DE102020112292A1 - Process for the production of a foam concrete mixture for the production of highly deformable foam concrete products, highly deformable foam concrete products and their use - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten mit Bereitstellen einer Schaumbetonmischung umfassend Bindemittel (212), Schaumbildner (232) und Granulat, mit: Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit (110); Festlegen einer geforderten Mindestdeformierbarkeit (120); Ermitteln (130) in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit prozentualer Anteile zumindest der folgende Stoffe: Bindemittel (212), Schaumbildner (232) und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie (214), und Bereitstellen und Mischen der ermittelten prozentualen Anteile zumindest des Bindemittels (212), des Schaumbildners (232) und der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie (214) als Schaumbetonmischung (140).A method for producing a foam concrete mixture for the production of highly deformable foam concrete products with providing a foam concrete mixture comprising binders (212), foaming agents (232) and granules, with: establishing a required minimum compressive strength (110); Establishing a required minimum deformability (120); Determining (130) depending on the required minimum compressive strength and the required minimum deformability percentage of at least the following substances: binding agent (212), foaming agent (232) and grain groups of the granulate according to a grading curve (214), and providing and mixing the determined percentage of at least the Binder (212), the foaming agent (232) and the grain groups of the granulate according to a grading curve (214) as a foam concrete mixture (140).
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten, hochdeformierbare Schaumbetonprodukte und deren Verwendung.The invention relates to a method for producing a foam concrete mixture for the production of highly deformable foam concrete products, highly deformable foam concrete products and their use.
Stand der TechnikState of the art
Im Tunnelbau sind deformierbare Bauteile und ihre verschiedenen Anwendungen bekannt. Insbesondere werden im Tunnelbau deformierbare Bauteile beim temporären Ausbau verwendet, um Lasten, welche durch druckhaftes oder quellfähiges Gebirge entstehen können, mittels Deformation zu verringern. Deformierbare Bauteile können verschiedene Geometrien und Eigenschaften aufweisen. Im Tunnelbau werden balkenförmige Bauteile oder flächenhafte Systeme eingesetzt. Deformierbare Bauteile und Systeme, die eingesetzt werden, können aus verschiedenen Materialien oder Materialkombinationen bestehen, zum Beispiel Stahl, Beton oder Mörtel.Deformable components and their various applications are known in tunnel construction. In particular, deformable components are used in tunnel construction for temporary expansion in order to reduce loads that can arise from pressure-sensitive or swellable rock by means of deformation. Deformable components can have different geometries and properties. Beam-shaped components or flat systems are used in tunnel construction. Deformable components and systems that are used can consist of different materials or material combinations, for example steel, concrete or mortar.
Beispielsweise sind von der Solexperts AG, Schweiz, hiDCon®-Elemente erhältlich, welche eine Deformierbarkeit aufweisen. Allerdings kann bei einigen Anwendungen unter Umständen eine noch weitergehende Deformierbarkeit oder eine noch weitergehende Vorhersagbarkeit des Deformationsverhaltens wünschenswert sein.For example, hiDCon® elements are available from Solexperts AG, Switzerland, which are deformable. However, in some applications, even more extensive deformability or even more extensive predictability of the deformation behavior may be desirable.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der Schaumbetonmischung für die Herstellung von verbesserten hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten und verbesserte hochdeformierbare Schaumbetonprodukte zur Verfügung zur stellen, wobei die genannten Schaumbetonprodukte oder ihre Verwendungen insbesondere verbesserte Deformationseigenschaften aufweisen sollten.The object of the invention is to provide a method for producing the foamed concrete mixture for the production of improved highly deformable foamed concrete products and improved highly deformable foamed concrete products, the foamed concrete products mentioned or their uses in particular having improved deformation properties.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach dem Anspruch 1 und Vorrichtungen nach nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergaben sich aus den Unteransprüchen und aus dieser Beschreibung.The object is achieved with a method according to
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaumbetonmischung für die Herstellung von hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten mit Bereitstellen einer Schaumbetonmischung umfassend Bindemittel, Schaumbildner und Granulat, mit: Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit, Festlegen einer geforderten Mindestdeformierbarkeit, Ermitteln prozentualer Anteile zumindest der folgende Stoffe: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit, und Bereitstellen und Mischen der ermittelten prozentualen Anteile zumindest des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats als Schaumbetonmischung.One aspect of the invention relates to a method for producing a foam concrete mixture for the production of highly deformable foam concrete products with the provision of a foam concrete mixture comprising binders, foaming agents and granules, with: determining a required minimum compressive strength, determining a required minimum deformability, determining percentage proportions of at least the following substances: binding agent, Foaming agents and grain groups of the granulate according to a grading curve depending on the required minimum compressive strength and the required minimum deformability, and providing and mixing the determined percentage of at least the binder, the foaming agent and the grain groups of the granulate as a foam concrete mixture.
Typische Ausführungsformen der hier beschriebenen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukte weisen nach Überwinden ihres elastischen Verformungsbereichs über einen vergleichsweise großen plastischen Verformungsbereich weitgehend vorhersagbare oder definierbare Verformungseigenschaften auf.Typical embodiments of the highly deformable foam concrete products described here have largely predictable or definable deformation properties after overcoming their elastic deformation range over a comparatively large plastic deformation range.
Bei Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit, insbesondere ein Festlegen einer Mindestdruckfestigkeit unter der Einwirkung einer Spannung. Der Begriff „Spannung“ umfasst im Rahmen dieser Anmeldung eine mechanische Spannung, insbesondere eine mechanische DruckSpannung. Beispielsweise kann eine Spannung in dem Schaumbetonprodukt durch eine Gebirgsspannung eines drückenden Gebirges hervorgerufen werden.In embodiments, the method comprises establishing a required minimum compressive strength, in particular establishing a minimum compressive strength under the action of tension. In the context of this application, the term “tension” encompasses mechanical tension, in particular mechanical compressive tension. For example, stress in the foam concrete product can be caused by rock stress of a pressing rock.
Typischerweise wird die Mindestdruckfestigkeit von einem Schaumbeton hierin nach
Typischerweise umfasst das Verfahren ein Festlegen einer geforderten Mindestdeformierbarkeit. Beispielsweise kann eine Deformierbarkeit oder Verformung eines Werkstoffes in einem Druckversuch analog nach
Konventioneller Beton, welcher in den Normen beschrieben wird, erreicht die maximale Druckfestigkeit, im ein-axialen Druckversuch, nach einer sehr geringen Deformation bzw. Dehnung des Versuchskörpers. Die Dehnung liegt hierbei im Promillebereich, nach Norm bei etwa 2 ‰. Nach dem Erreichen der maximalen Druckfestigkeit fällt die aufnehmbare Spannung bzw. Kraft im Versuchskörper bei weiterer Deformation stark ab, typischerweise ein Abfall von > 50% der Druckfestigkeit. Im Falle des hierin beschriebenen Schaumbetons ist das Verhalten ein anderes. Im ein-axialen Druckversuch wird nach einer geringen Deformation ein Maximum der Druckfestigkeit erreicht, analog zur herkömmlichen Betontechnologie. Im Gegensatz zum konventionellen Beton, fällt die anschließend aufnehmbare Spannung nicht vergleichbar stark ab, (bspw. zwischen 5 - 40%), die Spannung kann aber über eine andauernde erzwungene Deformation aufrecht erhalten werden. Die Spannung bleibt zumindest im Wesentlichen erhalten, wenn die erzwungene Deformation fortgesetzt oder gehalten wird. Der tiefste, hier erreichte, Wert definiert die Mindestdruckfestigkeit. Die hierin beschriebene Mindestdruckfestigkeit für typische Ausführungsformen ist deutlich geringer als die eines Schaumbetons mit vergleichbaren Zement-, Schaum- und Zuschlagsanteilen. Dies ist dadurch zu erklären, dass insbesondere durch den porösen Zuschlag zusätzliches Porenvolumen eingebracht wird. Zuschläge wie Sand enthalten solches Porenvolumen üblicherweise nicht. Durch die Verwendung einer wie hierin beschrieben optimierten Sieblinie kann der zusätzliche Porenanteil weiter maximiert werden.Conventional concrete, which is described in the standards, reaches the maximum compressive strength in the uniaxial compression test after a very small deformation or elongation of the test body. The elongation is in the per thousand range, according to the standard at around 2 ‰. After the maximum compressive strength has been reached, the stress or force that can be absorbed in the test specimen drops sharply with further deformation, typically a drop of> 50% in compressive strength. In the case of the foam concrete described here, the behavior is different. In the uniaxial compression test, a maximum of compressive strength is achieved after a slight deformation, analogous to conventional concrete technology. In contrast to conventional concrete, the subsequently absorbable tension does not drop to a comparable extent (e.g. between 5 - 40%), but the tension can be maintained through permanent forced deformation. The tension is at least substantially maintained if the forced deformation is continued or maintained. The lowest value reached here defines the minimum compressive strength. The minimum compressive strength described herein for typical embodiments is significantly lower than that of a foam concrete with comparable cement, foam and aggregate proportions. This can be explained by the fact that additional pore volume is introduced in particular through the porous aggregate. Aggregates such as sand usually do not contain this pore volume. By using a grading curve optimized as described herein, the additional proportion of pores can be further maximized.
Die Mindestdeformierbarkeit beschreibt den Bereich, in welchem bei zunehmender Deformation, die aufnehmbare Spannung des Versuchskörpers unterhalb der maximalen Druckfestigkeit, aber über der Mindestdruckfestigkeit liegt. Deformierbarkeit ist in der konventionellen Betontechnologie im Zusammenhang mit Druckbelastungen nicht definiert, da sich die auftretenden Dehnungen stets im elastischen Bereich bewegen sollten. Bei zunehmender Deformation steigt die Spannung kontinuierlich an und überschreitet die maximale Druckfestigkeit, welche bei Deformationsbeginn erreicht wurde. Dieses Verhalten ist mit einem elastisch plastisch, bi-linearen Materialmodell beschreibbar wobei ET nicht konstant ist.The minimum deformability describes the range in which, with increasing deformation, the absorbable stress of the test specimen is below the maximum compressive strength but above the minimum compressive strength. Deformability is not defined in conventional concrete technology in connection with pressure loads, since the expansion that occurs should always be in the elastic range. With increasing deformation, the stress increases continuously and exceeds the maximum compressive strength that was reached at the beginning of the deformation. This behavior can be described with an elastic, plastic, bi-linear material model, where E T is not constant.
Typische Verfahren umfassen ein Ermitteln prozentualer Anteile zumindest der folgenden Stoffe für die Schaumbetonmischung: Bindemittel, Schaumbildner und Granulat, insbesondere Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie, in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit. Über die Zusammenstellung der Sieblinie und dem darin enthaltenen Porenvolumen kann die Mindestdeformierbarkeit angepasst werden. Ein hoher Anteil einer kleinen Fraktion erhöht die Mindestdruckfestigkeit und verkleinert die Deformierbarkeit.Typical methods include determining percentages of at least the following substances for the foam concrete mixture: binders, foaming agents and granules, in particular grain groups of the granules according to a grading curve, depending on the required minimum compressive strength and the required minimum deformability. The minimum deformability can be adjusted via the composition of the grading curve and the pore volume it contains. A high proportion of a small fraction increases the minimum compressive strength and reduces the deformability.
Typischerweise wird hochdeformierbarer Schaumbeton, insbesondere werden hochdeformierbare Schaumbetonprodukte, mit einer der hierin beschriebenen typischen Schaumbetonmischungen hergestellt. Typische Schaumbetonprodukte weisen einen erhöhten Luftporengehalt, insbesondere von in der Regel mehr als 20 Vol.-% oder mehr als 30 Vol.-%, auf. Typische, hierin beschriebene Schaumbetonprodukte entsprechen nicht einem Beton nach
Typischerweise bedeutet der Begriff „hochdeformierbar“ in Bezug auf ein Schaumbetonprodukt, dass das Schaumbetonprodukt im Druckversuch nach
Der Begriff „hochdeformierbar“ bedeutet typischerweise in Bezug auf ein Schaumbetonprodukt, dass ein hierin beschriebenes typisches Schaumbetonprodukt bei 35% Verformung in einem Druckversuch nach
Bei dem Bindemittel handelt es sich typischerweise um Zement oder geeignete Kunstharzmörtel, typischerweise brandsicherer oder feuerhemmender Kunstharzmörtel. Typischerweise wird als Zugabewasser Trinkwasser oder ein in der Natur vorkommendes Wasser verwendet.The binder is typically cement or suitable synthetic resin mortar, typically fire-safe or fire-retardant synthetic resin mortar. Typically, drinking water or naturally occurring water is used as the added water.
Typischerweise wird Zement oder ein Zementleim als Basis für die Vorbereitung einer Schaumbetonmischung verwendet. Typischerweise umfasst Zementleim ein Bindemittel, insbesondere Zement, Zugabewasser und eventuell Zusatzmittel. Somit kann eine Schaumbetonmischung unter weiterer Zugabe von einem getrennt davon vorgefertigten Schaum aus Schaumbildner hergestellt werden, insbesondere unter weiterer Zugabe von einem getrennt davon vorgefertigten Schaum aus einer Mischung aus Schaumbildner und Wasser für die Schaumbildung und eventuell Zusatzmittel. Das Wasser für die Schaumbildung kann dem Zugabewasser entnommen sein oder zusätzlich zu dem Zugabewasser bemessen werden, also nicht auf die Mange des Zugabewassers angerechnet sein. Typischerweise erfordert das zur Herstellung des Schaumbetons oder der Schaumbetonmischung angewandte physikalische Aufschäumen keine Treibmittel oder das Herstellen erfolgt typischerweise Treibmittel-los. Damit stehen typische Verfahren im Gegensatz zu anderen Verfahren mit einem chemischen Aufschäumen, zum Beispiel mit Zugabe von Substanzen, die unter Freisetzung von Gasen in oder mit dem Zementleim reagieren und so Poren bilden. Alternative typische Verfahren zur Herstellung des Schaumbetons oder der Schaumbetonmischung verwenden zusätzlich chemische Treibmittel.Typically, cement or a cement paste is used as the basis for preparing a foam concrete mix. Typically, cement paste comprises a binding agent, in particular cement, added water and possibly additives. Thus, a foam concrete mixture can be produced with the further addition of a separately prefabricated foam made of foaming agent, in particular with the further addition of a separately prefabricated foam made of a mixture of foaming agent and water for foam formation and possibly additives. The water for the foam formation can be taken from the added water or measured in addition to the added water, i.e. not counted towards the amount of the added water. Typically, the physical foaming used to produce the foam concrete or foam concrete mixture does not require any blowing agent or the production is typically carried out without blowing agent. Typical processes are thus in contrast to other processes with chemical foaming, for example with the addition of substances that react with the release of gases in or with the cement paste and thus form pores. Alternative typical methods for producing the foam concrete or foam concrete mix additionally use chemical blowing agents.
Typicherweise wird eine Schaumbetonmischung durch das Einbringen von mit Luft oder mit anderen Gasen gefülltem Schaum aus Schaumbildner oder aus einer Mischung aus Schaumbildner und Wasser beispielweise in einen Zementleim gebildet. Typicherweise werden ausschließlich inerte Gase zur Schaumbildung verwendet oder in eine Mischung aus Schaumbildner und Wasser eingebracht, beispielsweise Stickstoff, Argon oder Helium. Dies kann insbesondere bei Anwendung im Zusammenhang mit Endlagerstätten für atomaren Abfall oder bei Anwendungen, welche Sauerstoff-empfindlich sind, vorteilhaft sein. Der Druck der eingebrachten Luft oder anderen Gasen beträgt typischerweise maximal 5 bar, typischerweise maximal 3 bar, oder typischerweise maximal 1,5 bar oder typischerweise mindestens 0,3 bar.Typically, a foam concrete mixture is formed by introducing foam filled with air or with other gases from foaming agent or from a mixture of foaming agent and water, for example into a cement paste. Typically, only inert gases are used for foam formation or are introduced into a mixture of foaming agent and water, for example nitrogen, argon or helium. This can be advantageous in particular when used in connection with final storage sites for nuclear waste or in applications which are sensitive to oxygen. The pressure of the air or other gases introduced is typically a maximum of 5 bar, typically a maximum of 3 bar, or typically a maximum of 1.5 bar or typically at least 0.3 bar.
Die mit dem Schaumbildner erzeugten Gasblasen können bei physikalischen Schäumen, ähnlich wie bei chemischen Schäumen, lediglich vorübergehend als Stützkörper dienen, bis sich eine tragfähige Feststoffstruktur der Schaumbetonmischung beim Aushärten bzw. Trocknen ausgebildet hat.In the case of physical foams, similar to chemical foams, the gas bubbles generated with the foaming agent can only serve temporarily as a supporting body until a stable solid structure of the foam concrete mixture has formed during curing or drying.
Typischerweise ist Zement ein anorganischer, fein gemahlener hydraulischer Baustoff. Beispielweise ist Zement durch Brennen der Ausgangsstoffe Kalkstein, Sand oder Ton oder Mischungen aus diesen Stoffen bei der Sintergrenze von etwa 1.450 °C hergestellt. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung ist ein hydraulischer Baustoff ein Baustoff, der nach einer Zugabe von Wasser infolge chemischer Reaktionen mit dem Zugabewasser selbständig erstarrt und erhärtet und nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raumbeständig bleibt. Chemisch betrachtet kann Zement hauptsächlich kieselsaures Calcium mit Anteilen an Aluminium- und Eisen-Verbindungen enthalten.Typically, cement is an inorganic, finely ground hydraulic building material. For example, cement is made by burning the starting materials limestone, sand or clay or mixtures of these materials at the sintering limit of around 1,450 ° C. In the context of the present disclosure, a hydraulic building material is a building material which, after the addition of water, independently solidifies and hardens as a result of chemical reactions with the added water and, after hardening, is solid and stable under water remains. From a chemical point of view, cement can mainly contain calcium silicate with proportions of aluminum and iron compounds.
Im Kontext der vorliegenden Offenbarung können Portlandzement (CEM I), Portlandkompositzement (CEM II), Hochofenzement (CEM III oder VLH III), Puzzolanzement (CEM IV oder VLH IV), oder Kompositzement (CEM V oder VLH V), insbesondere entsprechend der Zementarten nach
Bei dem Schaumbildner handelt es sich typischerweise um ein Tensid, Proteine oder Enzyme oder Mischungen derselben. Typischerweise weisen proteinbasierte Schaumbildner eine hohe Stabilität auf. Mit der Wahl des Tensids oder der Proteine können die Zementchemie sowie die rheologischen Eigenschaften des Zementleims oder der Schaumbetonmischung beeinflusst werden. Insbesondere können die hohe IonenKonzentration und der hohe pH-Wert in einer Schaumbetonmischung die aufschäumende Wirkung vieler Tenside oder Proteine reduzieren oder unterdrücken.The foaming agent is typically a surfactant, proteins or enzymes or mixtures thereof. Protein-based foaming agents typically have a high level of stability. The choice of surfactant or proteins can influence the cement chemistry and the rheological properties of the cement paste or foam concrete mixture. In particular, the high ion concentration and the high pH value in a foam concrete mixture can reduce or suppress the foaming effect of many surfactants or proteins.
Im Kontext der vorliegenden Offenbarung sind geeignete Proteine typischerweise solche, die im alkalischen Zementleim negative Ladungen aufweisen. Bei typischen Verfahren werden solche Proteine genutzt, um eine enge Verbindung zwischen den gelösten Proteinsträngen herzustellen, so dass die Schaumstabilität erhöht wird. Beispielweise kann der Schaumbildner ein Protein aufweisen, insbesondere ein hydrolysiertes Protein oder Proteinfraktionen, welche insbesondere zu 50 Masse-%, zu 70 Masse-% oder zu 90 Masse-% aus den Aminosäuren A (Alanin), E (Glutaminsäure), G (Glycin), I (Isoleucin), L (Leucin), M (Methionin), P (Prolin), Q (Glutamin) und V (Valin) mit einer Molmasse zwischen 20000 und 120000 Dalton bestehen. Die restlichen 10 Masse-%, 30 Masse-%, oder 50 Masse-% können andere Aminosäuren sein, insbesondere andere anionische Aminosäuren.In the context of the present disclosure, suitable proteins are typically those that have negative charges in the alkaline cement paste. In typical processes, such proteins are used to create a close connection between the loosened protein strands, so that the foam stability is increased. For example, the foaming agent can have a protein, in particular a hydrolyzed protein or protein fractions, which are in particular 50% by mass, 70% by mass or 90% by mass of the amino acids A (alanine), E (glutamic acid), G (glycine ), I (isoleucine), L (leucine), M (methionine), P (proline), Q (glutamine) and V (valine) with a molar mass between 20,000 and 120,000 Daltons. The remaining 10% by mass, 30% by mass or 50% by mass can be other amino acids, in particular other anionic amino acids.
Als Tenside sind grundsätzlich insbesondere stark schäumende alkalistabile oder selbst alkalisch reagierende Tenside geeignet. Dabei kommt es typischerweise auf eine hohe Schäumkraft an. Bevorzugt sind anionische Tenside und insbesondere Sulfonate, Alkylsulfonate, insbesondere Alkalialkylsulfonate, Alkylensulfate oder Alkylethersulfonate. Die Alkylketten oder Alkylenketten der Sulfonate und Sulfate sind insbesondere langkettig und weiter vorzugsweise unverzweigt. Kettenlängen größer oder gleich C8 und insbesondere zwischen C10 und C20 können als typisch angesehen werden.In principle, particularly strongly foaming alkali-stable or alkaline-reacting surfactants are particularly suitable as surfactants. A high foaming power is typically important here. Anionic surfactants and in particular sulfonates, alkyl sulfonates, in particular alkali alkyl sulfonates, alkylene sulfates or alkyl ether sulfonates are preferred. The alkyl chains or alkylene chains of the sulfonates and sulfates are in particular long-chain and more preferably unbranched. Chain lengths greater than or equal to C8 and in particular between C10 and C20 can be regarded as typical.
Bevorzugte Tenside umfassen u.a. lineare Alkylatsulfonate, Alphaolefinsulfonate, Betaolefinsulfonate, Alkylethersulfate, ethoxylierte Alkylphenole. Typische Tenside, die Verwendung finden, sind Alphaolefinsulfonate, z. B. Natrium C14-16-Olefin-Sulfonat, unter den Alkylsulfaten SDS und SLS und/oder bestimmte Alkali-, Ammonium- oder Ethanolaminsalze von Schwefelsäureestern von oxalkylierten Alkoholen.Preferred surfactants include i.a. linear alkylate sulfonates, alpha olefin sulfonates, beta olefin sulfonates, alkyl ether sulfates, ethoxylated alkyl phenols. Typical surfactants that are used are alpha olefin sulfonates, e.g. B. sodium C14-16 olefin sulfonate, among the alkyl sulfates SDS and SLS and / or certain alkali, ammonium or ethanolamine salts of sulfuric acid esters of alkoxylated alcohols.
Weitere verwendbare anionische Tenside sind Acylaminosäuren und deren Salze, unter anderem Acylglutamate, wie zum Beispiel Natriumacylglutamat, Di-TEApalmitoylaspartat, Natriumcaprylic/Capric Glutamat oder Natriumcocoylglutamat, Acylpeptide, Sarcosinate, Taurate, Acyllactylate, Alininate, Arginate, Valinate, Prolinate, Glycinate, Aspartate, Propionate, Lactylate, und Amidcarboxylate. Typischerweise können Phosphate/Phosphonate in Betracht kommen. Weitere Beispiele sind Sulfosuccinate, Natriumcocomonoglyceridsulfat, Natriumlaurylsulfoacetat oder Magnesium PEG-n-Cocoamidsulfat, Alkylarylsulfonate und Acyl-isethionate, Ether- und Ester-Carbonsäuren, vorzugsweise der Fettsäuren, sowie weitere bekannte schäumende anionische Tenside, wie sie kommerziell erhältlich sind.Other anionic surfactants that can be used are acylamino acids and their salts, including acyl glutamates, such as sodium acyl glutamate, Di-TEApalmitoyl aspartate, sodium caprylic / capric glutamate or sodium cocoyl glutamate, acyl peptides, sarcosinates, taurates, acyl lactylates, arginates, alinolines, acyl lactylates, arginates, alinates Propionates, lactylates, and amide carboxylates. Typically, phosphates / phosphonates can be considered. Further examples are sulfosuccinates, sodium cocomonoglyceride sulfate, sodium lauryl sulfoacetate or magnesium PEG-n-cocoamide sulfate, alkylarylsulfonates and acyl isethionates, ether and ester carboxylic acids, preferably fatty acids, and other known foaming anionic surfactants such as are commercially available.
Bei typischen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass das ionische schaumbildende Tensid wenigstens ein anionisches Tensid beinhaltet oder daraus besteht oder ausschließlich aus anionischen Tensiden besteht oder ausschließlich anionische Tenside eingesetzt werden. Es kann ein einzelnes Tensid oder eine Mischung aus mehreren Tensiden eingesetzt werden. In einer Mischung weiterer typischer Ausführungsformen kann neben wenigstens einem anionischen Tensid wenigstens ein anderes, insbesondere nichtionisches Tensid enthalten sein. Insbesondere kann bei typischen Ausführungsformen Sika® Lightcrete-400 mit einer Dichte von 1,07 kg/L als Schaumbildner verwendet werden.In typical embodiments it is provided that the ionic foam-forming surfactant contains or consists of at least one anionic surfactant or consists exclusively of anionic surfactants or exclusively anionic surfactants are used. A single surfactant or a mixture of several surfactants can be used. In a mixture of further typical embodiments, in addition to at least one anionic surfactant, at least one other, in particular nonionic surfactant can be included. In particular, Sika ® Lightcrete-400 with a density of 1.07 kg / L can be used as a foaming agent in typical embodiments.
Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung enthält eine Schaumbetonmischung mindestens 10 g, mindestens 30 g, mindestens 50 g, mindestens 75 g oder mindestens 100 g oder maximal 3 kg, maximal 2 kg oder maximal 1 kg des Schaumbildners bezogen auf 1 m3 der Schaumbetonmischung.In typical embodiments of the invention, a foam concrete mixture contains at least 10 g, at least 30 g, at least 50 g, at least 75 g or at least 100 g or a maximum of 3 kg, a maximum of 2 kg or a maximum of 1 kg of the foaming agent based on 1 m 3 of the foam concrete mixture.
Im Kontext der vorliegenden Offenbarung kann der Begriff „Zuschläge“ Granulate, Fasern oder Mischungen derselben umfassen. Der Begriff „Zusatzstoffe“ kann Kalksteinmehl, Pigmente oder Mischungen derselben umfassen. Der Begriff „Zusatzmittel“ kann Betonverflüssiger, Verzögerer, Erstarrungsbeschleuniger, Erhärtungsbeschleuniger, Fließmittel, Dichtungsmittel, organische und anorganische Stabilisatoren oder Mischungen derselben umfassen. Dazu kann ein Zusatzmittel in eine Schaumbetonmischung oder in einen Zementleim, in ein Bindemittel oder in einen Schaumbildner zugeführt werden.In the context of the present disclosure, the term “aggregates” can include granules, fibers or mixtures thereof. The term "additives" can include limestone powder, pigments, or mixtures thereof. The term “additive” can include concrete plasticizers, retarders, setting accelerators, hardening accelerators, flow agents, sealants, organic and inorganic stabilizers or mixtures thereof. For this purpose, an additive can be added to a foam concrete mixture or a cement paste, a binder or a foaming agent.
Typisches Granulat, welches im Rahmen von Ausführungsformern verwendet wird, besteht aus einem natürlichen Granulat aus mineralischem Vorkommen, einem künstlichen Granulat oder einer Kombination dieser beiden. Beispielweise umfasst oder besteht Granulat aus natürlichem Granulat wie Bims, Tuff, Lavasand, Lavakies, Kieselgur, Vermiculite oder Mischungen davon. Ein typisches Granulat besteht oder umfasst künstliches Granulat wie Blähschiefer, Blähton, Blähglas, Blähglimmer, Blähperlite, Steinkohlenflugasche, Ziegelsplitt, Hüttenbims (Hüttensandbims), Keramik, Kunststoff und Kesselsand oder Mischungen davon. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung kann ein Granulat aus Blähglas ein Schaumglas-Granulat sein.Typical granules, which are used in the context of embodiments, consist of a natural granule from mineral deposits, an artificial granule or a combination of these two. For example, granules comprise or consist of natural granules such as pumice, tuff, lava sand, lava gravel, kieselguhr, vermiculite or mixtures thereof. A typical granulate consists of or comprises artificial granulate such as expanded slate, expanded clay, expanded glass, expanded mica, expanded perlite, coal fly ash, brick chippings, slag pumice (slag pumice), ceramic, plastic and boiler sand or mixtures thereof. In the context of the present disclosure, a granulate made of expanded glass can be a foam glass granulate.
Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung umfasst ein Granulat oder besteht ein Granulat aus Schaumglas-Granulat, Blähton-Granulat, Tongranulat, Vermiculite-Granulat oder Mischungen davon. Typische Granulate, welche bei Ausführungsformen verwendet werden, sind porös. Typischerweise kann ein Schaumglas-Granulat ein mineralischer Leichtbaustoff sein, der insbesondere aus reinem Altglas hergestellt wird. Insbesondere besteht das Schaumglas-Granulat aus geschlossen-porigem Schaumglasgranulat, welches typischerweise eine im wesentliche kugelförmige Kornform aufweist. Alternativ wird gebrochenes Schaumglas verwendet. Dazu kann Schaumglas die Bezeichnung für ein erstarrtes Blähglas mit luftdicht geschlossenen Zellen sein, die insbesondere mit Gas gefüllt sind. Typischerweise kann die Gaszusammensetzung in den Poren bzw. Waben vom Herstellungsverfahren abhängen. Insbesondere wird bei typischen Ausführungsformen ausschließlich oder zumindest teilweise Poraver®, Liaver® oder Mischungen dieser beiden als Granulat verwendet.In typical embodiments of the invention, granules comprise or consist of foam glass granules, expanded clay granules, clay granules, vermiculite granules or mixtures thereof. Typical granules used in embodiments are porous. Typically, a foam glass granulate can be a mineral lightweight building material, which is made in particular from pure waste glass. In particular, the foam glass granulate consists of closed-pore foam glass granulate, which typically has an essentially spherical grain shape. Alternatively, broken foam glass is used. For this purpose, foam glass can be the name for a solidified expanded glass with air-tight closed cells which are in particular filled with gas. Typically, the gas composition in the pores or honeycombs can depend on the manufacturing process. In particular, at least partially Poraver ®, ® Liaver or mixtures exclusively in typical embodiments, these two or used as granules.
Bei typischen Ausführungsformen ist das Granulat zumindest im Wesentlichen kugelförmig. „Im wesentlichen kugelförmig“ bedeutet typischerweise eine Kornform mit einem durchschnittlichen Durchmesserverhältnis von größtem zu kleinstem Durchmesser, insbesondere durchschnittlichem größten Durchmesser zu durchschnittlichem kleinsten Durchmesser, von kleiner als 9:1, kleiner als 6:1, kleiner als 3:1, kleiner als 2:1 oder kleiner als 1,5:1, insbesondere kleiner als 1,3:1 aufweisen. Typischerweise bezieht sich der Begriff „Granulat“ auf körnige Feststoffe. Der Ausdruck „im Wesentlichen kugelförmig“ kann bedeuten, dass mehr als 50%, mehr als 75% oder mehr als 90% oder alle der Körner einem spezifischen maximalen durchschnittlichen Durchmesserverhältnis entsprechen.In typical embodiments, the granules are at least substantially spherical. “Essentially spherical” typically means a grain shape with an average diameter ratio of largest to smallest diameter, in particular average largest diameter to average smallest diameter, of less than 9: 1, less than 6: 1, less than 3: 1, less than 2 : 1 or less than 1.5: 1, in particular less than 1.3: 1. Typically, the term “granules” refers to granular solids. The term "substantially spherical" can mean that more than 50%, more than 75%, or more than 90%, or all of the grains correspond to a specific maximum average diameter ratio.
Typische Körner weisen einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von mindestens 0.02 mm, mindestens 0,03 mm oder mindestens 0,04 mm oder bis 10 mm, bis 8 mm oder bis 4 mm auf. Ein durchschnittlicher Durchmesser der kugelförmigen Körner der vorliegenden Offenbarung kann typischerweise durch Anwenden eines Laserbeugungsverfahrens gemäß ISO 13320:2009, eines SEM (Rasterelektronenmikroskopie)-Bildanalyseverfahrens gemäß ISO 13322-1:2014, oder eines Siebanalyse-Gerät gemäß ISO 6274:1982 bestimmt werden.Typical grains have an average diameter in the range of at least 0.02 mm, at least 0.03 mm or at least 0.04 mm or up to 10 mm, up to 8 mm or up to 4 mm. An average diameter of the spherical grains of the present disclosure can typically be determined by applying a laser diffraction method according to ISO 13320: 2009, a SEM (scanning electron microscopy) image analysis method according to ISO 13322-1: 2014, or a sieve analysis device according to ISO 6274: 1982.
Typischerweise wird das Granulat in Korngruppen eingeteilt. Insbesondere können die Korngruppen durch Angabe von zwei Begrenzungssieben (dmin und dmax) definiert werden.Typically, the granulate is divided into grain groups. In particular, the grain groups can be defined by specifying two limiting sieves (d min and d max ).
Im Kontext der vorliegenden Offenbarung kann dmin als die Siebweite des unteren Begrenzungssiebes oder Durchmesser des Kleinstkorns von einer Korngruppe oder einem Korngemisch oder Granulat in mm definiert werden. Dazu kann dmax als die Siebweite des oberen Begrenzungssiebes oder Durchmesser des Größtkorns von einer Korngruppe oder einem Korngemisch oder Granulat in mm definiert werden. Typischerweise können die Korngruppen des Granulats mindestens eine der Korngruppen mit den Begrenzungssiebes (dmin/dmax) 0,25/0,5 mm, 0,5/1 mm, 1/2 mm, 2/4 mm, 4/6 mm und 4/8 mm aufweisen. Insbesondere ist das Verhältnis von Siebweiten des unteren und oberen Begrenzungssiebes der Korngruppen nicht kleiner als 1,4.In the context of the present disclosure, d min can be defined as the screen size of the lower limiting sieve or the diameter of the smallest grain of a grain group or a grain mixture or granulate in mm. For this purpose, dmax can be defined as the mesh size of the upper limiting sieve or the diameter of the largest grain of a grain group or a grain mixture or granulate in mm. Typically, the grain groups of the granulate can be at least one of the grain groups with the limiting sieve (d min / d max ) 0.25 / 0.5 mm, 0.5 / 1 mm, 1/2 mm, 2/4 mm, 4/6 mm and 4/8 mm. In particular, the ratio of the screen widths of the lower and upper limiting sieves of the grain groups is not less than 1.4.
Typischerweise können Siebungen zur Prüfung der Kornzusammensetzung nach DIN EN 933 Teil
Bei typischen Ausführungsformen werden die prozentualen Anteile zumindest der Korngruppen des Granulats in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit unter Berücksichtigung jeweiligen durchschnittlichen Druckfestigkeit der jeweiligen Korngruppe ermittelt. So kann bei typischen Ausführungsbeispielen die Mindest-Druckfestigkeit eines später hergestellten Schaumbetonprodukts beim Ermitteln der prozentualen Anteile der Korngruppen errechnet oder abgeschätzt werden, indem die Druckfestigkeiten der jeweiligen Korngruppen entsprechend ihrer prozentualen Anteile, insbesondere Volumen-Anteile, gewichtet werden und so eine Gesamt-Druckfestigkeit errechnet wird. Diese Berechnung kann die Druckfestigkeit und das Volumen des Bindemittels im Schaumbetonprodukt sowie das Volumen der mit dem Schaumbildner gebildeten Hohlräume (Druckfestigkeit Null) umfassen.In typical embodiments, the percentage of at least the grain groups of the granulate are determined as a function of the required minimum compressive strength, taking into account the respective average compressive strength of the respective grain group. In typical exemplary embodiments, the minimum compressive strength of a foam concrete product produced later can be calculated or estimated when determining the percentage of the grain groups by weighting the compressive strengths of the respective grain groups according to their percentage shares, in particular volume shares, and thus calculating an overall compressive strength becomes. This calculation can include the compressive strength and the volume of the binder in the foam concrete product, as well as the volume of the voids formed with the foaming agent (compressive strength zero).
Zur Herstellung werden die Volumenanteile typischerweise in Gewichtsanteile umgerechnet zur leichteren Bereitstellung der Anteile. Die Berechnung des Kornbildes erfolgt über die Volumenanteile, da typischerweise die mechanischen Eigenschaften wie beispielsweise Festigkeit oder Streckgrenze entsprechend der Flächen- und damit der Volumenanteile im fertigen Produkt abgeschätzt werden können. Das Bindemittel wird typischerweise in eine erste Berechnung und unter Umständen in spätere Berechnungen nicht mit einbezogen.For production, the volume fractions are typically converted into weight fractions to make the fractions easier to provide. The calculation of the grain pattern is based on the volume proportions, since typically the mechanical properties such as strength or yield strength can be estimated according to the area and thus the volume proportions in the finished product. The binder is typically included in an initial calculation and may not be included in subsequent calculations.
Typischerweise wird ein Ermitteln der prozentualen Anteile des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie iterativ durchgeführt. Der Begriff „iterativ“ steht im Rahmen der vorliegenden Offenbarung für schrittweise und wiederholte Rechengänge zur Ermittlung der prozentualen Anteile zumindest der folgen Stoffe: Bindemittel, Schaumbildner und Korngruppen des Granulats bis die geforderte Mindestdruckfestigkeit durch den gewichteten, insbesondere Volumengewichteten Durchschnitt der Druckfestigkeiten der jeweiligen prozentualen Anteile erreicht wird.Typically, the percentages of the binder, the foaming agent and the grain groups of the granulate are determined iteratively according to a grading curve. In the context of the present disclosure, the term "iterative" stands for step-by-step and repeated calculations to determine the percentage of at least the following substances: binders, foaming agents and grain groups of the granules up to the required minimum compressive strength through the weighted, in particular volume-weighted average of the compressive strengths of the respective percentage shares is achieved.
Die Mindestdeformierbarkeit kann an Hand des Volumens des aufgeschäumten Schaumes geschätzt werden. Typischerweise entspricht die Mindestdeformierbarkeit dem 0,8-fachen bis 0,9-fachen des Volumenanteils des aufgeschäumten Schaumes oder des Volumenanteils der Poren im fertigen Produkt.The minimum deformability can be estimated from the volume of the foamed foam. Typically, the minimum deformability corresponds to 0.8 to 0.9 times the volume fraction of the foamed foam or the volume fraction of the pores in the finished product.
Typischerweise erfolgt ein Ermitteln prozentualer Anteile des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats nach der Gleichung
- - VZementleim das Volumen des Zementleims ist,
- - Vgesamt das Volumen der Schaumbetonmischung mit aufgeschäumtem Schaum ist,
- - UGranulat das Volumen des Granulates ist,
- - USchaum das Volumen des aufgeschäumten Schaumes ist,
- - DSchaumbeton die geforderte Mindestdruckfestigkeit des Schaumbetons ist,
- - DZementleim die Druckfestigkeit des Zementleims ist, und
- - DGranulat die Druckfestigkeit des Granulats ist.
- - V cement paste is the volume of the cement paste,
- - V total is the volume of the foam concrete mix with foamed foam,
- - U granulate is the volume of the granulate,
- - U foam is the volume of the foamed foam,
- - D foam concrete is the required minimum compressive strength of the foam concrete,
- - D cement paste is the compressive strength of the cement paste, and
- - D granulate is the compressive strength of the granulate.
Umfasst das Granulat mehrere Korngruppen mit unterschiedlicher Druckfestigkeit, werden die Druckfestigkeiten typischerweise entsprechend der Volumen-Anteile der Korngruppen in der oben genannten Gleichung in den Term der Druckfestigkeit des Granulats gewichtet aufgenommen. Typischerweise ist eine berechnete oder ermittelte Druckfestigkeit des Granulats ein gewichteter Durchschnitt der typischen, beispielsweise vom Hersteller angegebenen, Druckfestigkeiten aller Korngruppen des Granulats in einer Schaumbetonmischung.If the granulate comprises several grain groups with different compressive strengths, the compressive strengths are typically weighted according to the volume proportions of the grain groups in the above equation in the term of the compressive strength of the granulate. Typically, a calculated or determined compressive strength of the granulate is a weighted average of the typical compressive strengths of all grain groups of the granulate in a foam concrete mixture, for example specified by the manufacturer.
Typischerweise umfasst ein Ermitteln prozentualer Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie in Abhängigkeit der geforderten Mindestdruckfestigkeit und der geforderten Mindestdeformierbarkeit ein Festlegen der Anzahl der Korngruppen des Granulats. Typischerweise besteht das Granulat zumindest im Wesentlichen aus prozentualen Anteilen von einer Mehrzahl von Korngruppen. Typischerweise besteht das Granulat aus prozentualen Anteilen von mindestens zwei oder mindestens drei unterschiedlichen Korngruppen.Typically, determining the percentage of the grain groups of the granulate according to a grading curve as a function of the required minimum compressive strength and the required minimum deformability includes stipulating the number of grain groups in the granulate. Typically, the granulate consists at least essentially of percentages of a plurality of grain groups. The granules typically consist of percentages of at least two or at least three different grain groups.
Beispielsweise um eine angestrebte Packungsdichte des Granulats in der Schaumbetonmischung zu erreichen werden die prozentualen Anteile der Korngruppen unter Verwendung einer Sieblinie berechnet. Typischerweise weicht die verwendete Sieblinie von einer Fuller-Sieblinie ab. Beispielsweise um eine hohe Deformierbarkeit zu erreichen, wird bei Ausführungsformen ein möglichst dichtes Korngerüst des Granulats angestrebt. Um aus mehreren ausgewählten Korngruppen eines Granulats ein möglichst dichtes Korngerüst zu erreichen, werden prozentuale Anteile von einer Mehrzahl von Korngruppen eines Granulats unter Verwendung einer Sieblinie zusammengestellt.For example, in order to achieve a desired packing density of the granulate in the foam concrete mixture, the percentage of the grain groups is calculated using a grading curve. The grading curve used typically deviates from a Fuller grading curve. For example, in order to achieve a high degree of deformability, in embodiments the aim is for the granulate to be as dense as possible. In order to achieve as dense a grain structure as possible from several selected grain groups of a granulate, percentages of a plurality of grain groups of a granulate are compiled using a grading curve.
Typischerweise ist eine Sieblinie eine Durchgangs- oder Summenkurve, mittels derer die Korngrößenverteilung oder Kornzusammensetzung eines Granulates grafisch dargestellt wird. Auf der horizontalen, Achse (Abszisse) eines Siebliniendiagramms können die Korngrößen aufgetragen werden, auf der senkrechten Achse (Ordinate) der Prozentanteil der jeweiligen Siebdurchgänge oder Korngrößen.Typically, a grading curve is a transition or cumulative curve, by means of which the grain size distribution or grain composition of a granulate is graphically represented. The grain sizes can be plotted on the horizontal axis (abscissa) of a grading curve diagram, and the percentage of the respective sieve passes or grain sizes on the vertical axis (ordinate).
Typische Verfahren verwenden eine Sieblinie, welche in der Fachsprache als Idealsieblinie bezeichnet wird oder welche ein dichtes Korngerüst, bei dem der Leimanspruch zum Ausfüllen der Zwischenräume zwischen der Körner gering ist, sicherstellen. Bei typischerweise genutzten Sieblinien ist die Oberfläche der Körner im Verhältnis zum Volumen der Körner minimiert, um den zur Umhüllung der Körner benötigten Zement zu minimieren.Typical processes use a grading curve, which is called the ideal grading curve in technical terms, or which ensures a dense grain structure in which the amount of glue required to fill the gaps between the grains is low. With grading curves typically used, the surface area of the grains is minimized in relation to the volume of the grains in order to minimize the cement required to coat the grains.
Eine von typischen Verfahren verwendete Sieblinie kann eine Fuller-Sieblinie sein. Typische Fuller-Sieblinien entsprechen der Gleichung
- - A der Siebdurchgang in M.-% (Massenanteil) ist, der durch das Sieb mit dem Durchmesser d hindurchgeht,
- - d der Durchmesser oder durchschnittliche Durchmesser mit einem Wert zwischen 0 und dmax ist, für den der prozentuale Anteil in einem Korngemisch, Granulat berechnet werden soll,
- - dmax der Durchmesser des Größtkorns der zu berechnenden Sieblinie, und
- - n der Exponent zur Berücksichtigung der Kornform ist.
- - A is the sieve passage in M .-% (mass fraction) that passes through the sieve with the diameter d,
- - d is the diameter or average diameter with a value between 0 and d max , for which the percentage in a grain mixture, granulate is to be calculated,
- - d max is the diameter of the largest grain of the grading curve to be calculated, and
- - n is the exponent for taking the grain shape into account.
Typischerweise wird bei erfindungsgemäßen Verfahren von einer Kugel als Kornform ausgegangen. Typischerweise wird der Exponent n mit mindestens 0,3, mindestens 0,35 oder insbesondere mindestens 0,4 und maximal 0,47, maximal 4,5 oder insbesondere maximal 0,43 angesetzt.Typically, in the method according to the invention, a sphere is assumed as the grain shape. Typically, the exponent n is set at at least 0.3, at least 0.35 or in particular at least 0.4 and at most 0.47, at most 4.5 or in particular at most 0.43.
Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung werden die prozentualen Anteile mittels einer Nicht-Fuller-Sieblinie berechnet. Typische Ausführungsformen verwenden eine Sieblinie, welche einen gegenüber einer Fuller-Sieblinie verringerten Anteil kleiner Korngrößen aufweist. Eine typische Sieblinie, welche bei Ausführungsformen verwendet wird, ist eine Funk-Dinger-Sieblinie. Eine Sieblinie nach Funk-Dinger weist gegenüber einer vergleichbaren Fuller-Sieblinie einen verringerten Anteil kleiner Korngrößen auf. Es können jedoch auch andere Sieblinien mit einem gegenüber einer Fuller-Sieblinie verringerten Anteil kleiner Körner bei typischen Ausführungsformen verwendet werden.In typical embodiments of the invention, the percentages are calculated using a non-Fuller grading curve. Typical embodiments use a grading curve which, compared with a Fuller grading curve, has a reduced proportion of small grain sizes. A typical grading curve that is used in embodiments is a Funk-Dinger grading curve. A Funk-Dinger grading curve shows a reduced proportion of small grain sizes compared to a comparable Fuller grading curve. However, other grading curves with a proportion of small grains that is reduced compared to a Fuller grading curve can also be used in typical embodiments.
Der Begriff „verringerter Anteil kleiner Korngrößen“ bedeutet typischerweise, dass in den Korngruppen des Granulats weniger als 10%, typischerweise weniger als 5%, typischerweise weniger als 2%, typischerweise weniger als 1% oder typischerweise zumindest im Wesentlichen 0% Körner mit einem Durchmesser von weniger als 250 µm, weniger als 100 µm oder weniger als 50 µm vorhanden sind. Der Ausdruck „im Wesentlichen 0% Körner“ bedeutet typischerweise, dass lediglich unvermeidbare Reste von Körnern mit einem Durchmesser kleiner als 250 µm, weniger als 100 µm oder weniger als 50 µm vorhanden sind. Unvermeidbare Reste können beispielsweise bei der Produktion anfallen oder typischerweise in von einem Hersteller gelieferten Material vorhanden sein.The term “reduced proportion of small grain sizes” typically means that in the grain groups of the granules less than 10%, typically less than 5%, typically less than 2%, typically less than 1% or typically at least essentially 0% grains with a diameter less than 250 µm, less than 100 µm, or less than 50 µm. The term "essentially 0% grains" typically means that only unavoidable residues of grains with a Diameters smaller than 250 µm, less than 100 µm or less than 50 µm are present. Unavoidable residues can arise, for example, during production or typically be present in material supplied by a manufacturer.
Bei typischen Ausführungsformen der Erfindung sind die prozentualen Anteile einer Mehrzahl von Korngruppen unter Verwendung einer Sieblinie zumindest im Wesentlichen nach der Funk-Dinger Sieblinie berechnet.In typical embodiments of the invention, the percentages of a plurality of grain groups are calculated using a grading curve, at least essentially according to the Funk-Dinger grading curve.
Typischerweise ist eine Funk-Dinger Sieblinie eine Kurve, die sich nach der Gleichung
- - A der Siebdurchgang in M.-% (Massenanteil) ist, der durch das Sieb mit dem Durchmesser d hindurchgeht,
- - d der Durchmesser oder durchschnittlicher Durchmesser mit einem Wert zwischen dmin und dmax ist, für die der prozentuale Anteil in einem Korngemisch, Granulat berechnet werden soll,
- - dmax der Durchmesser des Größtkorns ist, die zu berechnenden Sieblinie,
- - dmin der Durchmesser des Kleinstkorns ist, die zu berechnenden Sieblinie, und
- - n der Exponent zur Berücksichtigung der Kornform ist.
- - A is the sieve passage in M .-% (mass fraction) that passes through the sieve with the diameter d,
- - d is the diameter or average diameter with a value between d min and d max , for which the percentage in a grain mixture, granulate is to be calculated,
- - d max is the diameter of the largest grain, the grading curve to be calculated,
- - d min is the diameter of the smallest grain, the grading curve to be calculated, and
- - n is the exponent for taking the grain shape into account.
Typischerweise berücksichtigt eine Funk-Dinger Sieblinie eine ideale Kugel als Kornform. Insbesondere ist der entsprechende Exponent n für diese Kornform bei der Funk-Dinger-Sieblinie 0,37.Typically, a Funk-Dinger grading curve takes an ideal sphere into account as the grain shape. In particular, the corresponding exponent n for this grain shape for the Funk-Dinger grading curve is 0.37.
Typischerweise umfasst das Ermitteln der prozentualen Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie eine Berechnung des Schüttvolumens und des Kornvolumens der Korngruppen des Granulats ausgehend von den Größen Schüttdichte und Kornrohdichte. Typischerweise liegt die Schüttdichte von verwendeten Korngruppen zwischen 125 kg/m3 und 500 kg/m3, typischerweise zwischen 150 kg/m3 und 475 kg/m3, typischerweise zwischen 170 kg/m3 und 450 kg/m3 haben. Typische Kornrohdichten von Korngruppen liegen zwischen 250 kg/m3 und 1100 kg/m3, typischerweise zwischen 275 kg/m3 und 1050 kg/m3, typischerweise zwischen 300 kg/m3 und 1000 kg/m3 haben.Typically, the determination of the percentage of the grain groups of the granulate according to a grading curve includes a calculation of the bulk volume and the grain volume of the grain groups of the granulate on the basis of the quantities of bulk density and gross grain density. The bulk density of the grain groups used is typically between 125 kg / m 3 and 500 kg / m 3 , typically between 150 kg / m 3 and 475 kg / m 3 , typically between 170 kg / m 3 and 450 kg / m 3 . Typical grain densities of grain groups are between 250 kg / m 3 and 1100 kg / m 3 , typically between 275 kg / m 3 and 1050 kg / m 3 , typically between 300 kg / m 3 and 1000 kg / m 3 .
Typischerweise umfasst das Ermitteln der prozentualen Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie eine Berechnung des Porenraums, eine Berechnung eines Wasserbindemittelwerts, insbesondere eine Berechnung eines Wasserzementwerts, eine Berechnung einer Bindemittelmenge, insbesondere eine Berechnung einer Zementmenge, eine Berechnung einer Zugabewassermenge oder eine Berechnung einer Leimdichte der Schaumbetonmischung.Typically, determining the percentage of the grain groups of the granulate according to a grading curve includes calculating the pore space, calculating a water-binding agent value, in particular calculating a water-cement ratio, calculating an amount of binding agent, in particular calculating an amount of cement, calculating an amount of water added or calculating a glue density the foam concrete mix.
Beispielweise kann eine Berechnung des Porenraums einer Schaumbetonmischung mittels Verwendung des Schüttvolumens und Kornvolumens der prozentualen Anteile der mehreren, ausgewählten Korngruppen des Granulats erfolgen. Dabei bezeichnet der Begriff Porenraum den Raum, welcher ohne Zugabe von Schaumbildnern in der Schaumbetonmischung vorhanden ist.For example, the pore space of a foam concrete mixture can be calculated by using the bulk volume and grain volume of the percentage of the several selected grain groups of the granulate. The term pore space refers to the space that is present in the foam concrete mixture without the addition of foaming agents.
Bei typischen Ausführungsformen erfolgt das Mischen der Anteile, um die Schaumbetonmischung zu erhalten, mittels eines Zwangsmischers, eines Freifallmischers, eines Fahrmischers oder eines Planetenmischers mit oder ohne Wirbler. Beispielweise kann das Mischen der Anteile des Bindemittels, des Schaumbildners und der Korngruppen des Granulats ein Einmischverfahren oder ein Schaumverfahren umfassen oder ausschließlich mittels eines Einmischverfahrens oder eines Schaumverfahrens erfolgen. Beim Einmischverfahren wird die Schaumbetonmischung typischerweise unter Zugabe eines Schaumbildners im Zwangsmischer hergestellt. Beim Schaumverfahren wird dem Bindemittel und den Korngruppen, beispielweise auf der Baustelle oder in einem Betonwerk, ein vorgefertigter Schaum untergemischt.In typical embodiments, the mixing of the proportions in order to obtain the foam concrete mixture takes place by means of a compulsory mixer, a free-fall mixer, a truck mixer or a planetary mixer with or without a vortex. For example, the mixing of the proportions of the binding agent, the foaming agent and the grain groups of the granulate can comprise a mixing-in process or a foaming process or can be carried out exclusively by means of a mixing-in process or a foaming process. In the mixing process, the foam concrete mix is typically produced in a compulsory mixer with the addition of a foaming agent. In the foam process, a prefabricated foam is mixed into the binder and the grain groups, for example on the construction site or in a concrete plant.
Bei Ausführungsbeispielen wird der Schaum mit Hilfe eines Schäumgerätes wie beispielsweise eines Schaumgenerators und eines Schaumbildners erzeugt. Typischerweise werden alle Anteile außer dem Schaumbildner, beispielsweise Bindemittel, Korngruppen des Granulats und Zugabewasser, vorgemischt und als Letztes der vorgefertigte Schaum oder der Schaumbildner zugegeben. Bei weiteren Ausführungsformen wird der Schaum erzeugt und dem Bindemittel oder einem Gemisch aus Bindemittel und Zugabewasser zugegeben, wobei erst danach die Zugabe beispielsweise der Korngruppen erfolgt.In embodiments, the foam is generated with the aid of a foaming device such as a foam generator and a foaming agent. Typically, all components except for the foaming agent, for example binding agent, grain groups of the granulate and added water, are premixed and Last of all, the prefabricated foam or foaming agent was added. In further embodiments, the foam is generated and added to the binding agent or a mixture of binding agent and added water, with the addition of, for example, the grain groups only then.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann die Schaumbetonmischung mit Fasern bereitgestellt und gemischt werden. Mit Fasern kann das Verformungsverhalten eines Schaumbetons beeinflusst werden. Fasern können bei Ausführungsformen den Effekt einer verbesserten Zugfestigkeit bewirken. Typischerweise umfasst der Begriff „Fasern“ mindestens eine der folgenden Fasern: Pflanzenfasern, Kunststofffasern, Glasfasern, Karbonfasern und Stahlfasern. Die Fasern, insbesondere Kunststofffasern, können beispielweise in einer minimalen Länge von 1 mm, von 5 mm, 10 mm, oder 30 mm. Die Fasern, insbesondere Kunststofffasern, weisen typischerweise eine maximale Länge von 80 mm, von 90 mm, und von 120 mm auf.In further embodiments of the invention, the foam concrete mix can be provided and mixed with fibers. The deformation behavior of foam concrete can be influenced with fibers. In embodiments, fibers can produce the effect of improved tensile strength. Typically, the term “fibers” includes at least one of the following fibers: vegetable fibers, plastic fibers, glass fibers, carbon fibers and steel fibers. The fibers, in particular plastic fibers, can, for example, have a minimum length of 1 mm, 5 mm, 10 mm, or 30 mm. The fibers, in particular plastic fibers, typically have a maximum length of 80 mm, 90 mm, and 120 mm.
Typischerweise kommen Glasfasern mit einer minimalen Länge von 0,5 mm, von 1 mm, oder 3 mm und/oder mit einer maximalen Länge von 60 mm, von 80 mm, von 100 mm oder maximal von 120 mm zum Einsatz. Typischerweise umfassen die Fasern Monokomponenten-Fasern oder Bikomponenten-Fasern oder einer Mischung davon oder bestehen aus einer dieser Fasern oder einer Mischung davon. Die Fasern werden bei Ausführungsformen als Faserbündel oder einzelne Fasern verwendet. Typischerweise enthält die Schaumbetonmischung weniger als 100 kg Fasern bezogen auf 1 m3 der Schaumbetonmischung, typischerweise weniger als 50 kg Fasern bezogen auf 1 m3 der Schaumbetonmischung, insbesondere weniger als 20 kg Fasern bezogen auf 1 m3 der Schaumbetonmischung oder typischerweise weniger als 5 kg Fasern bezogen auf 1 m3 der Schaumbetonmischung. Insbesondere wird Concrix®, Dramix 2D oder Dramix 3D, 4D oder 5D als Faser verwendet - ausschließlich oder in einer Mischung mit anderen Fasern.Glass fibers with a minimum length of 0.5 mm, 1 mm, or 3 mm and / or with a maximum length of 60 mm, 80 mm, 100 mm or a maximum of 120 mm are typically used. Typically, the fibers comprise monocomponent fibers or bicomponent fibers or a mixture thereof or consist of one of these fibers or a mixture thereof. In embodiments, the fibers are used as fiber bundles or individual fibers. The foam concrete mixture typically contains less than 100 kg of fibers based on 1 m 3 of the foam concrete mixture, typically less than 50 kg of fibers based on 1 m 3 of the foam concrete mixture, in particular less than 20 kg of fibers based on 1 m 3 of the foam concrete mixture or typically less than 5 kg Fibers based on 1 m 3 of the foam concrete mixture. In particular, Concrix ® , Dramix 2D or Dramix 3D, 4D or 5D are used as fibers - exclusively or in a mixture with other fibers.
Ein typischer hochdeformierbarer Schaumbeton oder ein typisches hochdeformierbares Schaumbetonprodukt wird mit einer der hierin beschriebenen Schaumbetonmischungen hergestellt. Insbesondere werden die hierin beschriebenen typischen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukte unter Tage verwendet. Insbesondere werden die hierin beschriebenen typischen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukte im Tunnelbau oder im Bergbau oder in einem Schutzbauwerk verwendet werden. Dazu können hochdeformierbare Schaumbetonprodukte balkenförmige oder plattenförmige Stauchelemente oder Tübbing-Elemente sein. Beispielsweise können die balkenförmige oder plattenförmige Stauchelemente oder Tübbing-Elemente in druckhaften oder quellfähigen Gebirge verwendet werden.A typical highly deformable foam concrete or a typical highly deformable foam concrete product is made with one of the foam concrete mixes described herein. In particular, the typical highly deformable foam concrete products described herein are used underground. In particular, the typical highly deformable foam concrete products described herein will be used in tunnel construction or mining or in a protective structure. For this purpose, highly deformable foam concrete products can be bar-shaped or plate-shaped compression elements or tubbing elements. For example, the bar-shaped or plate-shaped compression elements or tubbing elements can be used in compressive or swellable mountains.
Typische Vorteile von erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind eine hohe Deformierbarkeit bei vergleichsweise geringen Kräften, so dass Gebirgsbewegungen unter Tage ohne vollständiges Versagen der mit den Ausführungsformen aufgebauten Hülle aufgenommen werden können. Dies bietet insbesondere im Tunnelbau oder bei Bauwerken unter Tage ein breites Einsatzspektrum.Typical advantages of embodiments according to the invention are high deformability with comparatively low forces, so that rock movements underground can be absorbed without complete failure of the shell constructed with the embodiments. This offers a wide range of uses, particularly in tunnel construction or underground structures.
FigurenlisteFigure list
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Figuren zeigen:
-
1 zeigt schematisch einen Ablauf einer typischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
2 zeigt schematisch einen weiteren Ablauf einer typischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
3 zeigt schematisch die Ergebnisse von einachsigen Spannungsversuchen an Würfeln aus unterschiedlichen Schaumbetonmischungen; -
4 zeigt schematisch die Ergebnisse von dreidimensionalen Spannungsversuchen an Würfeln aus unterschiedlichen Schaumbetonmischungen.
-
1 shows schematically a sequence of a typical embodiment of a method according to the invention; -
2 shows schematically a further sequence of a typical embodiment of a method according to the invention; -
3 shows schematically the results of uniaxial tension tests on cubes made of different foam concrete mixes; -
4th shows schematically the results of three-dimensional tension tests on cubes made of different foam concrete mixes.
Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments
Nachfolgend werden typische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bei der Beschreibung der Ausführungsform werden unter Umständen in verschiedenen Figuren und für verschiedene Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet, um die Beschreibung übersichtlicher zu gestalten. Dies bedeutet jedoch nicht, dass entsprechende Teile der Erfindung auf die in den Ausführungsformen dargestellten Varianten beschränkt sind.Typical embodiments of the invention are described below with reference to the figures, the invention not being restricted to the exemplary embodiments, rather the scope of the invention is determined by the claims. In the description of the embodiment, the same reference symbols may be used for the same or similar parts in different figures and for different embodiments in order to make the description clearer. However, this does not mean that corresponding parts of the invention are limited to the variants shown in the embodiments.
In der
Das Verfahren umfasst ein Festlegen einer geforderten Mindestdruckfestigkeit
Im in der
Im Block
Beispielsweise werden in einem ersten Rechengang prozentuale Anteile der Korngruppen des Granulats mittels eines gewichteten, insbesondere Volumengewichteten Durchschnitts der Druckfestigkeiten der prozentualen Anteile von ausgewählten Korngruppen des Granulats errechnet oder abgeschätzt. Ferner können die entsprechende prozentualen Anteile des Bindemittels und eventuell auch des Schaumbildners (Druckfestigkeit der mit dem Schaumbildner geschaffenen Hohlräume gleich Null) ermittelt werden, um die Gesamtdruckfestigkeit des späteren Schaumbetonproduktes abzuschätzen oder zu ermitteln (Blöcke
Im Block
Im Block
Im Block
In der
In einem ersten Mischer
Außerdem wird Wasser
Das mit dem Schaumbildner gemischte Wasser kann bei typischen Ausführungsformen dem Zugabewasser entnommen werden oder es wird das gesamte Zugabewasser mit dem Bindemittel gemischt und für den Schaumbildner eine zusätzliche Menge Wasser zur Mischung mit dem Schaumbildner vorgesehen. Typischerweise sind die Mengen an Wasser, welche zur Schaumbildung benötigt werden, gering, so dass sie nicht zwingend bei der Berechnung der Mischung berücksichtigt werden müssen.In typical embodiments, the water mixed with the foaming agent can be taken from the added water or all of the added water is mixed with the binder and an additional amount of water is provided for the foaming agent to be mixed with the foaming agent. Typically, the amounts of water required for foam formation are small, so that they do not necessarily have to be taken into account when calculating the mixture.
In einem zweiten Mischer
Aus dem zweiten Mischer
Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert: The method according to the invention is further explained in more detail using the following exemplary embodiments:
Ausführungsbeispiel 1
Ein Kubikmeter einer typischen Schaumbetonmischung für die Herstellung von typischen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten kann beispielweise bestehen aus oder umfassen:
Bei dem Ausführungsbeispiel wird das Wasser zur Mischung mit dem Schaumbildner nicht dem Zugabewasser entnommen. Konkret werden bei dem Ausführungsbeispiel 10.67 kg Schaum benutzt pro Kubikmeter Schaumbetonmischung. Der Schaumbildner Sika Lightcrete
Die prozentualen Anteile der Korngruppen des Granulats entsprechend einer Sieblinie nach Funk-Dinger.The percentage of the grain groups in the granulate according to a Funk-Dinger grading curve.
Ein Kubikmeter eines vergleichbaren Beispiels mit der gleichen Leimdichte wie die Leimdichte der Schaumbetonmischung des Ausführungsbeispiels 1 umfasst oder besteht aus:
In den
In
Zum Beispiel zeigen die Ergebnisse des einachsigen Druckversuches in
Ferner zeigen die Ergebnisse des dreidimensionalen Druckversuches in
Im Vergleich dazu zeigt ein typisches Schaumbetonprodukt
Damit ist das Verhältnis der maximalen Spannung zur minimalen Spannung im Bereich bis 40% Verformung bei typischen hochdeformierbaren Schaumbetonprodukten
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 210210
- erster Mischerfirst mixer
- 212212
- Bindemittelbinder
- 214214
- Korngruppen des Granulats entsprechend einer SieblinieGrain groups of the granulate according to a grading curve
- 216,236216.236
- ZusatzmittelAdditives
- 220220
- ZugabewasserAdded water
- 230230
- SchaumgeneratorFoam generator
- 232232
- SchaumbildnerFoaming agent
- 234234
- Luftair
- 240240
- zweiter Mischersecond mixer
- 250250
- FörderpumpeFeed pump
- 260, 310, 410260, 310, 410
- hochdeformierbares Schaumbetonprodukthighly deformable foam concrete product
- 320, 420320, 420
- typisches Schaumbetonprodukttypical foam concrete product
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- DIN EN 12390-3 [0009, 0010, 0015, 0016]DIN EN 12390-3 [0009, 0010, 0015, 0016]
- DIN EN 206-1 [0014]DIN EN 206-1 [0014]
- DIN 1045-2 [0014]DIN 1045-2 [0014]
- DIN EN 197-1 [0022]DIN EN 197-1 [0022]
- DIN EN 14216 [0022]DIN EN 14216 [0022]
- DIN EN 13055-1 [0037]DIN EN 13055-1 [0037]
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2020
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