DE102017119096A1 - Wood-concrete ceiling - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine Holz-Beton-Verbunddecke, die einen Hochleistungsaerogelbeton umfasst, Verfahren zur Herstellung dieser Holz-Beton-Verbunddecken sowie die Verwendung von Hochleistungsaerogelbeton in Holz-Beton-Verbunddecken. The invention relates to a wood-concrete composite ceiling comprising a high-performance aerosol concrete, to processes for producing these wood-concrete composite ceilings, and to the use of high-performance aerobic concrete in wood-concrete composite ceilings.
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Holz-Beton-Verbunddecke, die einen Hochleistungsaerogelbeton umfasst, Verfahren zur Herstellung dieser Holz-Beton-Verbunddecken sowie die Verwendung von Hochleistungsaerogelbeton in Holz-Beton-Verbunddecken.The invention relates to a wood-concrete composite ceiling comprising a high-performance aerosol concrete, to processes for producing these wood-concrete composite ceilings, and to the use of high-performance aerobic concrete in wood-concrete composite ceilings.
Der Ertüchtigung und Sanierung des Gebäudebestands kommt eine immer größer werdende Bedeutung zu. Schon seit einigen Jahren ist eine Schwerpunktverlagerung im Bauwesen zu beobachten, weg vom Neubau, hin zum Bauen im Bestand. Hierbei stellt sich häufig das Problem, dass bestehende Holzbalkendecken im Hinblick auf die Tragfähigkeit, die Gebrauchstauglichkeit, die Bauphysik oder den Brandschutz zu ertüchtigen sind.The upgrading and renovation of the building stock is becoming more and more important. For several years, a shift in emphasis has been observed in the construction industry, away from new construction, to building in existing buildings. This often presents the problem that existing wooden beam ceilings are to be trained in terms of carrying capacity, usability, building physics or fire protection.
Die Umnutzung von Gebäuden führt häufig zu höheren Nutzlasten, die durch die bestehende Konstruktion nicht aufgenommen werden können. Holzbalkendecken weisen überdies häufig Durchhänge auf, die einer Nutzung nach heutigen Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit unmöglich machen. Der Luft- und Trittschallschutz von Holzbalkendecken liegt ebenfalls deutlich unter dem heute geforderten Niveau. Das Schwingungsverhalten der verhältnismäßig leichten Decken genügt weiterhin nicht heutigen Ansprüchen.The conversion of buildings often leads to higher payloads that can not be accommodated by the existing design. Moreover, beamed ceilings often have sags that make it impossible to use today's usability requirements. The air and impact sound insulation of wooden beamed ceilings is also well below the level required today. The vibration behavior of the relatively light ceilings still does not meet today's requirements.
Ein besonders großes Problem stellt der nicht ausreichende Brandschutz von Holzbalkendecken dar. In jüngerer Zeit hat sich als eine praktikable Lösung dieses Problems die Herstellung sogenannter Holz-Verbund-Decken etabliert. Dabei wird auf die bestehenden Holzbalkendecken eine Folie verlegt, auf die eine in der Regel 60 bis 140 Millimeter dicke Stahlbetonplatte eingebaut wird. Der Schubverbund zwischen Holzbalken und Stahlbetonplatte wird durch Verbundelemente wie beispielsweise Verbundschrauben, in Nuten eingelassene Streckmetall- oder Wellbleche oder ähnliches sichergestellt. Durch den auf diese Weise entstehenden Hybridquerschnitt wird sowohl die Tragfähigkeit als auch die Gebrauchstauglichkeit erhöht. Der Schallschutz wird ebenso verbessert wie das Schwingungsverhalten und der Brandschutz.A particularly great problem is the inadequate fire protection of wooden beam ceilings. More recently, the production of so-called wood composite ceilings has been established as a viable solution to this problem. In the process, a foil is laid on the existing wooden beamed ceilings onto which a reinforced concrete slab, which is usually 60 to 140 millimeters thick, is installed. The shear bond between wooden beams and reinforced concrete slab is ensured by composite elements such as composite screws, grooved in expanded metal or corrugated sheets or the like. The resulting hybrid cross-section increases both load-bearing capacity and serviceability. The soundproofing is improved as well as the vibration behavior and fire protection.
So beschreibt beispielsweise Meyer (Meyer, Bruno, „Verstärkung alter Holzbalkendecken mit Leichtbeton“, Cementbulletin 1990, 58, Heft 10) die Verstärkung alter Holzbalkendecken mit Leichtbeton. Holzbalken und Aufbeton werden schubfest miteinander verbunden. Dazu kommen Verbundmittel wie Holzschrauben, Spezialschrauben oder Nägel zum Einsatz.For example, Meyer (Meyer, Bruno, "Reinforcement of old beamed ceilings with lightweight concrete", Cement Bulletin 1990, 58, No. 10) describes the reinforcement of old beamed ceilings with lightweight concrete. Wooden beams and concrete are sheared together. In addition, composite materials such as wood screws, special screws or nails are used.
Eine Verbunddecke aus Holz und Leichtbeton mit Holzschrauben als Verbindungsmittel wird auch vom Bauforschungsprojekt Fraunhofer IRB „Verbunddecke Holz-Leichtbeton“ (1986 - 1988, Projektnummer 88008001351) vorgeschlagen.A composite ceiling made of wood and lightweight concrete with wood screws as connecting means is also proposed by the construction research project Fraunhofer IRB "Composite ceiling wood lightweight concrete" (1986 - 1988, project number 88008001351).
Derartige Deckenkonstruktionen werden wegen ihrer positiven Eigenschaften zunehmend auch für den Neubau, hier insbesondere als Fertigelemente, eingesetzt. Im Hinblick auf das Bauen im Bestand ergeben sich jedoch beim Einsatz von Holz-Beton-Verbunddecken neue Probleme, die bislang ungelöst sind. Das zum Teil erhebliche Eigengewicht der Betonplatte zehrt einen großen Teil der erhöhten Traglast wieder auf. Lastabtragende Bauteile wie Unterzüge, Balken, Wände oder Fundamente erfahren hierdurch eine Mehrbelastung, die zusätzliche Verstärkungen erforderlich macht, oder den Einsatz dieser Bauweise möglicherweise sogar ausschließt.Because of their positive properties, such ceiling constructions are increasingly also being used for new construction, in particular as prefabricated elements. However, when it comes to building in existing buildings, new problems arise when using wood-concrete composite floor coverings, which have so far remained unresolved. The sometimes considerable weight of the concrete slab consumes a large part of the increased load again. Load-bearing components such as beams, beams, walls or foundations thereby experience an additional burden, which requires additional reinforcements, or possibly even excludes the use of this construction.
Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Stahlbeton führt zu einer erheblichen Verschlechterung des Wärmedurchgangskoeffizienten solcher Decken, was insbesondere bei Kellerdecken oder obersten Geschossdecken zusätzliche Maßnahmen wie die Anbringung von Wärmedämmung erfordert.The high thermal conductivity of reinforced concrete leads to a significant deterioration of the heat transfer coefficient of such ceilings, which requires additional measures such as the installation of thermal insulation, especially in cellar ceilings or top floors.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, Holz-Beton-Verbunddecken bereitzustellen, mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Insbesondere sollen Holz-Beton-Verbunddecken bereitgestellt werden, die sich durch ein gutes Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit, Tragfähigkeit und Gewicht auszeichnen. Dabei sollen die Schallschutzeigenschaften gegenüber dem Stand der Technik verbessert, jedenfalls jedoch nicht verschlechtert werden.The present invention is therefore based on the object to provide wood-concrete composite ceilings with which the disadvantages of the prior art are avoided. In particular, wood-concrete composite ceilings are to be provided, which are characterized by a good ratio of thermal conductivity, load capacity and weight. At the same time, the soundproofing properties should be improved compared with the prior art, but in any case should not be worsened.
In einer ersten Ausführungsform wird diese Aufgabenstellung gelöst durch eine Holz-Beton-Verbunddecke umfassend einen Hochleistungsaerogelbeton, wobei der Hochleistungsaerogelbeton erhältlich ist aus einer Betonmischung, die
- 10 bis 85 Vol.-%/m3 Aerogelgranulat mit einer Korngröße im Bereich von 0,01 bis 4 mm,
- 100 bis 900 kg/m3 anorganisches hydraulisches Bindemittel,
- 10 bis 40 Gew.-% bezogen auf den Gehalt an Bindemittel wenigstens einer Kieselgel-Suspension,
- 1 bis 5 Gew.-% bezogen auf den Gehalt an Bindemittel wenigstens eines Fließmittels,
- 0,2 bis 1 Gew.-% bezogen auf den Gehalt an Bindemittelgehalt wenigstens eines Stabilisierers sowie
- 0 bis 60 Vol.-%/m3 wenigstens eines Leichtzuschlages, beispielsweise Leichtsande, Blähton und/oder Blähglas
- From 10 to 85% by volume / m 3 of airgel granules having a particle size in the range from 0.01 to 4 mm,
- 100 to 900 kg / m 3 of inorganic hydraulic binder,
- From 10 to 40% by weight, based on the content of binder of at least one silica gel suspension,
- 1 to 5 wt .-% based on the content of binder at least one superplasticizer,
- 0.2 to 1 wt .-% based on the content of binder content of at least one stabilizer and
- 0 to 60% by volume / m 3 of at least one light aggregate, for example light sands, expanded clay and / or expanded glass
Insbesondere kann die Betonmischung 10 bis 75 Vol-%/m3 des Aerogelgranulats, 200 bis 900 kg/m3 des anorganischen hydraulischen Bindemittels, 20 bis 40 Gew-% bezogen auf den Gehalt an Bindemittel der wenigstens einen Kieselgel-Suspension, 2 bis 5 Gew.-% bezogen auf den Gehalt an Bindemittel des wenigstens einen Fließmittels und/oder 10 bis 60 Vol-%/m3 des wenigstens einen Leichtzuschlags aufweisen.In particular, the concrete mixture may contain 10 to 75% by volume / m 3 of the airgel granulate, 200 to 900 kg / m 3 of the inorganic hydraulic binder, 20 to 40% by weight, based on the binder content of the at least one silica suspension, 2 to 5 % By weight, based on the content of binder of the at least one flow agent, and / or 10 to 60% by volume / m 3 of the at least one lightweight aggregate.
Der in der Holz-Beton-Verbunddecke enthaltene Hochleistungsaerogelbeton zeichnet sich durch ein äußerst günstiges Verhältnis zwischen Rohdichte und Druckfestigkeit, Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit sowie durch hervorragende Schallschutzeigenschaften aus. Überdies ist er vollständig anorganisch und somit nicht brennbar und nicht toxisch oder kanzerogen. Der Hochleistungsaerogelbeton weist nur rund 30 bis 50% der Rohdichte von Stahlbeton auf und ermöglicht somit auch den Einsatz von Holz-Beton-Verbunddecken in gewichtssensiblen Bereichen. Da die Schall- und Brandschutzeigenschaften diejenigen von Normalbeton bei weitem übertreffen, können die Stahlbetonplatten bei dem Einsatz von Hochleistungsaerogelbeton in den erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbunddecken dünner ausgeführt werden als entsprechende Stahlbetonplatten in Holz-Beton-Verbunddecken aus dem Stand der Technik, was eine weitere Gewichtsreduktion zur Folge hat. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt im Vergleich zu Normalbeton nur etwa ein Zehntel, sodass durch den Einsatz von Hochleistungsaerogelbeton ohne weitere Maßnahmen zugleich auch eine energetische Sanierung erfolgt.The high-performance aerosol concrete contained in the wood-concrete composite floor is characterized by an extremely favorable ratio between bulk density and compressive strength, compressive strength and thermal conductivity as well as excellent soundproofing properties. Moreover, it is completely inorganic and thus non-flammable and non-toxic or carcinogenic. The high-performance aerosol concrete has only about 30 to 50% of the raw density of reinforced concrete and thus also allows the use of wood-concrete composite ceilings in weight-sensitive areas. Since the sound and fire protection properties far exceed those of normal concrete, the reinforced concrete slabs can be made thinner in the use of high performance aerated concrete in the wood-concrete composite slabs of the invention than corresponding reinforced concrete slabs in wood-concrete composite slabs from the prior art, which is another Weight reduction results. The thermal conductivity is compared to normal concrete only about one-tenth, so that by the use of high-performance aerosol concrete without further measures at the same time also carried out an energetic renovation.
Darüber hinaus führen die hervorragenden schalldämmenden Eigenschaften des Hochleistungsaerogelbetons gegenüber dem Stand der Technik zu einer Verbesserung der Schallschutzeigenschaften.In addition, the excellent sound insulating properties of the high performance aerosol concrete over the prior art to improve the soundproofing properties.
Die Holz-Beton-Verbunddecke umfasst Hochleistungsaerogelbeton, der auf Grundlage der Mischungszusammensetzungen für Hochleistungsbeton (HPC), Ultrahochleistungsbeton (UHPC) und Leichtbeton (LC) erhältlich ist. Der Aerogelbeton weist außerordentliche Wärmedämmeigenschaften und eine mit Normalbeton vergleichbare Druckfestigkeit auf. Die hervorragenden Wärmedämmeigenschaften werden durch die Verwendung von Aerogelgranulat insbesondere in einer Menge von 10 Vol. % bis 75 Vol. %/m3, insbesondere 60 bis 65 Vol. %/m3 erreicht. Die Korngröße des Aerogels beträgt 0,01 bis 4 mm, insbesondere 1 bis 4 mm. Diese Korngröße kann durch einfaches Sieben erhalten werden. Hierbei werden Feinbestandteile, insbesondere Staub entfernt. Die Anwesenheit dieser Feinbestandteile führt zu einer Verschlechterung der Druckfestigkeitswerte.The wood-concrete composite floor comprises high-performance aerosol concrete, which is available based on the blend compositions for high performance concrete (HPC), ultra-high performance concrete (UHPC) and lightweight concrete (LC). The airgel concrete has extraordinary thermal insulation properties and comparable to normal concrete compressive strength. The outstanding thermal insulation properties are achieved by the use of airgel granules, in particular in an amount of 10% by volume to 75% by volume / m 3 , in particular 60 to 65% by volume / m 3 . The grain size of the airgel is 0.01 to 4 mm, in particular 1 to 4 mm. This grain size can be obtained by simple sieving. This fine particles, especially dust are removed. The presence of these fines leads to a deterioration of the compressive strength values.
Das hydraulische Bindemittel ist vorzugsweise in einem Anteil von 500 bis 550 kg/m3 in der Betonmischung für den Hochleistungsaerogelbeton der erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbunddecke enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das hydraulische Bindemittel Zement, insbesondere Portlandzement.The hydraulic binder is preferably contained in a proportion of 500 to 550 kg / m 3 in the concrete mixture for the high performance aerosol concrete of the wood-concrete composite ceiling of the present invention. In a preferred embodiment, the hydraulic binder comprises cement, in particular Portland cement.
Die Kieselgel-Suspension der Betonmischung umfasst vorzugsweise 1 bis 60 Vol.-% Wirksubstanz (Feststoffgehalt). Besonders bevorzugt umfasst die Kieselgel-Suspension 50 Vol.-% Wirksubstanz (Feststoffgehalt).The silica gel suspension of the concrete mixture preferably comprises 1 to 60% by volume of active substance (solids content). The silica gel suspension particularly preferably comprises 50% by volume of active substance (solids content).
Die Betonmischung weist vorzugsweise einen w/z-Wert von 0,20 bis 0,60, besonders bevorzugt einen w/z-Wert von 0,28 bis 0,35, auf.The concrete mixture preferably has a w / c of 0.20 to 0.60, more preferably a w / c of 0.28 to 0.35.
Die Zusammenstellung der einzelnen Komponenten des Aerogelbetons erfolgt unter Berücksichtigung der bekannten Mischungszusammensetzungen für HPC, UHPC und LC. Die untersuchten Komponenten sind nachstehend aufgeführt:
- • Portlandzement,
- • Mikrosilika (Staub und Suspension),
- • Verschiedene übliche Zuschläge,
- • Quarzsand,
- • Betonverflüssiger,
- • Stabilisierer,
- • Aerogelgranulat,
- • Wasser,
- • Leichtzuschläge (beispielsweise Leichtsande, Blähton, Blähglas).
- • Portland cement,
- Microsilica (dust and suspension),
- • various common surcharges,
- • quartz sand,
- • concrete liquefier,
- • stabilizer,
- Airgel granules,
- • Water,
- • Light surcharges (eg light sands, expanded clay, expanded glass).
Die aus diesen Komponenten hergestellten und untersuchten Mischungen werden nachfolgend beschrieben:The mixtures prepared and tested from these components are described below:
Erfindungsgemäß wurde der Einfluss der oben aufgeführten Komponenten untersucht. Dazu wurden 25 Mischungen (prismatische Probekörper) mit dem Ziel einer Druckfestigkeitserhöhung hergestellt. Die Konzentrationen der Additive, des Betonverflüssigers, des Mikrosilika und des Portlandzements wurden hierzu variiert. Danach wurden die besten Mischungen weiter optimiert. Hierfür wurden Würfelprobekörper mit 15 cm Kantenlänge entsprechend der deutschen Normung (EN 12390-3:2009-7 Testing hardened concrete - Part 3: Compressive strength of test specimens. Berlin: Beuth Verlag; 2009) untersucht. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf diese optimierten Mischungen
Ein weiterer wichtiger Aspekt für die Entwicklung der Druckfestigkeit von Aerogelbeton ist die Art der Lagerung. Im Rahmen der Untersuchungen wurden drei verschiedene Lagerungsarten berücksichtigt: Trockenlagerung bei einer Umgebungstemperatur von 20°C ± 2°C, gemischte Lagerung nach EN 12390-2 (EN 12390-2 Ber 1:2012-02 Testing hardened concrete - Part 2: Making and curing specimens for strength tests. Annex NA. Berlin: Beuth Verlag; 2012) für sechs Tage unter Wasser bei einer Wassertemperatur von 20°C ± 2°C und die darauffolgenden 12 Tage an der Luft bei einer Umgebungstemperatur von 20°C ± 2°C. In Schachinger, I. Untersuchungen an Hochleistungs-Feinkorn-Beton. 38. DAfStb-Forschungskolloquium. TU München; 2000 p. 55-66 wird über positive Einflüsse einer Wärmebehandlung auf die Druckfestigkeit von HPC berichtet. Daher wurden auch Probewürfel mit einem Betonalter von 24 h für 24h im Trockenschrank wärmebehandelt. Alle Würfel wurden im Betonalter von 24h ausgeschalt, bevor sie unter den drei genannten verschiedenen Lagerungsbedingungen gelagert wurden.Another important aspect for the development of the compressive strength of airgel concrete is the type of storage. Three different types of storage were considered during the tests: Dry storage at an ambient temperature of 20 ° C ± 2 ° C, mixed storage according to EN 12390-2 (EN 12390-2 Ber 1: 2012-02 Testing hardened concrete - Part 2: Making and Berlin, Beuth Verlag, 2012) for six days under water at a water temperature of 20 ° C ± 2 ° C and the following 12 days in air at an ambient temperature of 20 ° C ± 2 ° C. In Schachinger, I. Studies on high performance fine grain concrete. 38th DAfStb Research Colloquium. TU Munich; 2000 p. 55-66, positive effects of a heat treatment on the compressive strength of HPC are reported. Therefore, also 24-h sample cubes were heat-treated in a drying oven for 24 hours. All cubes were switched off at 24h in the concrete age before being stored under the three different storage conditions specified.
Für jede Mischung und jede Lagerungsart waren jeweils drei Probekörper erforderlich. Zudem wurde die Druckfestigkeit wie oben aufgeführt jeweils im Betonalter von sieben und 28 Tagen bestimmt. Daher wurden für jede Mischung insgesamt 18 Probekörper hergestellt.Three samples were required for each mixture and each type of storage. In addition, the compressive strength was determined as specified above in the concrete age of seven and 28 days. Therefore, a total of 18 specimens were prepared for each mixture.
Um den Einfluss der Wärmebehandlung und die Hydratationswärme des Aerogelbetons zu bestimmen, wurde die Temperatur während des Hydratationsprozesses durch einen im Kern der Probewürfel einbetonierten Temperatursensor gemessen. Für jede Mischung wurden entsprechend der drei Lagerungsarten drei Temperaturmessungen durchgeführt (
Die Wärmebehandlung der Probewürfel ist ebenfalls in
Die Ergebnisse der Druckfestigkeitsuntersuchungen und die zugehörigen Rohdichten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1: Druckfestigkeiten (fcm,cube,150) der optimierten Mischungen nach 28 Tagen (7 Tagen)
Die meisten Mischungen erzielten die höchste Druckfestigkeit bei gemischter Lagerung. Die frühe Wärmebehandlung führte nicht zu signifikant höheren Druckfestigkeiten. Im Hinblick auf die Druckfestigkeiten nach sieben und 28 Tagen konnte kein eindeutiger Trend beobachtet werden.Most blends achieved the highest compressive strength on mixed storage. The early heat treatment did not lead to significantly higher compressive strengths. With regard to the compressive strengths after seven and 28 days, no clear trend could be observed.
Ein weiterer wichtiger Aspekt, der im Rahmen der Untersuchungen festgestellt wurde, ist der Zusammenhang zwischen Rohdichte und Druckfestigkeit. In
Unter Berücksichtigung der Untersuchungen an Aerogelbeton aus Ratke (loc. cit.) sollte der Exponent 3/2 in dieser Gleichung durch ¾ ersetzt werden. Beide Funktionen sind in
Die Wärmeleitfähigkeit einiger Mischungen (
Auf Grundlage der bekannten Rezepturen für HPC, UHPC und LC können erfindungsgemäß Holz-Beton-Verbunddecken mit einem Aerogelbeton mit einer Druckfestigkeitssteigerung unter Beibehaltung guter Wärmedämmeigenschaften erhalten.On the basis of the known formulations for HPC, UHPC and LC wood composite concrete ceilings can be obtained according to the invention with an airgel concrete with a compressive strength increase while maintaining good thermal insulation properties.
Die Druckfestigkeit korrelierte mit der Rohdichte und erreichte Werte bis zu 25,0 MPa. Im Hinblick auf die Druckfestigkeiten nach sieben und 28 Tagen konnte kein eindeutiger Trend beobachtet werden. Die Wärmeleitfähigkeiten wurden zu 0,16 ≤ λ ≤ 0,26 W/(m·K) bestimmt, was mit guten Wärmedämmeigenschaften gleichzusetzen ist. Die beste Mischung erreichte eine Druckfestigkeit von 10 MPa mit einer zugehörigen Rohdichte von 860 kg/m3 und einer Wärmeleitfähigkeit von 0,17 W/(m·K).The compressive strength correlated with the bulk density and reached values up to 25.0 MPa. With regard to the compressive strengths after seven and 28 days, no clear trend could be observed. The thermal conductivities were determined to be 0.16 ≦ λ ≦ 0.26 W / (m · K), which is to be equated with good thermal insulation properties. The best mixture achieved a compressive strength of 10 MPa with an associated bulk density of 860 kg / m 3 and a thermal conductivity of 0.17 W / (m · K).
Erfindungsgemäß umfasst die Holz-Beton-Verbunddecke Verbundelemente aus Holz sowie Verbundelemente aus Hochleistungsaerogelbeton. Die Verbundelemente aus Holz können beispielsweise eine konventionelle Holzbalkendecke umfassen. Eine solche Holzbalkendecke umfasst tragende Elemente aus Holz in Form von gesägten oder behauenen (Decken-)Balken, die auf den Wänden aufliegen. Den oberen Abschluss kann ein Dielenboden aus quer zu den Balken befestigten Brettern bilden. Der Hochleistungsaerogelbeton kann in einer bevorzugten Ausführungsform auf dem Dielenbogen aufliegen. Dabei kann zwischen dem Dielenboden und der Schicht aus Hochleistungsaerogelbeton auch beispielsweise eine Folie verlegt sein. Die Schicht aus Hochleistungsaerogelbeton hat vorzugsweise eine Dicke von 60 bis 300 Millimetern, insbesondere eine Dicke von 60 bis 200 Millimetern, ganz besonders bevorzugt von 140 Millimetern. Dabei kann der Hochleistungsaerogelbeton auch eine Bewehrung beispielsweise aus Stahl umfassen.According to the invention, the wood-concrete composite ceiling comprises composite elements made of wood and composite elements made of high-performance aerosol concrete. The composite elements of wood, for example, a include conventional wooden beamed ceiling. Such a beamed ceiling comprises wooden supporting elements in the form of sawn or hewn (ceiling) beams resting on the walls. The upper end may be a board floor made of boards attached across the beams. The high performance aerosol concrete may in a preferred embodiment rest on the plank sheet. It can also be laid, for example, a film between the plank floor and the layer of high-performance aerosol concrete. The layer of high performance aerosol concrete preferably has a thickness of 60 to 300 millimeters, in particular a thickness of 60 to 200 millimeters, most preferably of 140 millimeters. The high-performance aerosol concrete may also comprise a reinforcement, for example made of steel.
In einer alternativen Ausführungsform können die hölzernen Verbundelemente auch Holzbalken umfassen, mit denen der Aerogelbeton direkt verbunden ist. Auf den Dielenboden in Form von Holzbrettern kann beispielsweise verzichtet werden.In an alternative embodiment, the wooden composite elements may also comprise wooden beams with which the airgel concrete is directly connected. On the plank floor in the form of wooden boards can be omitted, for example.
Bevorzugt sind die Verbundelemente aus Holz mit den Verbundelementen aus Aerogelbeton kraftschlüssig verbunden. Die kraftschlüssige Verbindung kann beispielsweise mithilfe von Verbundmitteln erreicht werden. Hier können sämtliche konventionellen und aus dem Stand der Technik bekannten Verbundmittel, insbesondere solche, die für konventionelle Holz-Verbunddeckung geeignet sind, eingesetzt werden.Preferably, the composite elements made of wood with the composite elements of airgel concrete are non-positively connected. The frictional connection can be achieved, for example, by means of composite means. Here, all conventional and known from the prior art composite means, in particular those which are suitable for conventional wood composite cover, can be used.
Die Verbundmittel können beispielsweise Dübel, Schrauben, Kleber, in Nuten eingelassene Streckmetall-, Loch- oder Wellbleche, Nägel und/oder Kerven bzw. Nuten umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein (siehe
-
4 zeigt beispielhaft eine Verbindung der hölzernen Verbundelemente mit den Verbundelementen aus Aerogelbeton mithilfe von stiftförmigen Verbindungsmitteln, beispielsweise Spezialschrauben. -
5 zeigt beispielhaft eine Verbindung der hölzernen Verbundelemente mit den Verbundelementen aus Aerogelbeton mithilfe von Lochblechen. -
6 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf die Verbindung mit Lochblechen, die in5 dargestellt ist. -
7 zeigt beispielhaft eine Verbindung der Verbundelemente mithilfe von Nuten/Kerven.
-
4 shows by way of example a connection of the wooden composite elements with the composite elements of airgel concrete using pin-shaped connecting means, for example special screws. -
5 shows an example of a compound of the wooden composite elements with the composite elements of aerated concrete using perforated plates. -
6 shows by way of example a plan view of the connection with perforated plates, which in5 is shown. -
7 shows an example of a compound of the composite elements using grooves / cervels.
Die Verbundmittel können beispielsweise aus metallischen Materialien und/oder Holz gefertigt sein. In einer alternativen Ausführungsform können Verbunddübel aus Beton, insbesondere aus Ultrahochleistungsbeton, zum Einsatz kommen. Die Verbunddübel aus Beton können in der zuvor beschriebenen Form zum Einsatz kommen. Insbesondere können Nuten oder Kerven aus Beton eingesetzt werden.The composite means may be made of metallic materials and / or wood, for example. In an alternative embodiment composite anchors made of concrete, in particular of ultra-high performance concrete, can be used. The composite anchors made of concrete can be used in the previously described form. In particular, grooves or cements made of concrete can be used.
Der in den erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbunddecken umfasste Hochleistungsaerogel lässt sich beispielsweise unter Verwendung der oben beschriebenen Mischung mit Wasser herstellen. Hierbei ist von besonderer Bedeutung, zunächst die bei Raumtemperatur festen Bestandteile miteinander zu mischen, bevor die bei Raumtemperatur flüssigen Bestandteile, insbesondere Wasser-Fließmittel- beziehungsweise Wasser-Silika-Gemisch und gegebenenfalls Wasser, hinzugegeben werden.The high-performance airgel comprised in the wood-concrete composite slabs according to the invention can be produced, for example, using water using the mixture described above. It is of particular importance to first mix the solid at room temperature components together before the liquid at room temperature ingredients, especially water-solvent or water-silica mixture and optionally water, are added.
Besonders niedrige w/z-Werte und damit verbunden hohe Druckfestigkeiten werden erhalten, wenn man das Zugabewasser vor der Vermischung mit den festen Bestandteilen kühlt, insbesondere auf eine Temperatur von weniger als 10°C, besonders bevorzugt auf weniger als 5°C.Particularly low w / c values and associated high compressive strengths are obtained by cooling the addition water before mixing with the solid components, in particular to a temperature of less than 10 ° C, more preferably to less than 5 ° C.
Kieselgel-Suspensionen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind im Handel erhältlich und umfassen insbesondere ein sehr reaktives, amorphes Mikrosilica-Wasser-Gemisch mit hoher spezifischer Oberfläche, beispielsweise MC Centrilit Fume SX: Blaine-Wert 20000, das heißt 4 bis 5 Mal größer als Zement / Bindemittel. Mischverhältnis 1:1 (bezogen auf das Volumen).Silica gel suspensions in the context of the present invention are commercially available and in particular comprise a highly reactive, high specific surface area, amorphous microsilica-water mixture, for example MC Centrilit Fume SX: Blaine value 20000, ie 4 to 5 times greater than cement / Binder. Mixing ratio 1: 1 (by volume).
Fließmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung sind im Handel erhältlich und umfassen insbesondere im Handel erhältliche Polycarboxylate, beispielsweise Powerflow 3100: Polycarboxylatether mit 30 Gew. % Feststoffgehalt, hoher Ladungsdichte und kurzen Seitenketten.Flow agents in the context of the present invention are commercially available and include in particular commercially available polycarboxylates, for example Powerflow 3100: polycarboxylate ethers having 30 wt.% Solids content, high charge density and short side chains.
Stabilisierer im Sinne der vorliegenden Erfindung sind im Handel erhältlich und umfassen insbesondere im Handel erhältliche organische Polymere, beispielsweise MC Stabi 520, Wasser aufsaugende und Wasser einlagernde Cellulose.Stabilizers according to the present invention are commercially available and include in particular commercially available organic polymers, for example MC Stabi 520, water-absorbent and water-storing cellulose.
Neben den oben genannten Bestandteilen der Aerogelbetonmischung können die Mischungen auch weitere übliche Betonzusatzmittel und Betonzusatzstoffe enthalten.In addition to the above components of the airgel concrete mixture, the mixtures may also contain other conventional concrete admixtures and concrete admixtures.
Betonzusatzmittel sind in den Europäischen Normen EN 934 „Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel“ die in allen CEN-Mitgliedsländern verbindlich gelten, definiert. Der Teil 2 der EN 934 enthält die Definitionen und Anforderungen an Betonzusatzmittel:
- „Ein Stoff, der während des Mischvorgangs des Betons in einer Menge hinzugefügt wird, die
einen Masseanteil von 5 % des Zementanteils im Beton nicht übersteigt, um die Eigenschaften der Betonmischung im frischen/ und/oder erhärteten Zustand zu verändern.“
- "A substance which is added during the mixing process of the concrete in an amount not exceeding 5% by mass of cement in the concrete in order to change the properties of the concrete mixture in the fresh / and / or hardened state."
Die EN 934-2 enthält Definitionen und Anforderungen für folgende einzelne Wirkungsgruppen:
- • Betonverflüssiger,
- • Fließmittel,
- • Stabilisierer,
- • Luftporenbildner,
- • Beschleuniger: Erstarrungsbeschleuniger und Erhärtungsbeschleuniger,
- • Verzögerer und
- • Dichtungsmittel.
- • concrete liquefier,
- • flow agent,
- • stabilizer,
- • air entraining agents,
- • accelerator: solidification accelerator and hardening accelerator,
- • Retarder and
- • sealant.
Sand (ρ ≥ 1400 kg/m3) ist im Allgemeinen nicht erforderlich, da dieser durch Aerogelgranulat ersetzt wird.Sand (ρ ≥ 1400 kg / m 3 ) is generally not required because it is replaced by airgel granules.
Die Tragfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbunddecken umfassend Hochleistungsaerogelbeton können weiter optimiert werden, indem der Baustoff Hochleistungsaerogelbeton gradiert oder abgestuft eingesetzt wird.The load-bearing capacity and the thermal conductivity of the wood-concrete composite slabs according to the invention comprising high-performance aerosol concrete can be further optimized by using the building material high-performance aerosol concrete graded or graded.
Aerogelbetone trocknen innerhalb weniger Tage und zeigen nach Aushärtung nur ein geringes Wasseraufnahmevermögen. Aerogele sind nicht toxisch, nicht kanzerogen und wurden vom Umweltbundesamt der Bundesrepublik Deutschland als „weitgehend ungefährliches Material“ eingeordnet. Aerogelbeton ist ein hervorragender Brandschutzwerkstoff und weist eine hohe Schallabsorption auf.Airgel concretes dry within a few days and show only a low water absorption capacity after hardening. Aerogels are non-toxic, not carcinogenic and have been classified by the Federal Environmental Agency of the Federal Republic of Germany as "largely harmless material". Airgel concrete is an excellent fire protection material and has a high sound absorption.
Die erfindungsgemäße Holz-Beton-Verbunddecke weist damit auch den Vorteil auf, dass er die Ausbreitung eines Brandes stärker verzögert als Holz-Beton-Verbunddecken aus dem Stand der Technik. So leitet der Hochleistungsaerogelbeton die von einer Brandquelle ausgehende Wärme deutlich schlechter als herkömmlicher Stahlbeton und vergrößert so die Zeitspanne bis zur Entzündung der hölzernen Verbundelemente. Ein besonders vorteilhaftes Brandverhalten ergibt sich, wenn die Verbundelemente aus Holz vollständig von den Verbundelementen aus Hochleistungsaerogelbeton umgeben sind.The wood-concrete composite ceiling according to the invention thus also has the advantage that it retards the spread of fire stronger than wood-concrete composite ceilings from the prior art. Thus, the high-performance aerosol concrete conducts the heat emitted by a fire source much worse than conventional reinforced concrete, thus increasing the time until the ignition of the wooden composite elements. A particularly advantageous fire behavior results when the composite elements made of wood are completely surrounded by the composite elements of high-performance aerosol concrete.
In den erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbunddecken kann die bislang verwendete Bewehrung aus Betonstahl auch beispielsweise durch eine Bewehrung aus glasfaserverstärktem Kunststoff ersetzt werden. Diese Bewehrung ist im Handel erhältlich, wird bislang aber ausschließlich in Normal- oder konventionellem Leichtbeton eingesetzt. Untersuchungen des Verbundverhaltens zwischen Hochleistungsaerogelbeton und GFK-Bewehrung haben gezeigt, dass die Verbundspannungen mit bis zu fb = 3 MPa erheblich über den bislang für Aerogelbeton mit Betonstahlbewehrung ermittelten Werten und überdies im Wertebereich von konventionellem Stahlbeton liegen. Der Hochleistungsaerogelbeton, der in den erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbunddecken enthalten ist, ermöglicht somit die Herstellung GFK-bewehrter Aerogelbetonbauteile. Überdies ist GFK-Bewehrung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 6 × 10-6 1/K deutlich besser für den Einsatz in Aerogelbeton geeignet als Betonstahl. Da Aerogelbetonbauteile fast ausschließlich in Bereichen eingesetzt wird, in denen hohe Anforderungen an den Wärmeschutz gestellt werden, erweist sich der Einsatz von GFK-Bewehrung auch in dieser Hinsicht als besonders vorteilhaft: Die Wärmeleitfähigkeit von GFK liegt mit 0,7 W/(m·K) um den Faktor 85 unter der Wärmeleitfähigkeit von Betonstahl. Da GFK-Bewehrung, anders als Betonstahl, keine Ansprüche an ein alkalisches Milieu stellt, sind kleinere Betondeckungen und damit eine bessere Querschnittsausnutzung möglich.In the wood-concrete composite ceilings according to the invention, the rebar reinforcement used hitherto also be replaced for example by a reinforcement made of glass fiber reinforced plastic. This reinforcement is commercially available, but so far used only in normal or conventional lightweight concrete. Investigations of the composite behavior between high-performance aerobic concrete and GRP reinforcement have shown that the bond stresses of up to f b = 3 MPa are considerably higher than those previously determined for aerogra- phic concrete with reinforcing steel reinforcement and, moreover, in the value range of conventional reinforced concrete. The high-performance aerosol concrete contained in the wood-concrete composite slabs according to the invention thus enables the production of GFRP-reinforced airgel concrete components. Moreover, GRP reinforcement with a coefficient of thermal expansion of 6 × 10 -6 1 / K is much better suited for use in aerated concrete than reinforcing steel. Since airgel concrete components are used almost exclusively in areas where high demands are placed on heat insulation, the use of GRP reinforcement also proves particularly advantageous in this respect: the thermal conductivity of GFRP is 0.7 W / (m · K ) by a factor of 85 under the thermal conductivity of reinforcing steel. Since GRP reinforcement, unlike rebars, makes no demands on an alkaline environment, smaller concrete coverages and thus better cross-sectional utilization are possible.
Der Hochleistungsaerogelbeton weist ein deutlich günstigeres Verhältnis zwischen Druckfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit auf (λ ≤ 0,26 W/(m·K) bei einer mittleren Druckfestigkeit von fc = 25 MPa).The high-performance aerosol concrete has a much better ratio between compressive strength and thermal conductivity (λ ≦ 0.26 W / (m · K) at an average compressive strength of f c = 25 MPa).
In einer weiteren Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Aufgabenstellung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Holz-Beton-Verbunddecke, wobei die Aerogelbetonmischung auf die Holzdecke vor Ort vergossen wird, der Beton mit der Holzdecke kraftschlüssig verbunden wird, gegebenenfalls Verbundmittel eingebracht werden und der Beton anschließend ausgehärtet wird. Vorzugsweise wird die Betonmischung hergestellt, indem man zunächst alle bei Raumtemperatur festen Bestandteile vermischt, bevor die bei Raumtemperatur flüssigen Bestandteile, insbesondere Wasser-Fließmittel beziehungsweise Wasser-Silika-Gemisch und gegebenenfalls Wasser, hinzu gegeben werden.In a further embodiment, the object of the invention is achieved by a method for producing a wood-concrete composite floor, wherein the airgel concrete mixture on the wooden ceiling is poured on site, the concrete is connected to the timber ceiling frictionally, optionally composite material are introduced and the concrete is then cured. Preferably, the concrete mixture is prepared by first mixing all solid at room temperature ingredients before the liquid at room temperature ingredients, in particular water-flow agent or water-silica mixture and optionally water, are added.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kühlt man bei der Herstellung der Aerogelbetonmischung das Zugabewasser vor dem Vermischen auf eine Temperatur von weniger als 10°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von weniger als 5°.In a preferred embodiment of the method according to the invention, in the preparation of the airgel concrete mixture, the addition water is cooled before mixing to a temperature of less than 10 ° C., more preferably to a temperature of less than 5 °.
In einer weiteren Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Aufgabenstellung gelöst durch die Verwendung eines Hochleistungsaerogelbetons als Verbundelement in einer Holz-Beton-Verbunddecke.In a further embodiment, the object according to the invention is achieved by the use of a high-performance aerosol concrete as a composite element in a wood-concrete composite floor.
Bevorzugt wird ein Hochleistungsaerogelbeton verwendet, der erhältlich ist aus einer Betonmischung, die
- 10
bis 85 Vol.-%/m3 Aerogelgranulat mit einer Korngrößeim Bereich von 0,01 bis 4 mm, - 100
bis 900 kg/m3 anorganisches hydraulisches Bindemittel, - 10
bis 40 Gew.-% bezogen auf den Gehalt an Bindemittel wenigstens einer Kieselgel-Suspension, - 1
bis 5 Gew.-% bezogen auf den Gehalt an Bindemittel wenigstens eines Fließmittels, - 0,2 bis 1 Gew.-% bezogen auf den Gehalt an Bindemittel wenigstens eines Stabilisierers und
- 0
bis 60 Vol.-%/m3 wenigstens eines Leichtzuschlages,
- From 10 to 85% by volume / m 3 of airgel granules having a particle size in the range from 0.01 to 4 mm,
- 100 to 900 kg / m 3 of inorganic hydraulic binder,
- From 10 to 40% by weight, based on the content of binder of at least one silica gel suspension,
- 1 to 5 wt .-% based on the content of binder at least one superplasticizer,
- 0.2 to 1 wt .-% based on the content of binder at least one stabilizer and
- 0 to 60% by volume / m 3 of at least one light aggregate,
Die Verwendung eines solchen Hochleistungsaerogelbeton in einer Holz-Beton-Verbunddecke führt zu den vorgenannten Vorteilen gegenüber den Holz-Beton-Verbunddecken aus dem Stand der Technik.The use of such a high performance aerosol concrete in a wood-concrete composite floor leads to the aforementioned advantages over the prior art wood-concrete composite ceilings.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19702238 A1 [0007]DE 19702238 A1 [0007]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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