DE102021120228A1 - Cement additive for self-healing of a cement-bound system - Google Patents

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Abstract

Ein Zementzusatz zur Selbstheilung eines zementgebundenen Systems (4) wird vorgeschlagen. Der Zementzusatz umfasst einen in dem zementgebundenen System (4) einem chemischen Zerfallsprozess unterliegenden biobasierten Kunststoff (2), wobei der biobasierte Kunststoff (2) in Form von Fasern (1) ausgebildet ist und Einschlüsse mit einer reaktiven siliziumhaltigen Feststoffkomponente (3) aufweist. Beim Zerfall des biobasierten Kunststoffs (2) in dem zementgebundenen System (4) kann die siliziumhaltige Feststoffkomponente freigesetzt werden, was zu einer chemischen Reaktion führen kann, so dass die bei der chemischen Reaktion entstandenen Reaktionsprodukte zur Schließung von Rissen in dem zementgebundenen System (4) beitragen können. Es wird zudem ein zementgebundenes System (4) angegeben, welches durch Zugabe des Zementzusatzes modifiziert worden ist.A cement additive for self-healing of a cement-bound system (4) is proposed. The cement additive comprises a bio-based plastic (2) which is subject to a chemical decomposition process in the cement-bound system (4), the bio-based plastic (2) being in the form of fibers (1) and having inclusions with a reactive silicon-containing solid component (3). When the bio-based plastic (2) decomposes in the cement-bound system (4), the silicon-containing solid component can be released, which can lead to a chemical reaction, so that the reaction products formed during the chemical reaction can close cracks in the cement-bound system (4) can contribute. A cement-bound system (4) is also specified, which has been modified by adding the cement additive.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Zementzusatz. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung einen Zementzusatz zur Selbstheilung eines zementgebundenen Systems.The present invention generally relates to a cement additive. In particular, the present invention relates to a cement additive for self-healing of a cementitious system.

Es sind Zementzusätze zur Erhöhung der Festigkeit und Dauerhaftigkeit von zementgebundenen Systemen bekannt. Insbesondere sind Zusätze mit bakteriellem Material bekannt, wobei die Bakterien dazu dienen, in den zementgebundenen Systemen auftretende etwaige Schädigungen durch bakterielle Ausscheidungsprodukte zu heilen. Die bekannten Zementzusätze sind komplex, schwer herstellbar und teuer.Cement additives are known for increasing the strength and durability of cementitious systems. In particular, additives with bacterial material are known, the bacteria serving to heal any damage occurring in the cement-bound systems by bacterial excretion products. The known cement additives are complex, difficult to manufacture and expensive.

Eine Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, einen kostengünstigen und effizienten Zementzusatz zur Selbstheilung von zementgebundenen Systemen bereitzustellen.An object of embodiments of the present invention is to provide an inexpensive and efficient cement additive for self-healing of cementitious systems.

Diese Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt durch einen Zementzusatz zur Selbstheilung eines zementgebundenen Systems gelöst. Der Zementzusatz umfasst einen in dem zementgebundenen System einem chemischen Zerfallsprozess unterliegenden biobasierten bzw. bioorganischen Kunststoff. Der biobasierte Kunststoff ist in Form von Fasern bzw. faserförmig ausgebildet und weist Einschlüsse mit bzw. in Form einer reaktiven siliziumhaltigen Feststoffkomponente auf. Beim Zerfall des biobasierten Kunststoffs kann die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente freigesetzt werden, was zu einer chemischen Reaktion führen kann. Die bei der chemischen Reaktion entstandenen Reaktionsprodukte können zur Schließung von Rissen in dem zementgebundenen System beitragen.According to a first aspect, this object is achieved by a cement additive for self-healing of a cement-bound system. The cement additive comprises a bio-based or bio-organic plastic that is subject to a chemical decomposition process in the cement-bound system. The bio-based plastic is in the form of fibers or fibrous and has inclusions with or in the form of a reactive silicon-containing solid component. When the bio-based plastic decomposes, the reactive siliceous solid component can be released, which can lead to a chemical reaction. The reaction products formed during the chemical reaction can contribute to the closure of cracks in the cement-bound system.

Dem zementgebundenen System, wie beispielsweise Beton, Mörtel und/oder Leim, kann der Zementzusatz während der Herstellung, insbesondere direkt in dem Mischprozess hinzugegeben werden. Im Falle einer Rissbildung können die entstandenen Risse durch die Reaktionsprodukte verfüllt bzw. geschlossen werden, so dass der zementgebundene Baustoff vor dem Eindringen von schädigenden Stoffen durch Risse geschützt werden kann. Der Zementzusatz weist eine einfache Zusammensetzung, insbesondere ohne bakterielles Material, auf und kann entsprechend leicht und kostengünstig hergestellt werden.The cement additive can be added to the cement-bound system, such as concrete, mortar and/or glue, during production, in particular directly in the mixing process. If cracks form, the resulting cracks can be filled or closed by the reaction products, so that the cement-bound building material can be protected from the ingress of harmful substances through the cracks. The cement additive has a simple composition, in particular without bacterial material, and can accordingly be produced easily and inexpensively.

Der biobasierte Kunststoff kann insbesondere Polylactid (PLA) bzw. Polymilchsäure umfassen. In einer alkalischen Umgebung, wie sie in zementgebundenen Systemen typischerweise vorherrscht, zerfällt Polylactid, so dass die darin eingeschlossenen reaktiven siliziumhaltigen Feststoffkomponenten freigesetzt werden und in dem chemischen Reaktionsprozess zur Heilung des zementgebundenen Systems insbesondere zur Schließung von Rissen teilnehmen können.The bio-based plastic can in particular include polylactide (PLA) or polylactic acid. In an alkaline environment, as typically prevails in cement-bound systems, polylactide decomposes so that the reactive silicon-containing solid components enclosed therein are released and can participate in the chemical reaction process for healing the cement-bound system, in particular for closing cracks.

Die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente kann Puzzolane umfassen. Die Anwesenheit von Puzzolanen innerhalb des zementgebundenen Systems, insbesondere in einer feuchten Umgebung, kann zu einer puzzolanischen Reaktion führen. Die bei der puzzolanischen Reaktion entstehenden Reaktionsprodukte können die Risse in dem zementgebundenen System effizient und zuverlässig verfüllen. Das aus der Zementreaktion hervorgehende Calciumhydroxid reagiert dabei mit dem Siliciumdioxid aus dem Puzzolan unter Feuchtigkeit zu festigkeitsbildenden Calciumsilicathydrat- bzw. CSH-Phasen.The reactive siliceous solid component may include pozzolan. The presence of pozzolana within the cementitious system, particularly in a humid environment, can result in a pozzolanic reaction. The reaction products formed during the pozzolanic reaction can efficiently and reliably fill the cracks in the cement-bound system. The calcium hydroxide resulting from the cement reaction reacts with the silicon dioxide from the pozzolan in the presence of moisture to form strength-forming calcium silicate hydrate or CSH phases.

Die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente kann beispielsweise Flugasche, Silicastaub und/oder sonstige siliziumhaltige Puzzolane umfassen. Diese Materialien sind relativ leicht erhältlich und aufgrund des hohen Anteils an Siliziumdioxid für die puzzolanische Reaktion gut geeignet.The reactive siliceous solid component may comprise, for example, fly ash, silica fume and/or other siliceous pozzolan. These materials are relatively easy to obtain and are well suited for the pozzolanic reaction due to the high proportion of silicon dioxide.

In einigen Ausführungsformen umfasst die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente ein Alumosilikat. Die in Alumosilikaten enthaltenen Silizium- und Aluminiumoxide können zur Bildung von CSH-Phasen, CAH (Calciumaluminathydrat) -Phasen und/oder CASH (aluminiumhaltiges Calciumsilikathydrat) -Phasen durch die puzzolanische Reaktion beitragen. Alumosilikate kommen in der Erdkruste reichlich vor und sind entsprechend leicht erhältlich.In some embodiments, the reactive siliceous solid component comprises an aluminosilicate. The silicon and aluminum oxides contained in aluminosilicates can contribute to the formation of CSH phases, CAH (calcium aluminate hydrate) phases and/or CASH (aluminium-containing calcium silicate hydrate) phases through the pozzolanic reaction. Aluminosilicates are abundant in the earth's crust and are accordingly readily available.

In einigen Ausführungsformen umfasst die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente Metakaolin. Metakaolin kann insbesondere aus dem sehr häufig vorkommenden Kaolinit durch thermische Aktivierung bzw. Kalzinierung und Dehydratisierung bzw. Dehydroxylierung erhalten werden. Aufgrund der Dehydroxylierung weist Metakaolin eine hohe Stabilität in einer trockenen Umgebung auf. Die selbstheilende Wirkung des zementgebundenen Systems kann somit besonders lange Zeit bis zum Auftreten der Risse in dem zementgebundenen System aufrechterhalten bleiben.In some embodiments, the reactive siliceous solid component comprises metakaolin. Metakaolin can be obtained in particular from the very frequently occurring kaolinite by thermal activation or calcination and dehydration or dehydroxylation. Due to dehydroxylation, metakaolin has high stability in a dry environment. The self-healing effect of the cement-bound system can thus be maintained for a particularly long time before cracks appear in the cement-bound system.

In einigen Ausführungsformen weisen die Fasern, insbesondere im Durchschnitt, eine Länge von 1 mm bis 20 mm, insbesondere von 2 mm bis 10 mm, speziell von 4 mm bis 6 mm auf. Die Fasern mit solchen Faserlängen können zu dem restlichen Baumaterial auf einfache Weise und zuverlässig beigemischt werden, so dass sich eine Art im Wesentlichen gleichmäßig verteiltes Fasernetzwerk innerhalb des zementgebundenen Systems ergibt. Aufgrund des verteilten Netzwerkes des Fasermaterials wird auch die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente in dem Volumen des zementgebundenen Systems verteilt, so dass die Selbstheilung im Wesentlichen überall innerhalb des zementgebundenen Systems stattfinden kann.In some embodiments, the fibers have, in particular on average, a length of 1 mm to 20 mm, in particular 2 mm to 10 mm, especially 4 mm to 6 mm. The fibers with such fiber lengths can be admixed to the remaining building material in a simple and reliable manner, resulting in a kind of essentially uniformly distributed fiber network within the cement-bound system. Due to the distributed network of the fibrous material, the reactive siliceous solid component is also bound in the volume of the cement distributed in a system such that self-healing can take place essentially anywhere within the cementitious system.

In einigen Ausführungsformen weisen die Fasern, insbesondere im Durchschnitt, einen Durchmesser von 10 µn bis 100 µm, insbesondere von 15 µm bis 50 µm auf. Die Fasern mit solchen Durchmessern können in ausreichender Menge in das zementgebundene System aufgenommen werden, ohne den Zusammenhalt bzw. die Integrität des zementgebundenen Systems merklich zu beeinträchtigen.In some embodiments, the fibers have a diameter, particularly on average, of 10 μm to 100 μm, particularly 15 μm to 50 μm. The fibers with such diameters can be included in the cement-bound system in sufficient quantity without noticeably impairing the cohesion or the integrity of the cement-bound system.

Nach einem zweiten Aspekt wird ein zementgebundenes System vorgeschlagen, wobei das zementgebundene System durch Zugabe des Zementzusatzes gemäß dem ersten Aspekt modifiziert worden ist. Aufgrund der Zugabe des Zementzusatzes weist das zementgebundene System eine selbstheilende Eigenschaft und entsprechend eine hohe Langzeitstabilität auf.According to a second aspect, a cement-bound system is proposed, wherein the cement-bound system has been modified by adding the cement additive according to the first aspect. Due to the addition of the cement additive, the cement-bound system has self-healing properties and correspondingly high long-term stability.

Das zementgebundene System kann insbesondere durch Zugabe des Zementzusatzes in einer Menge von 2 bis 4 kg/m3 modifiziert werden. Diese Menge des Zusatzes eignet sich dafür, einen ausgeprägten selbstheilenden Effekt zu erzielen, ohne dabei die Integrität des zementgebundenen Systems zu gefährden.The cement-bound system can be modified in particular by adding the cement additive in an amount of 2 to 4 kg/m 3 . This amount of additive is suitable for achieving a pronounced self-healing effect without jeopardizing the integrity of the cementitious system.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Für gleiche oder gleichwirkende Teile werden in den Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.

  • 1 zeigt eine schematische Struktur einer Faser eines Zementzusatzes gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 2 zeigt eine vereinfachte Formel einer puzzolanischen Reaktion,
  • 3 zeigt schematisch ein zementgebundenes System gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 4 zeigt schematisch das zementgebundene System gemäß 3 nach dem Zerfall der Faser,
  • 5 zeigt schematisch das zementgebundene System gemäß 4 mit einer Rissbildung,
  • 6 zeigt schematisch das zementgebundene System gemäß 5 nach dem Einsatz des Selbstheilungseffekts, und
  • 7 zeigt schematisch die innere Struktur eines zementgebundenen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures. The same reference numbers are used in the figures for parts that are the same or have the same effect.
  • 1 shows a schematic structure of a fiber of a cement additive according to an embodiment,
  • 2 shows a simplified formula of a pozzolanic reaction,
  • 3 shows schematically a cement-bound system according to an embodiment,
  • 4 shows schematically the cement-bound system according to 3 after the fiber breaks down
  • 5 shows schematically the cement-bound system according to 4 with a crack formation,
  • 6 shows schematically the cement-bound system according to 5 after using the self-heal effect, and
  • 7 shows schematically the internal structure of a cement-bound system according to an embodiment.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Faser eines Zementzusatzes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Faser 1 umfasst einen biobasierten Kunststoff 2. Der biobasierte Kunststoff 2 bildet das Basismaterial der Faser 1, wobei die Faser 1 reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponenten 3 in Form von Einschlüssen aufweist, welche als im Wesentlichen entlang der gesamten Länge der Faser 1 verteilte gefüllte Kreise dargestellt sind. 1 shows a schematic cross section through a fiber of a cement additive according to an embodiment. The fiber 1 comprises a bio-based plastic 2. The bio-based plastic 2 forms the base material of the fiber 1, the fiber 1 having reactive silicon-containing solid components 3 in the form of inclusions, which are shown as filled circles distributed essentially along the entire length of the fiber 1 .

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Faser 1 etwa 5 mm und der Durchmesser etwa 40 µm. In einigen Ausführungsbeispielen liegt die Durchschnittslänge der Fasern zwischen 1 mm und 20 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 10 mm, speziell zwischen 4 mm und 6 mm.in the in 1 shown embodiment, the length of the fiber 1 is about 5 mm and the diameter is about 40 microns. In some embodiments, the average length of the fibers is between 1 mm and 20 mm, in particular between 2 mm and 10 mm, especially between 4 mm and 6 mm.

Der biobasierte Kunststoff 2 ist so gewählt, dass er in einer alkalischen Umgebung, wie sie in zementgebundenen Systemen typischerweise vorherrscht, instabil wird bzw. zerfällt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Basismaterial Polylactid (PLA). Auch andere in einer alkalischen Umgebung instabile bzw. metastabile biobasierte Kunststoffe können grundsätzlich als Basismaterial der Faser 1 verwendet werden.The bio-based plastic 2 is selected in such a way that it becomes unstable or decomposes in an alkaline environment, as is typically the case in cement-bound systems. In the embodiment shown, the base material is polylactide (PLA). In principle, other bio-based plastics that are unstable or metastable in an alkaline environment can also be used as the base material of the fiber 1 .

Als reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Puzzolan, nämlich Silicastaub, verwendet. Als reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente können auch andere reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponenten, wie beispielsweise Flugasche und/oder Meta-Kaolinit bzw. Metakaolin, verwendet werden.In the exemplary embodiment shown, a pozzolan, namely silica fume, is used as the reactive silicon-containing solid component. Other reactive silicon-containing solid components, such as fly ash and/or meta-kaolinite or metakaolin, can also be used as the reactive silicon-containing solid component.

2 zeigt eine vereinfachte Formel einer puzzolanischen Reaktion. Eine solche puzzolanische Reaktion kann in einem zementgebundenen System während des Selbstheilungsprozesses mittels des Zementzusatzes gemäß einem der Ausführungsbeispiele stattfinden. In der puzzolanischen Reaktion sind im Wesentlichen drei Reaktionskomponenten beteiligt, die auf der linken Seite der Reaktionsformel der 2 angegeben sind. Die erste Komponente Ca(OH)2 oder Calciumhydroxid ist ein Produkt der Zementreaktion und kann der Umgebung bzw. dem zementgebundenen System entnommen werden. SiO2 bzw. Siliziumdioxid kann der aus den Fasern in dem zementgebundenen System freigesetzten siliziumhaltigen Feststoffkomponente, insbesondere Puzzolan, entnommen werden. Das Wasser kann der Umgebung, insbesondere der in die Risse des zementgebundenen Systems eindringenden Feuchte entnommen werden. 2 shows a simplified formula of a pozzolanic reaction. Such a pozzolanic reaction can take place in a cement-bound system during the self-healing process by means of the cement additive according to one of the exemplary embodiments. There are essentially three reaction components involved in the pozzolanic reaction, which are shown on the left-hand side of the reaction formula 2 are specified. The first component Ca(OH) 2 or calcium hydroxide is a product of the cement reaction and can be taken from the environment or from the cement-bound system. SiO 2 or silicon dioxide can be taken from the silicon-containing solid component released from the fibers in the cement-bound system, in particular pozzolan. The water can be taken from the environment, in particular from the moisture penetrating into the cracks in the cement-bound system.

Als Reaktionsprodukt der puzzolanischen Reaktion entstehen Calciumsilicathydrate oder kurz CSH-Phasen. Calciumsilicathydrate stellen den wesentlichen Baustoff von zementgebundenen Systemen und sind dafür geeignet, etwaige Hohlräume, insbesondere Spalten und/oder Risse, in den zementgebundenen Systemen zu verfüllen und diese zu festigen.Calcium silicate hydrates, or CSH phases for short, form as the reaction product of the pozzolanic reaction. Calcium silicate hydrates are the essential building material of cement-bound systems and are suitable for any cavities, especially gaps and / or cracks in the to fill cement-bound systems and to strengthen them.

3 zeigt schematisch ein zementgebundenes System gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das zementgebundene System 4 umfasst ein zementbasiertes Material 5, in welchem Fasern 1 des Zementzusatzes gemäß 1 eingebettet sind. Der Einfachheit halber wird in 3 nur eine Faser 1 dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel der 3 ist das zementgebundene System ein Betonteil. Auch andere zementgebundene Systeme, wie beispielsweise Mörtel oder Leim können grundsätzlich zur Erhöhung ihrer Beständigkeit mit dem Zementzusatz gemäß dem ersten Aspekt modifiziert werden. 3 shows schematically a cement-bound system according to an embodiment. The cementitious system 4 comprises a cement-based material 5, in which fibers 1 of the cement additive according 1 are embedded. For the sake of simplicity, in 3 only one fiber 1 shown. In the embodiment of 3 the cement-bound system is a concrete part. Other cement-bound systems, such as mortar or glue, can basically be modified with the cement additive according to the first aspect to increase their durability.

Der selbstheilende Effekt, welcher in solchen zementgebundenen Systemen auftreten kann, wird unten in 4 bis 6 näher erläutert.The self-healing effect that can occur in such cementitious systems is discussed below in 4 until 6 explained in more detail.

4 zeigt schematisch das zementgebundene System gemäß 3 nach dem Zerfall der Faser. Beim Zerfall der Faser 1 zerfällt der biobasierte Kunststoff, welcher das Basismaterial der Faser 1 bildet, in der alkalischen Umgebung des zementbasierten Materials 5 des zementgebundenen Systems 4. Der Zerfall der Faser 1 wird in 4 durch die Darstellung der ursprünglichen Konturen der Faser 1 als gestrichelte Linien visualisiert. Nach dem Zerfall der Faser 1 wird die reaktive siliziumhaltige Komponente 3 durch den biobasierten Kunststoff nicht mehr gehalten. Unter günstigen Bedingungen kann nun die freigesetzte reaktive siliziumhaltige Komponente 3 in eine chemische Reaktion mit dem Calciumhydroxid aus der Umgebung bzw. aus dem zementbasierten Material eingehen. 4 shows schematically the cement-bound system according to 3 after the fiber breaks down. When the fiber 1 breaks down, the bio-based plastic, which forms the base material of the fiber 1, breaks down in the alkaline environment of the cement-based material 5 of the cement-bound system 4. The break-down of the fiber 1 is 4 visualized by showing the original contours of the fiber 1 as dashed lines. After the fiber 1 has disintegrated, the reactive silicon-containing component 3 is no longer held by the bio-based plastic. Under favorable conditions, the released reactive silicon-containing component 3 can now enter into a chemical reaction with the calcium hydroxide from the environment or from the cement-based material.

5 zeigt schematisch das zementgebundene System gemäß 4 im Falle einer Rissbildung. 5 zeigt beispielhaft einen Riss 6 als Ausnehmung, welche keilförmig in das zementgebundene System 4 hineinragt und die Faser 1 bzw. die ursprüngliche Position der Faser 1 erfasst. Die freigesetzte reaktive siliziumhaltige Komponente 3 befindet sich zum Teil bereits in dem Riss 6. Durch den gebildeten Riss 6 kann Feuchtigkeit 7 in das zementgebundene System eindringen, was in 5 als Tropfen dargestellt ist. Das Eindringen der Feuchtigkeit 7 in den Riss 6 führt dazu, dass nun die Reaktionsbedingungen für das Einsetzen der oben beschriebenen puzzolanischen Reaktion erfüllt sind. Das aus der Zementreaktion hervorgehende Calciumhydroxid kann mit dem Siliciumdioxid aus dem Puzzolan unter Feuchtigkeit zu festigkeitsbildenden CSH-Phasen reagieren. 5 shows schematically the cement-bound system according to 4 in case of cracking. 5 shows an example of a crack 6 as a recess, which protrudes in a wedge shape into the cement-bound system 4 and captures the fiber 1 or the original position of the fiber 1 . The released reactive silicon-containing component 3 is already partly in the crack 6. Through the crack 6 that has formed, moisture 7 can penetrate into the cement-bound system, which in 5 shown as a drop. The penetration of the moisture 7 into the crack 6 means that the reaction conditions for the onset of the pozzolanic reaction described above are now met. The calcium hydroxide resulting from the cement reaction can react with the silicon dioxide from the pozzolan in moisture to form strength-forming CSH phases.

6 zeigt schematisch das zementgebundene System gemäß 5 nach dem Einsatz des Selbstheilungseffekts. Die festigkeitsbildenden Reaktionsprodukte 8 bzw. CSH-Phasen sind in 6 symbolisch als Partikel der reaktiven siliziumhaltige Komponente 3 umgebende Kreise dargestellt. Der Selbstheilungseffekt des zementgebundenen Systems 4 ergibt sich daraus, dass die wachsenden festigkeitsbildenden CSH-Phasen den Riss 6 wenigstens teilweise füllen oder sogar im Wesentlichen vollständig schließen können. 6 shows schematically the cement-bound system according to 5 after using the self-heal effect. The strength-forming reaction products 8 or CSH phases are in 6 represented symbolically as particles of the reactive silicon-containing component 3 surrounding circles. The self-healing effect of the cement-bound system 4 results from the fact that the growing, strength-forming CSH phases can at least partially fill the crack 6 or even essentially completely close it.

7 zeigt schematisch die innere Struktur eines zementgebundenen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das zementgebundene System 4 ist durch Zugabe des Zementzusatzes mit Fasern 1 modifiziert worden. Die Menge des Zementzusatzes wurde dabei so gewählt, dass die einzelnen Fasern 1 innerhalb des zementgebundenen Systems 4 miteinander weitgehend vernetzt sind. Nach dem Zerfall der Fasern 1 in der alkalischen Umgebung kann in dem zementgebundenen System ein System von miteinander vernetzten Kanälen entstehen. So eine Vernetzung der Fasern bzw. Kanäle kann sich beispielsweise bei einer Zugabe von dem Zementzusatz mit einer Menge von 2 kg/m3 oder mehr ergeben. Die Vernetzung der Fasern untereinander kann dazu führen, dass nach dem Zerfall der Fasern in dem zementgebundenen System Transportkanäle entstehen, welche beispielsweise zum Stofftransport bzw. Stoffnachlieferung für die chemischen Reaktion, insbesondere für die puzzolanische Reaktion zum Erzielen des Selbstheilungseffekts dienen können. Der Stofftransport durch die miteinander vernetzten Kanäle wird in 7 durch weiße Pfeile symbolisch dargestellt. 7 shows schematically the internal structure of a cement-bound system according to an embodiment. The cement-bound system 4 has been modified by adding the cement additive with fibers 1. The quantity of cement additive was selected in such a way that the individual fibers 1 are largely networked with one another within the cement-bound system 4 . After the fibers 1 have disintegrated in the alkaline environment, a system of interconnected channels can arise in the cement-bound system. Such cross-linking of the fibers or channels can result, for example, when the cement additive is added in a quantity of 2 kg/m 3 or more. The cross-linking of the fibers with one another can result in transport channels being created in the cement-bound system after the fibers have disintegrated, which can serve, for example, for transporting or supplying substances for the chemical reaction, in particular for the pozzolanic reaction to achieve the self-healing effect. The transport of substances through the interconnected channels is 7 symbolically represented by white arrows.

Die miteinander vernetzten Kanäle können auch zur Aufnahme bzw. zum Transport von anderen Substanzen dienen. Insbesondere können diese Kanäle Ausweichräume bieten, um beispielsweise in einem Brandfall den Dampfdruck oder bei Kälte Druck durch gefrierendes Wasser aufzunehmen, was in 7 durch schwarze Pfeile dargestellt ist. Ein in dem zementgebundenen System vorhandener erhöhter Porendruck 9, insbesondere von Wasser oder Dampf, kann dabei durch das Netzwerk von Kanälen innerhalb des zementgebundenen Systems 4 aufgenommen werden. In einigen Ausführungsbeispielen liegt die Menge des zugegebenen Zementzusatzes zwischen 2 bis 4 kg/m3. Mit einer solchen Menge des Zusatzes kann eine verhältnismäßig gute Vernetzung von Fasern erreicht werden, ohne dabei die Integrität des zementgebundenen Systems zu beeinträchtigen.The interconnected channels can also be used to absorb or transport other substances. In particular, these ducts can offer alternative spaces, for example to absorb the vapor pressure in the event of a fire or the pressure from freezing water in the event of cold, which in 7 is represented by black arrows. An increased pore pressure 9 present in the cement-bound system, in particular from water or steam, can be absorbed by the network of channels within the cement-bound system 4. In some embodiments, the amount of cement additive added is between 2 to 4 kg/m 3 . Relatively good crosslinking of fibers can be achieved with such an amount of additive without impairing the integrity of the cementitious system.

Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.Although at least one exemplary embodiment has been shown in the foregoing description, various changes and modifications can be made. The above embodiments are examples only and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the present disclosure in any way. Rather, the foregoing description provides those skilled in the art with a roadmap for implementing at least one example embodiment, and various changes in function and arrangement of elements described in an example embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims and their legal equivalents .

BezugszeichenlisteReference List

11
Faserfiber
22
biobasierter Kunststoffbio-based plastic
33
Feststoffkomponentesolid component
44
zementgebundenes Systemcementitious system
55
zementbasiertes Materialcement based material
66
RissCrack
77
Feuchtigkeithumidity
88th
Reaktionsproduktereaction products
99
Porendruckpore pressure

Claims (10)

Zementzusatz zur Selbstheilung eines zementgebundenen Systems (4), umfassend einen in dem zementgebundenen System (4) einem chemischen Zerfallsprozess unterliegenden biobasierten Kunststoff (2), wobei der biobasierte Kunststoff (2) in Form von Fasern (1) ausgebildet ist und Einschlüsse mit einer reaktiven siliziumhaltigen Feststoffkomponente (3) aufweist, welche beim Zerfall des biobasierten Kunststoffs (2) in dem zementgebundenen System (4) freigesetzt werden kann, was zu einer chemischen Reaktion führen kann, so dass die bei der chemischen Reaktion entstandenen Reaktionsprodukte zur Schließung von Rissen in dem zementgebundenen System (4) beitragen können.Cement additive for self-healing of a cement-bound system (4), comprising a bio-based plastic (2) that is subject to a chemical decomposition process in the cement-bound system (4), the bio-based plastic (2) being in the form of fibers (1) and inclusions with a reactive has silicon-containing solid component (3), which can be released during the decomposition of the bio-based plastic (2) in the cement-bound system (4), which can lead to a chemical reaction, so that the reaction products formed in the chemical reaction can close cracks in the cement-bound system (4) can contribute. Zementzusatz nach Anspruch 1, wobei der biobasierte Kunststoff (2) Polylactid umfasst.Cement additive after claim 1 , wherein the bio-based plastic (2) comprises polylactide. Zementzusatz nach Anspruch 1 oder 2, wobei die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente (3) Puzzolan umfasst.Cement additive after claim 1 or 2 , wherein the reactive siliceous solid component (3) comprises pozzolan. Zementzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente (3) Flugasche und/oder Silicastaub umfasst.A cement admixture according to any one of the preceding claims, wherein the reactive siliceous solid component (3) comprises fly ash and/or silica fume. Zementzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente (3) Alumosilikat umfasst.A cement admixture according to any one of the preceding claims wherein the reactive siliceous solid component (3) comprises aluminosilicate. Zementzusatz nach Anspruch 5, wobei die reaktive siliziumhaltige Feststoffkomponente (3) Metakaolin umfasst.Cement additive after claim 5 wherein the reactive siliceous solid component (3) comprises metakaolin. Zementzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (1) eine Länge von 1 mm bis 20 mm, insbesondere von 2 mm bis 10 mm, speziell von 4 mm bis 6 mm aufweisen.Cement additive according to one of the preceding claims, wherein the fibers (1) have a length of 1 mm to 20 mm, in particular 2 mm to 10 mm, especially 4 mm to 6 mm. Zementzusatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fasern (1) einen Durchmesser von 10 µm bis 100 pm, insbesondere von 15 µm bis 50 pm, aufweisen.Cement additive according to one of the preceding claims, in which the fibers (1) have a diameter of from 10 µm to 100 µm, in particular from 15 µm to 50 µm. Zementgebundenes System, wobei das zementgebundene System (4) durch Zugabe eines Zementzusatzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche modifiziert worden ist.Cement-bound system, wherein the cement-bound system (4) has been modified by adding a cement additive according to any one of the preceding claims. Zementgebundenes System nach Anspruch 9, wobei das zementgebundene System (4) durch Zugabe des Zementzusatzes in einer Menge von 2 bis 4 kg/m3 modifiziert worden ist.Cement-bound system claim 9 , wherein the cement-bound system (4) has been modified by adding the cement additive in an amount of 2 to 4 kg/m 3 .
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140248681A1 (en) 2013-03-01 2014-09-04 Universiteit Gent Microcapsules and concrete containing the same
US20150344365A1 (en) 2014-05-29 2015-12-03 Nano And Advanced Materials Institute Limited Self-healing material and preparation process thereof
CN111807778A (en) 2020-06-03 2020-10-23 中国建筑第八工程局有限公司 Concrete for shielding radiation
US20210079287A1 (en) 2019-09-13 2021-03-18 Saudi Arabian Oil Company Water Swellable Cement Sheath on Demand, with Sensing Capability
CN112645619A (en) 2021-01-24 2021-04-13 王建山 Concrete crack self-healing mixing capsule

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140248681A1 (en) 2013-03-01 2014-09-04 Universiteit Gent Microcapsules and concrete containing the same
US20150344365A1 (en) 2014-05-29 2015-12-03 Nano And Advanced Materials Institute Limited Self-healing material and preparation process thereof
US20210079287A1 (en) 2019-09-13 2021-03-18 Saudi Arabian Oil Company Water Swellable Cement Sheath on Demand, with Sensing Capability
CN111807778A (en) 2020-06-03 2020-10-23 中国建筑第八工程局有限公司 Concrete for shielding radiation
CN112645619A (en) 2021-01-24 2021-04-13 王建山 Concrete crack self-healing mixing capsule

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN 111 807 778 A - Maschinenübersetzung, DPMA, Übersetzung erstellt am 16.10.2021, Translated by WIPO Translate
CN 112 645 619 A - Maschinenübersetzung, DPMA, Übersetzung erstellt am 16.12.2021, Translated by WIPO Translate

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