betons zusätzlich gesteigert werden kann.
Allerdings haben die verfügbaren UHFB verschiedene Nachteile. Mit der hohen Druckfestigkeit geht eine Abnahme verschiedener anderer Parameter einher. So lassen sich gängige UHFB aufgrund ihres niedrigen Wasser-Bindemittel-Wertes nur schwierig verarbeiten. Ebenso zeigen UHFB ein starkes Schwindverhalten. Weiterhin weisen UHFB häufig ein Versagen ohne Vorankündigung auf und sind spröde.
Um diesen unerwünschten Effekten entgegenzuwirken und um die mechanischen Eigenschaften von hochfesten und ultrahochfesten Betonen zu verbessern, werden unterschiedliche Vorgehen im Stand der Technik vorgeschlagen. Zum Beispiel kommen verschiedene Additive wie Fließmittel, Verzögerer, Thixotropierungsmittel, Stellmittel und weitere Substanzen zum Einsatz, wobei diese wiederum negativen Einfluss auf die vorteilhaften Eigenschaften von UHFB nehmen können. Neben der Zugabe von Additiven werden auch Fasern zugefügt, um die Eigenschaften von UHFB zu verbessern.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene UHFB bekannt, denen verschiedenste Additive beigemengt werden, um beispielsweise die Verarbeitungszeit, die Fließfähigkeit und weitere physikalische und mechanische Eigenschaften positiv zu beeinflussen.
Die DE 102011087367 A1 offenbart Mischungen von hochfestem Beton (HFB) und Verstärkungsfasern, wobei die Verstärkungsfasern als vereinzelte Bündel im ultrahochfesten Beton derart vorliegen, dass die Bündel im Wesentlichen allseitig vom Beton umgeben sind.
Die DE 102013108836 A1 beschreibt einen UHFB, der aus Zement, Gesteinskörnung, Wasser, Zusatzstoffen und Zusatzmitteln hergestellt wird, wobei die Gesteinskörnung 800 kg bis 1.300 kg Basaltsplitt pro Kubikmeter Beton umfasst. Der offenbarte UHFB eignet sich zur Herstellung von Betonbauteilen im Schleuderverfahren.
Die WO 2017/098409 A1 bezieht sich auf eine UHFB-Formulierung, welche die Herstellung von Beton mit guten mechanischen Eigenschaften, wie Zugkraft, Druckfestigkeit, Verformung, Haltbarkeit, Dehnbarkeit und Duktilität beschreibt. Der beschriebene UHFB weist Fasern auf und kann zu reduzierten Kosten hergestellt werden.
Ultrahochfeste Betone werden in der Praxis nur selten eingesetzt, da diese Betonmischungen sehr teuer sind. Regelmäßig betragen die Kosten etwa das 10-fache eines Normalbetons. Herkömmliche UHFB enthalten unter anderem teure Additive und Zusatzsowie Zuschlagstoffe, woraus der hohe Preis resultiert. Ein weiterer Nachteil bei der Verarbeitung von UHFB ist die Zähig- und Klebrigkeit. Dies erschwert die Verarbeitung erheblich, da UHFB auf herkömmlichem Wege häufig nicht gepumpt werden können. Diese Eigenschaft erfordert hohen manuellen Aufwand beim Einbringen in eine Form, was den Verarbeitungsaufwand enorm steigert. Ebenso wird von dieser Eigenschaft maßgeblich auch der Herstellungsort, der Transport und die Verarbeitbarkeit beeinflusst. Es ist ein enormer apparativer Aufwand erforderlich, da mobile Mischvorrichtungen nahe an den Einbauort gebracht werden müssen, da ein Transport in herkömmlichen Transportmitteln schwierig ist. Hinzu kommt, dass die hohe Zähigkeit beim Verarbeiten neben dem manuellen Aufwand häufig bei großen Flächen auch erheblichen maschinellen Aufwand benötigt, was zusätzlich die Verarbeitung erschwert und verteuert. Weiterhin weisen aus dem Stand der Technik bekannte UHFB den Nachteil auf, dass sie typischerweise sehr spröde sind. Die UHFB weisen eine relativ geringe Duktilität auf, d.h. das Vermögen solcher UHFB, sich bei Überbelastung plastisch zu verformen, bevor der Beton versagt und es zu einem Bruch kommt, ist gering. Zudem weisen die bekannten UHFB häufig eine unerwünschtes Schwindverhalten auf.
Additive und Zusatz- sowie Zuschlagstoffe, die die mechanischen Eigenschaften verbessern, haben zudem häufig den Effekt, dass sie beispielsweise die Verarbeitbarkeit verbessern, aber die Druckfestigkeit herabsetzen bzw. die Elastizität oder Zugfestigkeit verbessern und gleichzeitig andere vorteilhafte Eigenschaften des UHFB verschlechtern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Formulierung für einen ultrahochfesten Transportbeton, ein Verfahren zu der Herstellung eines ultrahochfesten Transportbetons und einen ultrahochfesten Transportbeton bereitzustellen, der die vorgenannten Nachteile überwindet und insbesondere eine hohe Druckfestigkeit bei gleichzeitiger guter Verarbeitbarkeit hat. Ebenso liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, dass der ultrahochfeste Transportbeton auch eine gute Zugfestigkeit aufweist und zudem verbesserte Schwindeigenschaften hat. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde die Herstellung einer Fläche aus entsprechendem UHFB bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die vorliegende Erfindung, indem eine Formulierung für einen ultrahochfesten Transportbeton, ein Verfahren zur Herstellung eines ultrahochfesten Transportbetons und ein ultrahochfester Transportbeton sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Fläche aus ultrahochfestem Transportbeton bereitgestellt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formulierung für ultrahochfesten Transportbeton umfassend, 5 - 15 Gew.% Wasser, 25 - 45 Gew.% Bindemittel, insbesondere Zement, 3-10 Gew.% Feinstfüllstoffe, 30 - 55 Gew.% Zuschlag, 1 - 4 Gew.% Additive, 0,05 - 0,5 Gew.% Thixotropierungsmittel, 1,5 - 15 Gew.% Fasern, wobei das Wasser-Bindemittel-Verhältnis 0,18 - 0,23 beträgt, wobei die Additive mindestens ein Fließmittel und/oder einen Verzögerer umfassen und wobei der Zuschlag Quarzmehl und Sand umfasst.
Angaben in Gewichtsprozent (Gew.%) beziehen sich jeweils auf den prozentualen Massenanteil einer Komponente bezogen auf die Masse einer Referenzkomponente. Soweit nicht anders erwähnt beziehen sich Gew.% - Angaben auf die Masse der Gesamtheit der Einzelkomponenten.
Angaben in Volumenprozent (Vol.%) beziehen sich jeweils auf den prozentualen Volumenanteil einer Komponente bezogen auf das Volumen einer Referenzkomponente. Soweit nicht anders erwähnt beziehen sich Vol.% - Angaben auf das Gesamtvolumen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ultrahochfester Transportbeton als Gemisch aus Bindemittel, insbesondere Zement, Zuschlagsstoffen, insbesondere Quarzsand und Quarzmehl, Fließmittel und Anmachwasser zu verstehen, wobei der Beton verfestigt oder noch in fließfähigem Zustand vorliegen kann. Der Beton kann außerdem Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel, wie zum Beispiel Feinstfüllstoffe wie Silikapulver, insbesondere Microsilika, und entsprechendes Microsilika-Slurry enthalten, welche erlauben, die Eigenschaften des Betons gezielt einzustellen. Ungeachtet dessen soll ultrahochfester Transportbeton jedoch vorliegend in seiner breitesten technischen Bedeutung beansprucht werden.
Die Klassifizierung eines Betons als UHFB wird anhand des verfestigten bzw. ausgehärteten Betons bestimmt. Ausgehärteter Beton soll hier im Sinne einer vollständigen Verfestigung verstanden werden. Unter UHFB im Sinne dieser Erfindung werden auch Betone mit einer Zylinderdruckfestigkeit nach SN EN 12390-3:2009, Anhang B, von größer gleich 130 N/mm².
Unter Transportbeton im Sinne dieser Erfindung versteht man Beton, der zum Transport geeignet ist. Transportbeton im Sinne der Erfindung ist somit Beton, der in stationären Mischvorrichtungen zentral hergestellt wird und dann direkt auf einer Baustelle verarbeitet wird oder mit Transportvorrichtungen zur Einsatzstelle transportiert wird. Der ultrahochfeste Transportbeton kann auch in einer mobilen Anlage am Ort des Einsatzes oder in räumlicher Nähe zur Einsatzstelle hergestellt und dann nach einem kurzen Transportweg zur Einsatzstelle gebracht und verarbeitet werden.
Fließmittel beeinflussen die Fließfähigkeit des Frischbetons. Die Wirkung eines Fließmittels beruht regelmäßig auf einer Verteilung von Bindemittel-, insbesondere Zementagglomeraten in der Mischung, wobei eine vorteilhafte Verteilung der Bindemittelanteile im Beton durch ihr verbessertes Fließverhalten erreicht wird.
Thixotropierungsmittel haben regelmäßig den Effekt, dass der Frischbeton, bei der Verarbeitung durch Eintrag von kinetischer Energie fließfähig wird, und ohne Eintrag von kinetischer Energie formstabil ist. Unter Thixotropierungsmitteln werden im Sinne der Erfindung auch sog. Stellmittel verstanden.
Als Frischbeton im Sinne der Erfindung wird noch nicht erhärteter Beton bezeichnet, bei dem der Zementleim noch nicht abgebunden ist und die Bildung der CSH-Phasen noch nicht begonnen hat. Frischbeton ist noch verarbeitbar, d.h. formbar und zum Teil fließfähig. Als Beton wird im Sinne der Erfindung abgebundener, d.h. ausgehärteter Beton verstanden. Außerdem wird unter Beton im Sinne der Erfindung auch sog. junger Beton verstanden, bei dem der Abbindevorgang gerade stattfindet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Formulierung 5 - 10 Gew.%, bevorzugt 6 - 9 Gew.% Wasser und 30 - 40 Gew.%, bevorzugt 32 - 38 Gew.% Zement als Bindemittel. Auch umfasst die Formulierung 3 - 9 Gew.%, bevorzugt 4 - 8 Gew.% Feinstfüllstoffe, bevorzugt Silikastaub, bevorzugter Microsilika sowie 35 - 50 Gew.%, bevorzugt 37 - 47 Gew.% Zuschlag und 1 - 3 Gew.%, bevorzugt 1 - 2,5 Gew.% Additive sowie 0,075 - 0,4 Gew.%, bevorzugt 0,1 bis 0,35 Gew.% Thixotropierungsmittel.
Bindemittel sind anorganische oder organische Substanzen, die im plastischen Zustand verarbeitbar sind und die im Laufe einer bestimmten Zeit erhärten und dabei andere Stoffe fest miteinander verbinden. Als Bindemittel können alle dem Fachmann geläufigen Mittel verwendet werden wie Zement oder Kalk. Bevorzugt wird Zement, insbesondere Portlandzement verwendet.
Feinstfüllstoffe sind feine und ultrafeine Substanzen. Bevorzugt sind die Feinstfüllstoffe Silikastäube, bevorzugter Microsilika (silica fume). Mikrosilika ist feines und ultrafeines amorphes Siliziumdioxid mit einer hohen spezifischen Oberfläche. Microsilika werden als Pulver oder als Suspension, sogenanntes Slurry, verwendet.
Zuschläge umfassen dem Fachmann bekannte natürliche Gesteinskörnungen wie Sande, insbesondere Quarzsand und Basaltsand, Kiese, Schotter, Splitter, Brechsande, Felsgesteine und künstliche Gesteinskörnungen wie Schlacken und Hüttensande. Bevorzugt werden Sande und insbesondere Quarzsand verwendet. Quarzsande können hierbei in verschiedenen Korngrößen eingesetzt werden. Im Sinne dieser Erfindung werden Quarzsande mit mittleren Korngrößen (d_50%) kleiner gleich 0,1 mm als Quarzmehle bezeichnet. Quarzsande und Quarzmehle können auch als Mischungen verwendet werden. Insbesondere werden Mischungen aus verschiedenen Quarzsanden und Quarzmehlen verwendet.
Vorteilhaft wird in der Formulierung für den Transportbeton Quarzsand mit einer mittleren Korngröße kleiner gleich 1 mm, bevorzugt kleiner gleich 0,9 mm, wobei die mittlere Korngröße größer 0,15 mm ist, oder Mischungen hieraus verwendet. In der Formulierung wird bevorzugt Quarzmehl mit einer mittleren Korngröße (d_50%) kleiner gleich 0,1 mm, bevorzugter kleiner gleich 0,09 mm verwendet. Quarzmehl hat eine mittlere Korngröße von größer gleich 0,01 mm.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der Zuschlag aus einer Mischung aus Quarzsand und Quarzmehl. Der Anteil an Quarzmehl an der Masse des Gesamtzuschlags beträgt mindestens 20 Gew.%, bevorzugt mindestens 25 Gew.% und bevorzugter mindestens 30 Gew.%. Der Anteil an Quarzmehl an der Masse des Gesamtzuschlags beträgt höchstens 70 Gew.%, bevorzugt höchstens 60 Gew.% und bevorzugter höchstens 50 Gew.%.
Als Fasern können in der Formulierung alle dem Fachmann bekannten Fasern eingesetzt werden. Vorteilhaft sind die Fasern ausgewählt aus Textilfasern, Kunststofffasern, Carbonfasern, Glasfasern, Basaltfasern und Metallfasern. Es können aber auch Mischungen aus verschiedenen Fasern verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Fasern Metallfasern, bevorzugt Stahlfasern und noch bevorzugter hochfeste Stahlfasern.
Die Fasern haben einen Durchmesser von 0,05 - 1 mm, bevorzugt 0,075 - 0,75 mm, bevorzugter 0,1 - 0,5 mm und noch bevorzugter 0,15 - 0,3 mm.
Die Länge der Fasern beträgt 1 - 50 mm, bevorzugt 1 - 40 mm, bevorzugter 1 - 30 mm, noch bevorzugter 2 - 20 mm und noch bevorzugter 3 - 15 mm.
Als Additive werden Fließmittel, Betonverflüssiger, Dichtungsmittel, Verzögerer, Beschleuniger, Einpresshilfen und Stabilisierer sowie Mischungen hieraus verwendet. Bevorzugt werden mindestens ein Fließmittel und/oder Verzögerer verwendet.
Fließmittel ändern die Konsistenz von Frischbeton und können grenzflächenaktive Substanzen wie Naphtalinsulfonate und Ligninsulfonate und/oder dispergierende Stoffe wie Melaminharze und Polycarboxylate sein. Das mindestens eine Fließmittel ist bevorzugt ein Polycarboxylat, bevorzugter ein Polycarboxylatester oder Polycarboxylatether oder Mischungen daraus, noch bevorzugter ein Polycarboxylatether.
Verzögerer verlangsamen das Erstarren des Frischbetons und verlängern die Verarbeitungszeit. Als Verzögerer können anorganische Substanzen wie Phosphate, Natriumtetraborat, Calciumcitrat und Calciumtatrat und/oder organische Substanzen wie Hydroxycarbonsäuren, Ligninsulfonate und Saccharose eingesetzt werden. Bevorzugt werden modifizierte Phosphate eingesetzt.
Thixotropierungsmittel, die im Sinne der Erfindung auch Stellmittel umfassen, ermöglichen die formstabile Verarbeitung des UHFB. Sie bewirken ein Ansteifen, d.h. Thixotropierung des UHFB. Hierdurch wird verhindert, dass der UHFB bei der Verarbeitung wegläuft. Außerdem wird verhindert, dass der Zement durch fließendes Wasser ausgewaschen wird. Als Thixotropierungsmittel können sowohl anorganische als auch organische Substanzen verwendet werden. Bevorzugt werden modifizierte organische Substanzen eingesetzt wie beispielsweise Kunststofffasern, insbesondere Polyethylen-Kurzfasern. Die Menge des eingesetzten Thixotropierungsmittels richtet sich unter anderem nach dem Einsatzgebiet. In Bereichen mit hohem Gefälle sind höhere Mengen Thixotropierungsmittel notwendig, um ein Fließen des aufgebrachten Frischbetons zu verhindern. Allerdings beeinflussen Mengen, die über die erfindungsgemäße Menge hinausgehen, die Druckfestigkeit des ausgehärteten UHFB nachteilig.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Thixotropierungsmittel fest oder flüssig oder eine Mischung hieraus. Bevorzugt ist das Thixotropierungsmittel eine Flüssigkeit.
Die genannten Aufzählungen sind nicht abschließend und umfassen alle dem Fachmann bekannten Stoffe, die bei der Herstellung von Beton, insbesondere ultrahochfestem Beton, zum Einsatz kommen können.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines ultrahochfesten Transportbetons. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst hierbei die folgenden Schritte:

a) Mischen von Trockenkomponenten, insbesondere Zement und Zuschlag in einer Mischvorrichtung für 1 - 10 min, bevorzugt 1,5 - 7 min, bevorzugter 2 - 6 min und noch bevorzugter 2,5 - 5 min, wobei die Temperatur der Mischung 40°C oder weniger, bevorzugt 35°C oder weniger, bevorzugter 30°C oder weniger, noch bevorzugter 25°C oder weniger und am bevorzugtesten 20°C oder weniger beträgt,
b) Zugabe von Wasser und Mischen für 1 - 10 min, bevorzugt 1,5 - 7 min, bevorzugter 2 - 6 min und noch bevorzugter 2,5 - 5 min, wobei die Temperatur der Mischung 40°C oder weniger, bevorzugt 35°C oder weniger, bevorzugter 30°C oder weniger, noch bevorzugter 25°C oder weniger und am bevorzugtesten 22°C oder weniger beträgt,
c) Zugabe von Fasern über einen Zeitraum von 1 - 10 min, bevorzugt 1,5 - 7 min, bevorzugter 2 - 6 min und noch bevorzugter 2,5 - 5 min während der Mischvorgang fortgeführt wird, wobei die Temperatur der Mischung 40°C oder weniger, bevorzugt 35°C oder weniger, bevorzugter 30°C oder weniger und noch bevorzugter 26°C oder weniger beträgt,
d) Zugabe von Thixotropierungsmittel und Mischen für 0,1 - 10 min, bevorzugt 0,5 - 7 min, bevorzugter 0,75 - 5 min und noch bevorzugter 1 - 2 min,
e) Entnehmen des Frischbetons aus der Mischvorrichtung, wobei der Frischbeton eine Temperatur von 40°C oder weniger, bevorzugt 35°C oder weniger und bevorzugter 33°C oder weniger aufweist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird UHFB, der für den Transport geeignet ist, erhalten.
Die Mischzeiten der einzelnen Komponenten in den verschiedenen Schritten erlauben die Herstellung von UHFB - Frischbeton, der nach ca. 40 min bereitsteht und direkt vor Ort verarbeitet oder zu einem entfernter liegenden Verarbeitungsort transportiert werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn während des Transports der Frischbeton kontinuierlich in Bewegung gehalten wird, um die spätere Entnahme zu erleichtern und die Bildung von sog. „Elefantenhaut“, die durch Wasserverdunstung an der Oberfläche entsteht, zu vermeiden.
Durch das erfindungsgemäße Temperaturprofil wird zudem gewährleistet, dass der Abbindeprozess kontrolliert werden kann, was sich vorteilhaft auf die Verarbeitungszeit auswirkt. Hierdurch kann die Zugabe von Additiven reduziert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die folgenden Substanzen und Komponenten miteinander vermischt werden, um Frischbeton eines Transportbetons für die weitere Verarbeitung zu erhalten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden in den Schritten a) bis d) des erfindungsgemäßen Verfahrens 5 - 15 Gew.% Wasser, 25 - 45 Gew.% Bindemittel, insbesondere Zement, 3 - 10 Gew.% Feinstfüllstoffe, 30 - 55 Gew.% Zuschlag, 1 - 4 Gew.% Additive, 0,05 - 0,5 Gew.% Thixotropierungsmittel, 1,5 - 15 Gew.% Fasern zugegeben und vermischt.
Bevorzugt werden 5 - 10 Gew.%, bevorzugt 6 - 9 Gew.% Wasser und 30 - 40 Gew.%, bevorzugt 32 - 38 Gew.% Zement, 3 - 9 Gew.%, bevorzugt 4 - 8 Gew.% Feinstfüllstoffe, bevorzugt Silikastaub, bevorzugter Microsilika sowie 35 - 50 Gew.%, bevorzugt 37 - 47 Gew.% Zuschlag und 1 - 3 Gew.%, bevorzugt 1 - 2,5 Gew.% Additive sowie 0,075 - 0,4 Gew.%, bevorzugt 0,1 bis 0,35 Gew.% Thixotropierungsmittel und 1,5 - 15 Gew.% Fasern zugegeben und vermischt.
Es können auch weitere Substanzen und Komponenten in einem der Schritte a) - d) zugegeben werden.
Alle zugesetzten Komponenten werden über eine Wiegeeinheit abgewogen und/oder vordosiert zugegeben.
Vorteilhaft werden feine Zuschlagstoffe durch ein geschlossenes System insbesondere Rohrleitungen auf die Wiegeeinrichtung gefördert. Hierdurch wird Staubentwicklung vermieden. Alternativ können feine Zuschlagstoffe, aber auch weitere Komponenten, insbesondere die Fasern, vorher abgewogen und bereitgestellt werden.
In Schritt a) werden Trockenkomponenten, insbesondere Zement und Zuschlag gemischt.
In einer Ausführungsform werden in Schritt a) auch Feinstfüllstoffe, bevorzugt Silikastaub, bevorzugter Microsilika in trockener Pulverform zugegeben.
In einer weiteren Ausführungsform wird Feinstfüllstoff, bevorzugt Silikastaub, bevorzugter Microsilika in Schritt b) in suspendierter Form als Slurry zugegeben.
Vorteilhaft werden in Schritt b) Additive zugegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) mindestens ein Additiv zugegeben ausgewählt aus Fließmitteln und Verzögerern. Es können in Schritt b) aber auch sowohl Fließmittel als auch Verzögerer zugegeben werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Fasern in Schritt c) vor der Zugabe aufgelockert.
Bevorzugt werden in Schritt c) die Fasern über eine Rutsche zugeführt. Die Rutsche umfasst eine Auflockerungsvorrichtung, um Verklumpungen der Fasern zu vermeiden. Die Auflockerungsvorrichtung ist eine Vorrichtung die Vibrationen und/oder Rütteln verursacht, wobei eine Rüttelvorrichtung bevorzugt ist.
Durch die Auflockerungsvorrichtung ist es möglich Verklumpungen der Fasern in der Mischung und damit im Frischbeton und Beton zu vermeiden. Durch die Rutsche, die die Auflockerungseinrichtung umfasst, ist es möglich innerhalb kurzer Zeit erfindungsgemäße Mengen an Fasern dem Mischvorgang zuzuführen. Vorteilhaft können die Fasern aufgelockert und kontrolliert der Mischung zugeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in Schritt d) das Thixotropierungsmittel als Flüssigkeit zugegeben.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Mischvorrichtung eine Kühlvorrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform wird in einem der Schritte a) - d) mindestens ein Kühlmittel zugegeben. Geeignete Kühlmittel sind beispielsweise Trockeneis und/oder flüssiger Stickstoff.
Durch die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten tritt der überraschende Effekt auf, dass nach Zugabe eines Fließmittels in Schritt b) eine trockene Mischung in eine fließfähige Mischung umschlägt. Hierdurch wird die spätere Verarbeitbarkeit erheblich verbessert. Ebenso wird die homogene Verteilung und die zeitsparende Zuführung der Fasern nochmals verbessert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden in Schritt c) 1 - 3 Vol.% Fasern bezogen auf die Gesamtmischung zugegeben und homogen in Schritten c) und d) in der Mischung verteilt.
In einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt d) mindestens ein Verzögerer zugegeben.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann nach allen Schritten, insbesondere nach Schritt d), eine Nachdosierung von Komponenten vorgenommen werden. Bevorzugt werden nach Schritt d) Wasser und / oder Fließmittel nachdosiert.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen ultrahochfesten Transportbeton.
Der erfindungsgemäße ultrahochfeste Transportbeton umfasst Fasern, wobei der Anteil an Fasern 0,5 - 5 Vol.%, bevorzugt 1 - 4 Vol.%, bevorzugter 1,5 - 4 Vol.%, noch bevorzugter 2 - 3,5 Vol.% beträgt, und weist eine Zylinderdruckfestigkeit, f_Uck, bestimmt nach SN EN 12390-3:2009 - Anhang B, von mindestens 130 N/mm², bevorzugt mindestens 135 N/mm², bevorzugter mindestens 140 N/mm², noch bevorzugter mindestens 145 N/mm² und noch bevorzugter mindestens 150 N/mm² auf.
Vorteile des erfindungsgemäßen ultrahochfesten Transportbetons bestehen in der Erhöhung der Traglast einer Konstruktion, in die der Beton eingebracht wird, was beispielsweise bei der Brückensanierung vorteilhaft ist. Ebenso weist der ultrahochfeste Transportbeton eine sehr gute Witterungsbeständigkeit auf, da nahezu kein Wasser in den hochdichten Beton eindringen kann. Auch weist der ultrahochfeste Transportbeton eine hohe Widerstandfähigkeit gegen verschiedenste chemische Substanzen auf, insbesondere Substanzen wie anorganische Salze, insbesondere Streusalz, denen Fahrbahnen und Brücken regelmäßig ausgesetzt werden. Ebenso weist der Transportbeton eine hohe Beständigkeit im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Materialien wie Bitumen auf, wenn er zum Beispiel als Abdichtung verwendet wird. Der ultrahochfeste Transportbeton weist ebenfalls eine hohe Verschleißbeständigkeit auf und kann beispielsweise als Deckschicht für eine Fahrbahn verwendet werden.
Als Fasern im ultrahochfesten Transportbeton können alle dem Fachmann bekannten Fasern genutzt werden. Vorteilhaft sind die Fasern ausgewählt aus Textilfasern, Kunststofffasern, Carbonfasern, Glasfasern, Basaltfasern und Metallfasern. Es können aber auch Mischungen aus verschiedenen Fasern verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Fasern Metallfasern, bevorzugt Stahlfasern und noch bevorzugter hochfeste Stahlfasern.
Die Fasern haben einen Durchmesser von 0,05 - 1 mm, bevorzugt 0,075 - 0,75 mm, bevorzugter 0,1 - 0,5 mm und noch bevorzugter 0,15 - 0,3 mm.
Die Länge der Fasern beträgt 1 - 50 mm, bevorzugt 1 - 40 mm, bevorzugter 1 - 30 mm, noch bevorzugter 2 - 20 mm und noch bevorzugter 3 - 15 mm.
Vorteilhaft sind die Fasern homogen im Beton verteilt. Die Ausbildung von Faserbündeln, sog. Igelbildung, die zur Verklumpung von Fasern im Beton führen, sind nachteilig, da sie die mechanischen Eigenschaften des ultrahochfesten Transportbetons beeinträchtigen können. Unter homogener Verteilung wird eine weitestgehend gleichmäßige Verteilung der Fasern im ultrahochfesten Transportbeton verstanden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Transportbeton mit der in Anspruch 1 genannten Formulierung hergestellt. Bevorzugt umfasst die Formulierung für die Herstellung des erfindungsgemäßen Transportbetons 5 - 10 Gew.%, bevorzugt 6 - 9 Gew.% Wasser und 30 - 40 Gew.%, bevorzugt 32 - 38 Gew.% Zement. Ebenso umfasst die Formulierung 3 - 9 Gew.%, bevorzugt 4 - 8 Gew.% Feinstfüllstoffe, bevorzugt Silikastaub, bevorzugter Microsilika sowie 35 - 50 Gew.%, bevorzugt 37 - 47 Gew.% Zuschlag und 1 - 3 Gew.%, bevorzugt 1 - 2,5 Gew.% Additive sowie 0,075 - 0,4 Gew.%, bevorzugt 0,1 bis 0,35 Gew.% Thixotropierungsmittel.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Frischbeton des ultrahochfesten Transportbetons mindestens ein Additiv, wobei das mindestens eine Additiv ein Fließmittel oder ein Verzögerer ist. Das Additiv ist im Beton in die ausgehärtete Betonmatrix integriert und kann aus dem abgebundenen Beton nicht mehr extrahiert werden.
Der Frischbeton kann auch ein Thixotropierungsmittel enthalten, wobei der Anteil an Thixotropierungsmittel im Frischbeton 0,05 - 1 Gew.%, bevorzugt 0,1 - 0,9 Gew.% und bevorzugter 0,2 - 0,8 Gew.% bezogen auf die Bindemittelmasse beträgt. Das Thixotropierungsmittel ist im Beton in die ausgehärtete Betonmatrix integriert und kann aus dem abgebundenen Beton nicht mehr extrahiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der ultrahochfeste Transportbeton mindestens ein Additiv und ein Thixotropierungsmittel im Frischbeton, wobei das mindestens eine Additiv ein Fließmittel oder ein Verzögerer, bevorzugt ein Fließmittel ist und wobei der Anteil an Thixotropierungsmittel im Frischbeton 0,05 - 1 Gew.%, bevorzugt 0,1 - 0,9 Gew.% und bevorzugter 0,2 - 0,8 Gew.% bezogen auf die Bindemittelmasse beträgt.
Das Wasser-Bindemittel-Verhältnis im Frischbeton des ultrahochfesten Transportbetons beträgt 0,17 - 0,23, bevorzugt 0,18 - 0,22 und bevorzugter 0,19 - 0,21.
Der Frischbeton des ultrahochfesten Transportbetons hat ohne Zugabe von Verzögerer eine Verarbeitungszeit von mindestens 100 min. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Beton eine Verarbeitungszeit von mindestens 110 min und bevorzugter mindestens 120 min ab Vermischung der einzelnen Komponenten ohne Beeinträchtigung der Frischbetoneigenschaften.
Durch Zugabe von Verzögerer kann die Verarbeitungszeit verlängert werden.
Der Frischbeton hat ein Setzfließmaß, bestimmt nach DIN EN 12350-8:2010-12 ohne Blockierring, von 40 - 80 cm, bevorzugt 45 - 70 cm, bevorzugter 48 - 65 cm, noch bevorzugter 50 -60 cm und am bevorzugtesten von 52 - 59 cm.
Der erfindungsgemäße ultrahochfeste Transportbeton weist eine Zugfestigkeit, f_Utu, bestimmt durch Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016 - Anhang E, von mindestens 7,5 N/mm², bevorzugt mindestens 8,5 N/mm², bevorzugter mindestens 9,5 N/mm² und noch bevorzugter mindestens 10,5 N/mm² auf.
Der erfindungsgemäße ultrahochfeste Transportbeton weist eine elastische Grenzzugfestigkeit, f_Ute, bestimmt durch Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016 - Anhang E, von mindestens 6,5 N/mm², bevorzugt mindestens 7,0 N/mm², bevorzugter mindestens 7,5 N/mm² und noch bevorzugter mindestens 8,0 N/mm² auf.
Das Verhältnis (f_Utuk/f_Utek) von Zugfestigkeit, bestimmt durch Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016, Anhang E, zu elastische Grenzzugfestigkeit, bestimmt durch Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016 - Anhang E, ist größer gleich 1,0, bevorzugt größer gleich 1,1, bevorzugter größer gleich 1,2 und noch bevorzugter größer gleich 1,3.
Die Dehnung bei Erreichen der Zugfestigkeit, ε_Utu, bestimmt durch Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016 - Anhang E, ist mindestens 1,5 ‰, bevorzugt mindestens 2,5 ‰, bevorzugter mindestens 3,5 ‰ und noch bevorzugter mindestens 4,5 ‰.
Der erfindungsgemäße ultrahochfeste Transportbeton weist ein Elastizitätsmodul, E_C,S, bestimmt nach SN EN 12390-13:2013, von mindestens 35.000 N/mm², bevorzugt mindestens 40.000 N/mm², bevorzugter mindestens 44.000 N/mm² und noch bevorzugter mindestens 46.000 N/mm² auf.
Die Wasseraufnahme, bestimmt nach SN EN 13057:2002, des erfindungsgemäßen Transportbetons ist kleiner 100 g/m²h^0.5, bevorzugt kleiner 75 g/m²h^0.5, bevorzugter kleiner 60 und noch bevorzugter kleiner 50 g/m²h^0.5.
Das Schwinden, bestimmt nach SIA 2052:2016 - Anhang C.7, beträgt weniger als 1,5 ‰, bevorzugt weniger als 1,25 ‰ und bevorzugter weniger als 1,0 ‰.
Die Gefälleeignung des Frisch UHFB wurde nach SIA 2052:2016 - Anhang C.5 ermittelt.
Der erfindungsgemäße ultrahochfeste Transportbeton zeichnet sich durch sein ausgewogenes Verhältnis an mechanischen Eigenschaften und seine gute Verarbeitbarkeit aus. Ebenso weist er eine hohe Dauerhaftigkeit aus, d.h. er hat eine lange Haltbarkeit. Zudem weist er eine hohe Beständigkeit gegenüber verschiedenen Chemikalien auf und ist witterungsbeständig. Die hohe Zylinderdruckfestigkeit, d.h. die Druckfestigkeit, in Kombination mit guter Zugfestigkeit und elastischer Grenzzugfestigkeit sind eine überraschende Merkmalskombination. Zudem weist der erfindungsgemäße UHFB geringes Schwinden auf. Diese vorteilhaften Eigenschaften gehen einher mit einer guten Verarbeitbarkeit und der Möglichkeit den UHFB sogar bei einem Gefälle von über 3% einzubauen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen ultrahochfesten Transportbeton, der durch das vorgenannte Verfahren erhältlich ist und Fasern umfasst, wobei der Anteil an Fasern 0,5 - 5 Vol.% , bevorzugt 1 - 4 Vol.%, bevorzugter 1,5 - 4 Vol.% und noch bevorzugter 2 - 3,5 Vol.% beträgt und der Beton eine Zylinderdruckfestigkeit, f_Uck, (SN EN 12390-3:2009 - Anhang B) von mindestens 130 N/mm², bevorzugt mindestens 135 N/mm², bevorzugter mindestens 140 N/mm², noch bevorzugter mindestens 145 N/mm² und noch bevorzugter mindestens 150 N/mm² aufweist.
Der so erhältliche Transportbeton weist sämtliche Eigenschaften und Parameter des vorgenannten ultrahochfesten Transportbetons auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Fläche aus erfindungsgemäßem ultrahochfesten Transportbeton umfassend die Schritte:

a) Vorbereiten des Untergrunds, auf den der ultrahochfeste Transportbeton aufgebracht werden soll,
b) Aufbringen des ultrahochfesten Transportbetons auf den vorbereiteten Untergrund unter konstantem Materialfluss,
c) Verteilen, Einebnen, Verdichten und Glätten des ultrahochfesten Transportbetons, wobei das Einebnen mittels einer Einebnungsvorrichtung durchgeführt wird, wobei die Einebnungsvorrichtung eine Länge in Längsachse der zu betonierenden Fläche von 10 - 100 cm, bevorzugt 20 - 90 cm, bevorzugter 30 - 80 cm und noch bevorzugter 35-70 cm aufweist, wobei das Verdichten mittels Einbringen von kinetischer Energie, bevorzugt mittels Vibrationen, in den ultrahochfesten Transportbeton durchgeführt wird, wobei Einebnen und Verdichten simultan und vor dem Glätten stattfinden.
d) Nachbehandeln der verdichteten und geglätteten Fläche.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Fläche aus ultrahochfestem Transportbeton können beispielsweise Fahrbahnen oder Abdichtungen auf Brücken hergestellt werden.
Der Vorteil solcher Flächen aus ultrahochfestem Transportbeton besteht in der höheren Beständigkeit im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten bituminösen Abdichtungen. Ebenso erhöht der erfindungsgemäße Transportbeton die Traglast einer Gesamtkonstruktion was beispielsweise bei der Brückensanierung vorteilhaft ist. Ebenso weist der ultrahochfeste Transportbeton eine sehr gute Witterungsbeständigkeit auf, da nahezu kein Wasser in den hochdichten Beton eindringen kann. Auch ist der Einbau im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Substanzen wie bituminöse Werkstoffe nicht witterungsabhängig und kann bereits bei Temperaturen oberhalb 5°C durchgeführt werden. Die hergestellten Flächen sind zudem für den Einsatz mit hoher mechanischer Beanspruchung geeignet.
In einer Ausführungsform hat die Fläche aus ultrahochfestem Transportbeton eine Dicke von 2 - 20 cm, bevorzugt 3 - 17 cm, bevorzugter 4 - 15 cm und noch bevorzugter 5 - 10 cm.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst Schritt a) einen Reinigungsschritt, wobei der Reinigungsschritt eine chemische und / oder mechanische Behandlung umfasst. Bevorzugt wird für die mechanische Reinigung ein Hochdruckreiniger verwendet. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Kombination von chemischem Behandlungsmittel, bevorzugt ein Oberflächenverzögerer, und einer mechanischen Vorbehandlung verwendet.
Bevorzugt wird vor Durchführung von Schritt b) das Setzfließmaß des ultrahochfesten Transportbetons ermittelt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wir in Schritt b) die Aufbringung des Betons quer zur Längsachse der Fläche durchgeführt.
Für das Verteilen in Schritt c) wird eine Verteilungsvorrichtung verwendet wird, wobei die Vorrichtung ein modifizierter Rechen und / oder eine Schnecke ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in Schritt c) der Frischbeton mit einer leichten Überhöhung vor der Einebnungsvorrichtung eingebaut.
Die Einebnungsvorrichtung aus Schritt c) kann sich über die gesamte Breite, d.h. die Ausdehnung orthogonal zur Einebnungsrichtung, der zu betonierenden Fläche erstrecken.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist in Schritt c) die Einebnungsvorrichtung aus Kunststoff und/oder Metall hergestellt. Bevorzugt ist die Einebnungsvorrichtung ein Blech, bevorzugter ein Stahlblech.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Einebnungsvorrichtung im vorderen Bereich, d.h. der dem einzuebnenden Frischbeton zugewandten Seite, nach oben gebogen, um den zu glättenden ultrahochfesten Transportbeton gleichmäßig unter die Einebnungsvorrichtung zu führen. Bevorzugt beträgt der Winkel zwischen der nach oben gebogenen Vorderseite und der zu bearbeitenden Oberfläche 5 - 65°, bevorzugter 5 - 55°, noch bevorzugter 5 - 45° und noch bevorzugter 10 - 25°. Diese Biegung führt dazu, dass der zu verarbeitende Beton gleichmäßiger unter die Einebnungsvorrichtung geführt wird und ein Aufreißen des Frischbetons verhindert wird.
Bevorzugt ist die Biegung im Endbereich schwanenhalsförmig ausgebildet, wodurch die Führung von Frischbeton unter die Einebnungsvorrichtung nochmals verbessert wird.
Ebenso ist die Einebnungsvorrichtung im hinteren Bereich abgerundet. Durch diese Abrundung wird gewährleistet, dass keine scharfen Kanten entstehen, die zu einem Aufreißen der eingeebneten Fläche führen.
Die Einebnungsvorrichtung wird in Schritt c) gleichmäßig und kontinuierlich über den vorgelegten ultrahochfesten Transportbeton geführt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung stellt die Einebnungsvorrichtung auch die kinetische Energie zum Verdichten bereit. Die kinetische Energie kann beispielsweise durch Vibration bereitgestellt werden. Andere Möglichkeiten sind dem Fachmann ebenfalls bekannt.
Hierdurch wird erreicht, dass sich der einzuebnende und zu verdichtende ultrahochfeste Transportbeton besser unter die Einebnungsvorrichtung führen lässt, ohne dabei aufzureißen.
Die Frequenz bei der Verdichtung kann variabel eingestellt werden, so dass diese den Beton- und Flächeneigenschaften angepasst wird. Vorteilhaft wird während Schritt c) eine voreingestellte Frequenz konstant gehalten. Dies bedeutet, dass diese in einem gewissen Frequenzbereich konstant ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird in Schritt d) ein Nachbehandlungsmittel aufgebracht. Hierbei kann es sich um eine Abdeckvorrichtung handeln, mit der die betonierte Fläche abgedeckt wird. Die Abdeckvorrichtung kann eine Folie, bevorzugt eine Kunststofffolie sein. Die Nachbehandlung kann aber auch das Aufbringen von flüssigen oder festen Nachbehandlungsmitteln umfassen. Bevorzugt wird eine Kombination von Aufbringen von flüssigem und/oder festem Nachbehandlungsmittel und Aufbringen einer Abdeckvorrichtung, bevorzugt einer Folie.
Bevorzugt wird Schritt d) direkt im Anschluss an die Einebnung, Verdichtung und Glättung eines Flächenabschnitts durchgeführt, noch bevor die Gesamtfläche Schritt c) vollständig unterzogen wurde. Dies hat den Vorteil, dass der Feuchtigkeitsverlust im verarbeiteten Frischbeton minimiert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen ultrahochfesten Transportbetons zur Herstellung von Flächen und / oder Gegenständen.
Ebenso kann der ultrahochfeste Transportbeton zur Fahrbahn- und/oder Brückensanierung verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird in verschiedenen gewerblichen Gebieten, insbesondere im Baugewerbe, hergestellt und/oder benutzt und ist somit auch gewerblich anwendbar.
Nachfolgend soll anhand einer Ausführungsform des Verfahrens der Herstellung eines erfindungsgemäßen Transportbetons und des Verfahrens zur Herstellung einer Fläche mit dem ultrahochfesten Transportbeton die Erfindung im Detail erklärt werden.
Die dargestellte Ausführungsformen stellen hinsichtlich der Allgemeinheit der beanspruchten Erfindung keine Einschränkung dar. Insbesondere werden die nachfolgend beanspruchten Merkmale in Alleinstellung wie auch in Zusammensicht mit den vorab beschriebenen Merkmalen jeweils beansprucht. Folglich wird vorliegend jede technisch möglich sowie im Sinne der vorliegenden Erfindung geeignete Kombination an Merkmalen beansprucht.
Ausführungsbeispiele
Messmethoden
Setzfließmaß
Das Setzfließmaß ist ein Maß für die Fließfähigkeit eines Frischbetons und somit für die Verarbeitbarkeit und wurde nach DIN EN 12350-8:2010-12 ohne Blockierring (Prüfung von Frischbeton - Teil 8: Selbstverdichtender Beton - Setzfließversuch) bestimmt.
Zylinderdruckfestigkeit
Die Zylinderdruckfestigkeit wurde nach SN EN 12390-3:2009 - Anhang B bestimmt. Das Prüfalter der Probekörper war 28 Tage, die Lagerung fand gemäß SN EN 12390-2 statt. Es wurde eine 5 MN Druckprüfmaschine verwendet. Vor Prüfbeginn wurden die Ober- und Unterseite der Probekörper planparallel geschliffen. Bei der angegebenen Zylinderdruckfestigkeit handelt es sich um die „charakteristische Zylinderdruckfestigkeit f_Uck“.
Elastizitätsmodul
Das Elastizitätsmodul unter Druckbelastung (Sekantenmodul) wurde nach SN EN 12390-13:2013 bestimmt. Das Prüfalter der Probekörper war 28 Tage, die Lagerung fand gemäß SN EN 12390-2:2013 statt. Es wurde eine 5 MN Druckprüfmaschine verwendet. Zylindrische Probekörper (L/D 200/100 mm) wurden nach SN EN 12390-13:2013 nach Verfahren B geprüft. Vor Prüfbeginn wurden die Ober- und Unterseite der Probekörper planparallel geschliffen. In Abweichung zum genormten Verfahren wurden die Probekörper 72 Stunden vor Prüfbeginn aus dem Wasser genommen und bei Raumklima (20°C) getrocknet. Messinstrument zur Messung der Betonstauchung: DD1-Wegaufnehmer mit einer Messlänge von 100 mm. Es wurde das stabilisierte Elastizitätsmodul (Sekantenmodul) E_C,S ermittelt.
Elastische Grenzzugfestigkeit, Zugfestigkeit, Dehnung bei Erreichen der Zugfestigkeit
Die elastische Grenzzugfestigkeit, f_Ute, die Zugfestigkeit, f_Utu, und die Dehnung bei Erreichen der Zugfestigkeit, ε_Utu, und das Verhältnis der Zugfestigkeiten, f_Utuk _/ f_Utek, wurden über die Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016 - Anhang E ermittelt. Die Mittelwerte der elastischen Grenzzugfestigkeit, f_Ute, und der Zugfestigkeit, f_Utu, gelten als charakteristische Werte der elastischen Grenzzugfestigkeit, f_Utek, und der Zugfestigkeit, f_Utuk. Das Prüfalter der Probekörper war 28 Tage, die Lagerung fand gemäß SIA 2052:2016 statt. Es wurde eine Beta 1000 Universalprüfmaschine (Fa. Messphysik) verwendet.
Schwindverhalten
Das Schwindverhalten, d.h. Schwinden, des UHFB wurde in Anlehnung an SIA 2052:2016 - Anhang C.7 bestimmt. Es wurde das Endschwindmaß ε_Us∞ angegeben. Lagerung bei Raumklima, ca. 20°C. Prüfgerät: LVDT Messaufnehmer der Schwindrinne (Fa. Schleibinger Geräte); Dauer: 6 Monate.
Wasseraufnahme
Die Wasseraufnahme von UHFB Probekörpern wurde nach SN EN 13057:2002 bestimmt. Um die Probekörper auf Massekonstanz zu bringen, wurden diese 7 Tage im Wärme-Umluftschrank bei 40°C getrocknet. Die Durchführung der Prüfung erfolgt gemäß Kapitel 5.4 von SN 13057:2002.
Gefälleeignung
Die Gefälleeignung von Frisch UHFB wurde nach SIA 2052:2016 - Anhang C.5 ermittelt. Es wurde eine Platte aus Beton mit den Abmessungen 3,0 m in Gefällerichtung und 1,0 m Breite und 0,22 m Höhe hergestellt. Die Neigung in Gefällerichtung betrug 3,5 %. Auf die Oberfläche wurde nach dem Betonieren ein Oberflächenverzögerer aufgetragen. Einen Tag später wurde nach Aufrauen der Oberfläche mit einem Hochdruckreiniger eine 7 cm Dicke UHFB-Schicht aufgebracht und leicht verdichtet. Die Neigung wurde nach Erhärten des UHFB mittels einer Wasserwaage überprüft.
Beispiel 1
Alle Massenanteile sind im Folgenden auf die Masse des Zements bezogen.
Zur Herstellung einer Mischung von ultrahochfestem Transportbeton wurde ein Massenanteil Zement (CEM I 52,5R HS-NA), 0,18 Massenanteile Silikastaub, 1,2 Massenanteile Zuschlag, bestehend aus Quarzmehl mit einer mittleren Korngröße von 15 - 90 µm und Quarzsand mit einer mittleren Korngröße von 0,1 bis 0,9 mm, 0,039 Massenanteile Fließmittel (Sika ViscoCrete 2810) und Thixotropierungsmittel (Sika Thixo-2) sowie 0,28 Massenanteile an Stahlfasern mit einem Durchmesser von 0,16 mm und einer Länge von 13 mm verwendet.
In einem Betonmischer wurden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Zement, Silikastaub und Zuschlag für 3 min gemischt, wobei die Temperatur 20°C nicht überschritt. Anschließend wurden Wasser und Fließmittel zugegeben und erneut für 3 min gemischt, wobei die Temperatur 22°C nicht überschritt. Hierauf folgend wurden unter ständigem Mischen über einen Zeitraum von 4 min die Stahlfasern in aufgelockerter Form der Mischung zugegeben und anschließend das Thixotropierungsmittel zugefügt, wobei die Temperatur 26°C nicht überschritt. Es wurde für eine Minute weitergemischt.
Anschließend erfolgte die Abfüllung des Frischbetons in einen Transportmischer.
Beispiel 2
Der in Beispiel 1 hergestellte Frischbeton wurde in einen Transportmischer gefüllt und zum Einsatzort transportiert, wobei der Frischbeton ununterbrochen in Bewegung gehalten wurde. Am Einsatzort wurde vor der Anlieferung des Frischbetons mit einem Hochdruckreiniger der Untergrund vorbehandelt. Der Frischbeton wurde vor der Einebnungsvorrichtung aus Stahlblech platziert und mittels Rechen auf eine vorher festgelegte Materialhöhe verteilt, bevor die Einebnungsvorrichtung über den verteilten Frischbeton geführt wurde. Die Verteilung auf eine vorher festgelegte Materialhöhe vor der Einebnungsvorrichtung war wichtig, um ein gleichmäßiges und kontinuierliches Einebnen und Verdichten zu ermöglichen. Die Einebnungsvorrichtung umfasste auch eine Einheit, die kinetische Energie in Form von Vibrationen erzeugte, so dass die Einebnungsvorrichtung das Material, d.h. den vorverteilten Frischbeton einebnete und gleichzeitig verdichtete. Durch die Vibrationen wurde zudem die Fließfähigkeit des Frischbetons erhöht, was dazu führte, dass der Frischbeton besser unter die Einebnungsvorrichtung geführt werden konnte, wodurch ein vorteilhafteres Verdichtungsergebnis bereitgestellt wurde.
Die Länge in Längsachse er zu betonierenden Betonfläche, d.h. in Bewegungsrichtung der Einebnungsvorrichtung, der Einebnungsvorrichtung ist vom Setzfließmaß des zu verarbeitenden Betons und der Dicke der herzustellenden Fläche abhängig. Vorteilhaft liegt die Länge im Bereich von 25 -100 cm.
An der Vorderseite, d.h. der dem einzuebnenden Frischbeton zugewandten Seite, ist die Einebnungsvorrichtung nach oben gebogen, so dass zwischen der nach oben gebogenen Vorderseite und der zu bearbeitenden Frischbetonoberfläche ein spitzer Winkel aufgespannt wird. Zudem weist das dem Frischbeton zugewandte Ende der Einebnungsvorrichtung eine andere Biegung auf und ist schwanenhalsförmig ausgebildet. Durch diese Form der Vorderseite der Einebnungsvorrichtung wurde der einzuebnende Frischbeton einerseits behutsam unter die Einebnungsvorrichtung geführt und andererseits wurde überschüssiger Frischbeton wieder zurück vor die Einebnungsvorrichtung geführt, so dass er sich erneut vor der Einebnungsvorrichtung sammelte.
Die Einebnungsvorrichtung mit Vibrationsvorrichtung wurde gleichmäßig und kontinuierlich über den Frischbeton gezogen, wobei die Verdichtung mit einer an den Frischbeton angepassten Frequenz stattfand. Im Anschluss hieran fand die Glättung statt.
Bereits eingeebnete, verdichtete und geglättete Bereiche wurden sofort mit einem Nachbehandlungsmittel behandelt und anschließend mit einer Folie abgedeckt und die Seiten wurden zugluftdicht verschlossen.
Beispiel 3

Gemäß Beispiel 1 wurde ein ultrahochfester Beton mit folgenden Eigenschaften hergestellt, wobei die Messwerte und Parameter gemäß den vorgenannten Messverfahren bestimmt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

	Wert
Zylinderdruckfestigkeit, f_Uck, [N/mm²]	154
E-Modul, E_C,S, [N/mm²]	46.600
Elastische Grenzzugfestigkeit, f_Ute, [N/mm²]	8,4
Zugfestigkeit, f_Utu, [N/mm²]	12,5
f_Utuk / f_Utek	1,5
Dehnung bei Erreichen der Zugfestigkeit, ε_Utu, [‰]	6,8
Wasseraufnahme (Kapillarkoeffizient) [g/m²h^0.5]	47
Gefälleeignung	+
Verarbeitbarkeit	+
Schwinden, ε_Us∞, [‰]	0,95

Die Beispiele zeigen die gute Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Betons. Insbesondere Beispiel 2 zeigt, wie Flächen aus dem erfindungsgemäßen Transportbeton hergestellt werden können.
Aus Tabelle 1 sind die vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Betons ersichtlich. Es ist klar ersichtlich, dass die Druckfestigkeit und die Elastizität bzw. die Zugfestigkeiten in einem vorteilhaften Verhältnis zueinander stehen. Auch zeigt die geringe Wasseraufnahme, dass der erfindungsgemäße Beton eine hohe Dichtigkeit aufweist und das Eindringen von Wasser verhindert. Hieraus kann eine hohe Witterungsbeständigkeit abgeleitet werden. Zudem zeigt der erfindungsgemäße Beton, dass er ein vorteilhaftes Schwindverhalten hat und nur zu einem geringen Schwinden neigt, was insbesondere für die Herstellung von Flächen für beispielsweise Fahrbahnen und Brücken von Vorteil ist.
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 102011087367 A1 [0010]
DE 102013108836 A1 [0011]
WO 2017/098409 A1 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 12350-8:2010-12 [0082, 0119]

Claims

Formulierung für ultrahochfesten Transportbeton umfassend - 5 - 15 Gew.% Wasser, - 25 - 45 Gew.% Bindemittel, insbesondere Zement, - 3 - 10 Gew.% Feinstfüllstoffe, - 30 - 55 Gew.% Zuschlag, - 1 - 4 Gew.% Additive, - 0,05 - 0,5 Gew.% Thixotropierungsmittel und - 1,5 - 15 Gew.% Fasern, wobei das Wasser-Bindemittel-Verhältnis 0,18 - 0,23 beträgt, wobei die Additive mindestens ein Fließmittel und/oder einen Verzögerer umfassen, und wobei der Zuschlag Quarzmehl und Sand umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines ultrahochfesten Transportbetons umfassend die Schritte: a) Mischen von Trockenkomponenten, insbesondere Zement und Zuschlag in einer Mischvorrichtung für 1 - 10 min, bevorzugt 2 - 6 min und bevorzugter 2,5 - 5 min, wobei die Temperatur der Mischung 40°C oder weniger, bevorzugt 25°C oder weniger und bevorzugter 20 °C oder weniger beträgt, b) Zugabe von Wasser und Mischen für 1 - 10 min, bevorzugt 2 - 6 min und bevorzugter 2,5 - 5 min, wobei die Temperatur der Mischung 40°C oder weniger, bevorzugt 30°C oder weniger, bevorzugter 25°C oder weniger beträgt, c) Zugabe von Fasern über einen Zeitraum von 1 - 10 min, bevorzugt 2 - 6 min und bevorzugter 2,5 - 5 min während der Mischvorgang fortgeführt wird, wobei die Temperatur der Mischung 40°C oder weniger, bevorzugt 30°C oder weniger und bevorzugter 26°C oder weniger beträgt, d) Zugabe von Thixotropierungsmittel und Mischen für 0,75 - 5 min und bevorzugt 1 - 2 min, e) Entnehmen des Frischbetons aus der Mischvorrichtung, wobei der Frischbeton eine Temperatur von 40°C oder weniger, bevorzugt 35 °C oder weniger und bevorzugter 33°C oder weniger aufweist.
Verfahren zum Herstellen von ultrahochfestem Transportbeton nach Anspruch 2, wobei in Schritt b) auch Additive zugegeben werden.
Verfahren zum Herstellen von ultrahochfestem Transportbeton nach den Ansprüchen 2 oder 3, wobei in Schritt c) die Fasern vor der Zugabe aufgelockert werden.
Verfahren zum Herstellen von ultrahochfestem Transportbeton nach den Ansprüchen 2 bis 4, wobei in Schritt c) die Fasern über eine Rutsche zugeführt werden und die Rutsche eine Auflockerungsvorrichtung umfasst.
Ultrahochfester Transportbeton umfassend Fasern, wobei der Anteil an Fasern 0,5 - 5 Vol.%, bevorzugt 1 - 4 Vol.%, bevorzugter 1,5 - 4 Vol.% und noch bevorzugter 2 - 3,5 Vol.% beträgt, wobei der Beton eine Zylinderdruckfestigkeit, f_Uck, (SN EN 12390-3:2009, Anhang B) von mindestens 130 N/mm², bevorzugt 140 N/mm², bevorzugter mindestens 145 N/mm² und noch bevorzugter mindestens 150 N/mm² aufweist.
Ultrahochfester Transportbeton nach Anspruch 6, umfassend mindestens ein Additiv und ein Thixotropierungsmittel im Frischbeton, wobei das mindestens eine Additiv ein Fließmittel oder ein Verzögerer ist, wobei der Anteil an Thixotropierungsmittel im Frischbeton 0,05 - 1 Gew.%, bevorzugt 0,1 - 0,9 Gew.% und bevorzugter 0,2 - 0,8 Gew.% bezogen auf das Bindemittelgewicht beträgt.
Ultrahochfester Transportbeton nach den Ansprüchen 6 oder 7, wobei die Fasern Metallfasern, bevorzugt Stahlfasern sind. wobei die Fasern einen Durchmesser von 0,05 - 1 mm, bevorzugt 0,075 - 0,75 mm, bevorzugter 0,1 - 0,5 mm und noch bevorzugter 0,15 - 0,3 mm haben, und wobei die Fasern eine Länge von 1 - 50 mm haben.
Ultrahochfester Transportbeton nach den Ansprüchen 6 bis 8, wobei die Fasern homogen im Beton verteilt sind.
Ultrahochfester Transportbeton nach den Ansprüchen 6 bis 9, wobei der Frischbeton ohne Zugabe von Verzögerer eine Verarbeitungszeit von mindestens 100 min, bevorzugt mindestens 110 min und bevorzugter mindestens 120 min ab Vermischung der einzelnen Komponenten ohne Beeinträchtigung der Frischbetoneigenschaften hat.
Ultrahochfester Transportbeton nach den Ansprüchen 6 bis 10, wobei der Beton eine Zugfestigkeit, f_Utu, (Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016, Anhang E) von mindestens 7,5 N/mm², bevorzugt mindestens 8,5 N/mm², bevorzugter mindestens 9,5 N/mm² und noch bevorzugter mindestens 10,5 N/mm² aufweist.
Ultrahochfester Transportbeton nach den Ansprüchen 6 bis 11, wobei der Beton eine elastische Grenzzugfestigkeit, f_Ute, (Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016, Anhang E) von mindestens 6,5 N/mm², bevorzugt mindestens 7,0 N/mm², bevorzugter mindestens 7,5 N/mm², noch bevorzugter mindestens 8,0 N/mm² aufweist, und wobei das Verhältnis (f_Utuk/f_Utek) von Zugfestigkeit (Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016, Anhang E) zu elastischer Grenzzugfestigkeit (Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016, Anhang E) größer gleich 1,0, bevorzugt größer gleich 1,1, bevorzugter größer gleich 1,2 und noch bevorzugter größer gleich 1,3 ist.
Ultrahochfester Transportbeton nach den Ansprüchen 6 bis 12, wobei die Dehnung bei Erreichen der Zugfestigkeit, ε_Utu, (Biegezugprüfung nach SIA 2052:2016, Anhang E) mindestens 1,5 ‰, bevorzugt mindestens 2,5 ‰, bevorzugter mindestens 3,5 ‰ und noch bevorzugter mindestens 4,5 ‰ ist.
Ultrahochfester Transportbeton, erhältlich nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 2 bis 5, wobei der ultrahochfeste Transportbeton Fasern umfasst, wobei der Anteil an Fasern 0,5 - 5 Vol.%, bevorzugt 1,5 - 4 Vol.%, bevorzugter 2 - 3,5 Vol.% beträgt, und wobei der Beton eine Zylinderdruckfestigkeit, f_Uck, (SN EN 12390-3:2009, Anhang B) von mindestens 130 N/mm², bevorzugt 140 N/mm², bevorzugter mindestens 145 N/mm² und noch bevorzugter mindestens 150 N/mm² aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Fläche aus ultrahochfestem Transportbeton gemäß den Ansprüchen 6-14 umfassend die Schritte: a) Vorbereiten des Untergrunds, auf den der ultrahochfeste Transportbeton aufgebracht werden soll, b) Aufbringen des ultrahochfesten Transportbetons auf den vorbereiteten Untergrund unter konstantem Materialfluss, c) Verteilen, Einebnen, Verdichten und Glätten des ultrahochfesten Transportbetons, wobei das Einebnen mittels einer Einebnungsvorrichtung durchgeführt wird, wobei die Einebnungsvorrichtung eine Länge in Längsachse der zu betonierenden Fläche von 10 - 100 cm, bevorzugt 20 - 90 cm, bevorzugter 30 - 80 cm und noch bevorzugter 35 - 70 cm aufweist, wobei das Verdichten mittels Einbringen von kinetischer Energie, bevorzugt mittels Vibrationen, in den ultrahochfesten Transportbeton durchgeführt wird, wobei Einebnen und Verdichten simultan und vor dem Glätten stattfinden. d) Nachbehandeln der verdichteten und geglätteten Fläche.
Verfahren zur Herstellung einer Fläche aus ultrahochfestem Transportbeton nach Anspruch 15, wobei in Schritt c) die Einebnungsvorrichtung ein Blech, bevorzugt ein Stahlblech ist.
Verfahren zur Herstellung einer Fläche aus ultrahochfestem Transportbeton nach den Ansprüchen 15 oder 16, wobei in Schritt c) die Einebnungsvorrichtung im vorderen Bereich nach oben gebogen ist, um den zu glättenden ultrahochfesten Transportbeton gleichmäßig unter die Einebnungsvorrichtung zu führen.
Verfahren zur Herstellung einer Fläche aus ultrahochfestem Transportbeton nach den Ansprüchen 15 bis 17, wobei in Schritt c) die Einebnungsvorrichtung auch die kinetische Energie zum Verdichten bereitstellt.
Verwendung eines ultrahochfesten Transportbetons gemäß den Ansprüchen 6 bis 14 zur Herstellung von Flächen oder Gegenständen.
Verwendung des ultrahochfesten Transportbetons gemäß den Ansprüchen 6 bis 14 zur Fahrbahn- und/oder Brückensanierung.