DE1813574B2

DE1813574B2 - Verfahren zur herstellung von konstruktivem leichtbeton

Info

Publication number: DE1813574B2
Application number: DE19681813574
Authority: DE
Inventors: A. Dipl.-Ing. 8131 Hochstadt Schubauer
Original assignee: Alfred Kunz & Co, 8000 München
Priority date: 1968-12-09
Filing date: 1968-12-09
Publication date: 1976-03-18
Also published as: DE1813574A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von konstruktivem Leichtbeton mit einem Luftporenanteil in dem Zementmörtel.

Leichtbetone werden in zwei Hauptgruppen eingeteilt, nämlich in Porenbetone und Betone mit Leichtzuschlagstoffen. Leichtbetone geringer Festigkeit werden beispielsweise zu Isolierzwecken verwendet.

Zur Herstellung von Porenbetonen kennt man die Porenerzeugung mit chemischen Porenbildnern zur Herstellung von sogenanntem Gasbeton und die Porenerzeugung mit mechanischen Porenbildnern zur Herstellung von Schaumbeton. Bei der Gasbetonherstellung werden dam noch plastischen Zement oder Kalkmörtel Porenbildner beigemengt, die mit den Komponenten des Mörtels in chemische Reaktion treten und hierbei Gas entwickeln. Als Folge der Gasbildung nimmt das Volumen des Mörtels zu, der Mörtel schwillt an und gewinnt eine poröse Struktur. Der am weitesten verbreitete Porenbildner für die Gasbetonherstellung ist Aluminiumpulver, das mit dem Kalkhydrat des Mörtels Wasserstoff entwickelt. Auch Kalziumkarbidpulver oder Wasserstoffsuperoxyd und Chlorkalk finden Verwendung. «

Bei der Herstellung von Schaumbeton wird dem Zement oder Kalkmörtel mechanisch aufgetriebener Schaum beigemengt. Es kann auch Wasser und Schaummittel vermengt und kurz aufgeschäumt und dann das Bindemittel-Sandgemisch zugegeben und der restliche Schaum erzeugt wenden. Als Schaumbildner können Naturharze, Seifen und Sulfonate verwendet werden. Die Schäume können mit anderen Zusätzen stabilisiert werden.

Die Porenbetone beider Arten können in Autoklaven bei 8 bis lOatü Druck und einer Temperatur von etwa 180⁰C gehärtet werden oder können an der Luft erhärten. Bei Porenbetonen aus Kalkmörtel ist das Härten in Autoklaven unbedingt erforderlich. Die Porenbetone aus Zement, die nicht in Autoklaven gehärtet werden, weisen eine mindere Qualität auf.

Die baustellenmäßige Herstellung von gasgetriebenem oder geschäumtem Mörtel (mit Erhärtung an der Luft) hat keine Bedeutung gewinnen können, da die Mörtel das überschüssige Wasser nur langsam verlieren. Der hohe Feuchtigkeitsgehalt eines solchen Mörtels ist nachteilig, wenn der Bauteil mit dampfdichten Belägen, z. B. Dichtungsbahnen, abgedeckt werden soll.
Das Schwindmaß der Mörtel ist relativ groß. Es kann aiso im Zuge der Austrocknung großformatiger Bauteile zu Rißbildungen kommen. Deshalb werden Porenbetone nur in Farbiken hergestellt. Da das Schwindmaß des Porenbetons so groß ist, würden

ίο beispielsweise in Schalungen auf der Baustelle hergestellte Bauteile beim Austrocknen so stark schwinden, daß Risse unvermeidlich wären.

Wegen der ungenügenden Festigkeit des Porenbetons und der Unmöglichkeit seiner Verwendung als Ortbeton haben die Leichtbetone mit Zuschlagstoffen große Bedeutung gewonnen. Man kennt einerseits den sogenannten Einkornbeton mit Haufwerkporen, bei dem das Bindemittel die Körner des Zuschlagstoffes umgibt und sie an den Berührungspunkten miteinander verbindet, während die Hohlräume zwischen den Körnern unausgefüllt bleiben. Dieser Einkornbeton ist zur Aufnahme größerer Belastungen nicht in der Lage.

Demgegenüber umgibt beim Leichtbeton mit stetiger Kornzusammensetzung und Korneigenporigkeit der Mörtel die Körner des Zuschlagstoffes vollkommen und füllt auch die zwischen diesen befindlichen Zwischenräume vollständig aus.

Die Leichtbetone mit Zuschlagstoffen weisen ein höheres Raumgewicht und damit eine schlechtere Wärmedämmung als der Porenbeton auf. Dafür ist die Festigkeit der Leichtbetone mit Zuschlagstoffen erheblich größer. Infolge der höheren Festigkeit kann der Leichtbeton bei Verwendung geeigneter Zuschlagstoffe auch zur Herstellung von Konstruktionsbeton und Stahlbeton verwendet werden.

In ACI Committee 212 »Admixtures of Concrete«, Manual of Concrete Practice, Part 1, Detroit, Mich., 1967, ist ein zu Isolierzwecken geeigneter Leichtbeton beschrieben, der neben den Zuschlagstoffen Perlit und Vermikulit einen Luftporenanteil von 20 bis 35% enthält. Bei den Zuschlagstoffen Perlit und Vermikulit handelt es sich um geschäumte Silikate, die nicht tragende Füllstoffe darstellen und die Festigkeit des Leichtbetons so erheblich herabsetzen, daß dieser für konstruktive Zwecke nicht geeignet ist. Weiterhin ist in dieser Literaturstelle angegeben, daß bei konstruktivem Leichtbeton unter Verwendung von Leichtzuschlagstoffen, wie Blähton, ein luftporenhaltiger Mörtel eingesetzt werden könne. Dabei wird aber nur von einem Porengehalt bis zu 5% ausgegangen, der als ausreichend für die Frostbeständigkeit des Betons angesehen wird.

In der »Betonstein-Zeitung«, 1968, S. 218, ist ein Leichtbeton beschrieben, der zur Verminderung seines Gewichts und zur Verbesserung seiner wärmeisolierenden Eigenschaften einen zusätzlichen Luftporenanteil im Mörtel enthält. Aus einem derartigen Leichtbeton hergestellte Platten können als Massiv-Außenwände verwendet werden, da sie auch ungünstigen Witterungsbedingungen standhalten.

6u Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von konstruktivem Leichtbeton mit einem Luftporenanteil in dem Zementmörtel zu schaffen, welches ohne Festigkeitsverringerung des Leichtbetons dessen Wärmedämmung verbessert und dessen Raumgewicht verringert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der an sich bekannten Herstellung des Betons aus den Leichtzuschlagstoffen Blähton und/oder Bläh-

schiefer und Zementmörtel in den Zementmörtel ein so hoher Luftporenanieil eingeführt wird, daß die Festigkeit des Betons der Festigkeit der Zuschlagstoffe wenigstens annähernd gleich ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Schwerbeton die Festigkeit fast ausschließlich allein durch die Festigkeit des Zementsteins bestimmt wird, weil die Zuschlagstoffe eine viel höhere Festigkeit als der Zementstein aufweisen, daß aber beim Leichtbeton mit Zuschlagstoffen die Festigkeit des Betons fast ausschließlich von der Festigkeit der Zuschlagstoffe abhängt, weil der Zementstein eine höhere festigkeit als diese aufweist, und daß es aus diesem Grunde sinnlos ist, einen Zementmörtel zu verwenden, der im Verhältnis zu den verwendeten Leichtzuschlagstoffen eine unnötige Härte besitzt. Diese Erkenntnis ist durch Versuche nachgewiesen worden, die ergeben haben, daß bei etwa gleichem Luftporengehalt sowie gleichem Zementgehalt und gleicher Zementqualität nur durch Erhöhung der Schüttdichte der Zuschlagstoffe die Betonfestigkeil beträchtlich gesteigert werden kann. So ist beispielsweise die Festigkeit des Leichtbetons bei einer Schüttdichte der Zuschlagstoffe von 500 kg/m³ mehr als doppelt so hoch wie die Festigkeit bei Verwendung von Zuschlagstoffen mit einer Schüttdichte von nur 300 kg/m³. Die Festigkeit des Zementmörtels sinkt mit der Zunahme des Luflporenanteils ab. Zur Erreichung einer gewünschten Festigkeit des Leichtbetons gibt es daher für jede Schüttdichte der Zuschlagstoffe einen Grenzluitporengehalt.

In der Zeitschrift »betonherstellung verwendung 17«, 1967, S. 183 bis 186, ist zwar ausgeführt worden, daß die Druckfestigkeit von Leichtbeton im wesentlichen durch die Festigkeit des Zementmörtels bestimmt werde. Diesen Ausführungen widerspricht nicht nur das Ergebnis der angestellten Versuche, sondern auch der Aufsatz von Bache und Nepper-Christensen »Observations on strength and fracture in lightweight and ordinary concrete«, in dem dargelegt ist, daß die Festigkeit von Leichtbeton überwiegend von der Festigkeit der Zuschlagstoffe abhängt und nur zu einem geringeren Teil von der Festigkeit des Zementmörtels beeinflußt wird.

Bei einem Leichtbetonzuschlagstoff aus Blähton mit einem Schüttgewicht von 400 bis 450 kg/m³ bzw. einer Kornrohdichte von 800 bis 900 kg/m³ läßt sich, wie Versuche gezeigt haben, keine höhere Festigkeit als etwa 180 kg/cm² erreichen. Dann ist es aber entgegen der bisherigen Übung nach der Erkenntnis des Erfinders sinnlos, einen Zementmörtel zu verwenden, der nach ;,c dem Aushärten seinerseits eine Festigkeit von mehr a!s 180 kg/cm² besitzt. In den Zementmörtel lassen sich daher noch etwa 30% an zusätzlichen künstlichen Luftporen einführen, ohne daß seine Festigkeit unter diejenige der Leichtzuschlagstoffe sinkt, während andererseits, wie bereits ausgeführt, eine höhere Festigkeit als die der Leichtzuschlagstoffe keinen Vorteil bringt. Der erfindungsgemäß zusammen mit dem erwähnten Leichtbetonzuschlagstoff aus Blähton verwendete Zementmörtel hat nach Einführung der t>o Luftporen ein Trockenraumgewicht von etwa 1000 kg/m³, mit anderen Worten liegt die Trockenrohdichte des Zementmörtels in der Nähe der Kornrohdichte der Zuschlagstoffe.

Aus der deutschen Patentschrift 9 64 217 ist es bekannt, einem Schaumzement poröse thermoplastische Kunststoffe als Zuschlagstoffe zuzusetzen. Nach diesem bekannten Verfahren wird aber die Festigkeit des Zementmörtels in keiner Weise der Festigkeit der Zuschlagstoffe angenähert und die geschäumten Kunststoffe, wie beispielsweise Styropor, sind in keiner Weise als Zuschlagstoffe zur Herstellung von konstruktivem Leichtbeton geeignet.

Zweckmäßigerweise werden im Blähverfahren hergestellte künstliche Zuschlagstoffe in Kugelform verwendet Besonders geeignet sind die Leichtzuschlagstoffe Blähton und Blähschiefer zur Herstellung des erfindungsgemäßen konstruktiven Betons, da die gebrannten geblähten Produkte infolge des Brennens eine glasige, sehr harte Struktur aufweisen, die Form der Poren und der Sinterhaut besonders widerstandsfähig gegen Druckbeanspruchungen ist, da diese eine geschlossene Oberfläche aufweisen und keine Volumenänderung durch Wasseraufnahme und -abscheidung erleiden.

Der erfindungsgemäß hergestellte Leichtbeton vereinigt die günstigen Eigenschaften des Porenbetons mil denen des Leichtbetons.

Es kann somit je nach Festigkeit der Zuschlagstoffe Beton hergestellt werden, der sogar als Stahlbeton geeignet ist und dennoch eine sehr gute Wärmedämmung aufweist. Während bei dem bekannten Leichtbeton mit Zuschlagstoffen der Zementstein Kältebrücken bildet, die lediglich durch die porigen Zuschlagstoffe insofern verlängert werden, als der Wärmeaustausch nicht durch die Zuschlagstoffe hindurch stattfinden kann, wird bei dem erfindungsgemäß hergestellten Beton durch die Luftporen des Zementsteins ein*. ähnlich wirksame Wärmedämmung wie bei Gas- oder Schaumbeton erreicht. Das Schwinden der aus erfindungsgemäß hergestelltem Beton gefertigten Bauteile ist wesentlich niedriger als bei einem reinen Porenbeton, da etwa 60% der Masse aus nicht mehr durch Wassereinwirkung veränderlichen porösen Zuschlagstoffen bestehen. Dadurch wird es ermöglicht, mit dem erfindungsgemäß hergestellten Baustoff auch Ortbeton herzustellen, was bei reinen Porenbeton nicht möglich ist. Ferner eignet sich der erfindungsgemäß hergestellte Beton sehr gut für die Herstellung von Stahl-Leichtbc ton, Konstruktions-Leichtbeton, ferner für bewehrte und unbewehrte Wand-, Dach- und Deckenkonstruktionen, Trennwände und Wärmedänimelemente sowie für die Herstellung von Mauersteinen.

Zur Porenerzeugung können mechanische Porenbildner wie Alkylarylsulfonat benutzt werden, wobei die Luftporen durch Harzseife stabilisiert werden.

Die Menge der Poren, die je nach Festigkeit der Zuschlagstoffe und Festigkeit des Zements eingebracht '-verden kann, wird wie folgt ermittelt. Mit den zur Verwendung kommenden Leichtzuschlagstoffen und Zement bekannter Festigkeit sowie dem erforderlichen Wassergehalt wird eine Betonmischung in der herkömmlichen Weise hergestellt, und es werden Probewürfe! geformt, die auf ihre Druckfestigkeit geprüft werden. Wie schon erwähnt, ist diese Durckfestigkeit, abgesehen vom Wasser-Zement-Faktor, allein von der Festigkeit der Leichtzuschlagstoffe abhängig. Sodann werden unter Zusatz eines geeigneten Porenbildneis gegebenenfalls in mehreren Versuchsreihen so viele Luftporen in den Mörtel eingeführt, bis die Festigkeit der aus diesen Mischungen hergestellten Probewürfel deutlich unter die Festigkeit des Betons ohne Luftporenbildner gesunken ist. Dies zeigt an, daß nunmehr der Zementstein eine geringere Festigkeit hat als die Leichtzuschlagstoffe. Durch Interpolieren kann nun der richtige Luftporengehalt ermittelt werden, bei dem die

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Festigkeit des Zementsteins etwa der der Leichtzuschlagstoffe entspricht.

Für Stahlleichtbeton der Güteklasse LB 160 hat sich folgendes Rezept bewäb^rt:

Leichtbetonzuschlagstoff, grobe Körnung 237,0 kg Leichtbetonzuschlagstoff, feine Körnung 237,0 kg Leichtbetonzuschlagstoff, Sand 125,5 kg

Zement 330,0 kg

Porenbildner 1.5 kg

(davon 1,3 kg Alkylarylsulfonat und

0,2 kg Harzseife zur Stabilisierung
der Luf iporen)
Wasser 150,0 kg

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Dieser Beton weist eine Porosität von etwa 20%, bezogen auf die gesamte Betonmenge, auf. Gegenüber dem in der herkömmlichen We'se hergestellten Leichtbeton mit Zuschlagstoffen verringert sich die Wärmeleitzahl von etwa λ< 0,35 bis 0,40 auf λι 0,20 bis 0,25. Die Gewichtsverringerung beträgt 10 bis 15%, das Raumgewicht des erfindungsgemäß hergestellten Betons liegt trotz seiner Festigkeit bei nur etwa 0,95 g/cm^J. Infolge der Verringerung der Wärmeleitzahl läßt sich bei Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Leichtbetons mit einer 20 cm starken Wand die gleiche Wärmedämmung erreichen wie mit einer 30 cm starken Wand, die mit herkömmlichem Leichtbeton errichtet ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von konstruktivem Leichtbeton mit einen Luftporenanteil in dem Zementmörtel, dadurch gekennzeichnet, daß bei der an sich bekannten Herstellung des Betons aus den Leichtzuschlagstoffen Blähton und/oder Blähschiefer und Zementmörtel in den Zementmörtel ein so hoher Luftporenanteil eingeführt wird, daß die Festigkeit des Betons der Festigkeit der Zuschlagstoffe wenigstens annähernd gleich ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Blähverfahren hergestellte künstliche Zuschlagstoffe in Kugelform verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Porenerzeugung mechanische Porenbildner verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Porenbildner Alkylarylsulfonat benutzt wird, und daß die Luftporen durch Harzseife stabilisiert werden.