DE19912652C2 - Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels oder eines säurebeständigen Betons und deren Verwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels oder eines säurebeständigen Betons und deren VerwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
säurebeständigen Mörtels oder eines säurebestandigen Be
tons, wobei ein Bindemittel, Zuschlagstoff und Wasser zu
einer zu verarbeitenden Mischung gemischt werden sowie die Verwendung des Mörtels oder Betons. Verar
beiten der Mischung meint, dass der Mischung gegebenenfalls
weitere Zusatzkomponenten zugesetzt werden und dass die
Mischung anschließend als Mörtel oder Beton an ihrem Be
stimmungsort, beispielsweise an einem Bauwerk, aufgebracht
wird. Säurebeständigkeit meint im Rahmen der Erfindung ins
besondere eine Beständigkeit gegenüber sauren Medien mit
einem pH-Wert von 2 bis 4,5. Mörtel meint im Rahmen der Er
findung insbesondere, dass die zu verarbeitende Mischung im
Wesentlichen Zuschlagstoff mit Korngrößen kleiner 2 mm auf
weist. Beton meint dagegen im Rahmen der Erfindung insbe
sondere, dass die zu verarbeitende Mischung Zuschlagstoff
mit Korngrößen kleiner und größer als 2 mm, beispielsweise
bis zu 16 mm oder bis zu 32 mm aufweist. Mit dem Begriff
Zuschlagstoff ist im Rahmen der Erfindung auch eine Mehr
zahl von Zuschlagstoffkomponenten unterschiedlicher Konsis
tenz und unterschiedlicher Korngröße gemeint.
Von besonderer Bedeutung ist im Rahmen der Erfindung die
Herstellung eines gesamten Bauteils und/oder eines gesamten
Bauwerkes monolithisch aus dem säurebeständigen Beton. Die
Erfindung bezieht sich außerdem nach einer bevorzugten
Ausführungsform auf die Herstellung eines säurebeständigen
Betons, mit dem die Innenflächen von Kühltürmen beschichtet
werden können, die von sauren Medien, insbesondere von
eingeleiteten sauren Rauchgasen beaufschlagt werden. Es
liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, einen erfin
dungsgemäß hergestellten säurebeständigen Mörtel oder
säurebeständigen Beton in Bauwerken mit ähnlichen chemi
schen Beanspruchungen, beispielsweise in chemischen An
lagen, Kläranlagen, Auffangwannen für Behälter oder Trans
formatoren und dergleichen, einzusetzen.
Der bislang aus der Praxis bekannte in mit sauren Medien
beaufschlagten Bauwerken und Anlagen eingesetzte Beton oder
Mörtel zeichnet sich durch beachtliche Nachteile aus. Der
im erhärteten Beton oder erhärteten Mörtel vorliegende
Zementstein wird durch Säuren leicht unter Bildung
löslicher Calcium-, Aluminium- und Eisensalze sowie unter
Bildung von Kieselsäure aufgelöst. Besonders säureanfällig
ist das bei der Hydratation von Zement entstehende und in
der Zementsteinmatrix enthaltene Calciumhydroxid sowie das
bei der Carbonatisierung des Calciumhydroxids entstehende
Calciumcarbonat. Das entstehende Calciumhydroxid bildet
sich vorzugsweise in dreidimensional vernetzten Strukturen
innerhalb der Zementsteinmatrix und um die Körner des
Zuschlagstoffes aus. Wenn das Calciumhydroxid des bekannten
Betons oder Mörtels durch saure Medien angegriffen wird,
dringt die Säure mit der Zeit durch Auflösung des Calcium
hydroxids entlang des dreidimensional vernetzten Gitters
tief in die Matrix ein. Dadurch werden Zuschlagstoffkörner
sowie beständigere schwer lösliche Calciumsilicathydrat-
Phasen (CSH-Phasen) umlaufen und lösen sich von der Ober
fläche des Betons oder Mörtels ab. Zudem findet eine
Tiefenschädigung des Betons oder Mörtels statt. Mit anderen
Worten wird der aus der Praxis bekannte Beton oder Mörtel
erheblich durch saure Medien angegriffen. Dies gilt insbe
sondere für die Innenflächen von mit sauren Rauchgasen
beaufschlagte Kühltürme. Aus diesem Grunde ist es in der
Praxis erforderlich, diese Innenflächen der Kühltürme mit
zusätzlichen säurebeständigen Beschichtungen, insbesondere
Kunststoffbeschichtungen, zu versehen. Diese kostspieligen
Beschichtungen müssen zumindest im Abstand von einigen
Jahren erneuert werden, was zu nachteilhaften Stillstands
zeiten der Kühltürme führt.
Bekannt ist beispielsweise ein Beton, der Zement, Steinkoh
lenflugasche, Mikrosilika und Nanosilika enthält (BECHT-
HOLD, R.; WAGNER, J. P.: Verwendung von Silikatzusätzen im
Beton. In DE-Z.: Beton Heft 4/1996, S. 216 bis 221). Durch
Verwendung von Silikatzusätzen soll die Säurebeständigkeit
bzw. der Säurewiderstand des Betons erhöht werden. Mit
einem solchen Zusatz von Silikaten bzw. von Mikrosilika ist
aber auch eine unerwünschte Steigerung der Druckfestigkeit
verbunden.
Bekannt ist weiterhin ein hydraulisches Material, das unter
anderem Zement, Flugasche und Silikapulver enthält (Ab
stract der JP 08-268736A aus WPIDS COPYRIGHT 2000 DERWENT
INFORMATION LTD. 1996-514784). Weiterhin ist die gemeinsame
Anwendung von Silikastaub und Steinkohlenflugasche als
Betonzusatzstoff bekannt (MANNS, W.: Gemeinsame Anwendung
von Silikastaub und Steinkohlenflugasche als Betonzusatz
stoff. In DE-Z.: Beton Heft 12/1997, S. 716 bis 720). Der
hier beschriebene Beton kann Portlandzement, Flugasche und
Silikastaub enthalten.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen
Mörtel oder Beton anzugeben, der sich durch eine hervorra
gende Säurebeständigkeit auszeichnet und nichtsdestoweniger
allen mechanischen Anforderungen genügt. Der Erfindung
liegt fernerhin das technische Problem zugrunde, einen
Beton für die Innenflächen von Kühltürmen anzugeben, für
den säurebeständige Beschichtungen, insbesondere Kunst
stoffbeschichtungen, nicht erforderlich sind.
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung
ein Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mör
tels oder eines säurebeständigen Betons, wobei ein Binde
mittel, Zuschlagstoff und Wasser zu einer zu verarbeitenden
Mischung gemischt werden,
wobei als Bindemittel ein Gemisch aus 60 bis 80 Gew.-% Zement, 15 bis 25 Gew.-% Flugasche und 5 bis 15 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird und wobei die Korngrößenvertei lung des Bindemittels auf eine dichte Packung der Binde mittelteilchen eingestellt wird und wobei der zu verarbei tenden Mischung bezogen auf das Bindemittel 0,1 bis 2 Gew.-% Mikrohohlkugeln aus Kunst stoff zugesetzt werden. Es versteht sich, dass sich die Gew.-%-Angaben zu 100 Gew.-% addieren. Dichte Packung der Bindemittelkomponenten meint, dass zwischen den Binde mittelteilchen der Bindemittelmischung möglichst wenig Hohlraum verbleibt.
wobei als Bindemittel ein Gemisch aus 60 bis 80 Gew.-% Zement, 15 bis 25 Gew.-% Flugasche und 5 bis 15 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird und wobei die Korngrößenvertei lung des Bindemittels auf eine dichte Packung der Binde mittelteilchen eingestellt wird und wobei der zu verarbei tenden Mischung bezogen auf das Bindemittel 0,1 bis 2 Gew.-% Mikrohohlkugeln aus Kunst stoff zugesetzt werden. Es versteht sich, dass sich die Gew.-%-Angaben zu 100 Gew.-% addieren. Dichte Packung der Bindemittelkomponenten meint, dass zwischen den Binde mittelteilchen der Bindemittelmischung möglichst wenig Hohlraum verbleibt.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird als
Bindemittel ein Gemisch mit 65 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise
68 bis 72 Gew.-%, Zement eingesetzt. Sehr bevorzugt enthält
das als Bindemittel eingesetzte Gemisch 70 Gew.-% Zement.
Vorzugsweise wird Portlandzement als Zement verwendet. Nach
bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird als Binde
mittel ein Gemisch mit 18 bis 22 Gew.-% Flugasche ein
gesetzt. Sehr bevorzugt wird als Bindemittel ein Gemisch
mit 20 Gew.-% Flugasche verwendet. Vorzugsweise wird als
Flugasche Steinkohlenflugasche eingesetzt. Nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung wird als Bindemittel ein
Gemisch mit 8 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 10 Gew.-%,
Mikrosilika eingesetzt. Sehr bevorzugt wird ein Gemisch mit
10 Gew.-% Mikrosilika.
Eine sehr bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein Gemisch
mit 70 Gew.-% Portlandzement, 20 Gew.-% Steinkohlenflug
asche und 10 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird. Es ver
steht sich, dass die vorstehend zu Zement, Flugasche und
Mikrosilika angegebenen Gew.-%-Werte lediglich auf das
Bindemittel bzw. das betreffende Bindemittelgemisch bezogen
sind.
Nach sehr bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist
das Wasser/Bindemittel-Verhältnis in der zu verarbeitenden
Mischung einen W/B-Wert von 0,40 bis 0,45, vorzugsweise
einen W/B-Wert von 0,41 bis 0,43, sehr bevorzugt einen
W/B-Wert von 0,42, auf. Der W/B-Wert ergibt sich dabei nach
folgender Gleichung:
W: Masse des Wassers
Z: Masse des Zementes
k: Konstanter Faktor (k = 0,4)
SFA: Masse der Flugasche
MS: Masse von Mikrosilika
Z: Masse des Zementes
k: Konstanter Faktor (k = 0,4)
SFA: Masse der Flugasche
MS: Masse von Mikrosilika
Der konstante Faktor k = 0,4 resultiert dabei aus Unter
suchungen zur Druckfestigkeit des Betons bzw. Mörtels.
Erfindungsgemäß wird die Korngrößenverteilung des Binde
mittels so optimiert, dass eine dichteste Packung der Par
tikel der Bindemittelkomponenten resultiert. Die Korngrößen
des Bindemittels liegen in der Regel und vorzugsweise unter
0,063 mm. Nach sehr bevorzugter Ausführungsform der Erfin
dung wird die Einstellung der Korngrößenverteilung des Bin
demittels nach Maßgabe des Wasserbedarfs am Sättigungspunkt
des Kornhaufwerkes des Bindemittels vorgenommen. Wasser
bedarf am Sättigungspunkt des Kornhaufwerkes meint hier die
Mindestwassermenge, die gerade ausreicht, um die Hohlräume
zwischen den Körnern der Bindemittelmischung zu füllen und
um die Körner der Bindemittelmischung gerade zu benetzen.
Erfindungsgemäß wird die Korngrößenverteilung des Binde
mittels so eingestellt, dass diese Mindestwassermenge mög
lichst gering ist. Um so dichter ist dann auch das Korn
gefüge der Bindemittelpartikel. Die Ermittlung des Mindest
wasserbedarfs am Sättigungspunkt wird nachfolgend bei
spielsweise erläutert: Zunächst wird eine definierte Masse
des Bindemittels tropfenweise mit Wasser versetzt. Dabei
wird die Masse aus Bindemittel und Wasser nach jeder
Wasserzugabe möglichst weitgehend homogenisiert. Sobald
sich die Oberfläche der Masse ebnet und mit einer matten
Glanzschicht bedeckt ist, ist der Sättigungspunkt erreicht.
Durch Rückwägung erhält man die Menge des zugegebenen
Wassers. Daraus lässt sich der wassergefüllte Porenanteil
des Bindemittelgemisches mit Hilfe der folgenden Formel
berechnen:
nW: wassergefüllter Porenanteil in [%],
VW: Wasserbedarf bei Sättigung in [cm3],
VK: Volumen des eingewogenen Korns [cm3],
W: Wasserbedarf bei Sättigung in dichtester Lagerung in [g],
K: Masse des eingewogenen Korns in [g],
dK: Kornrohdichte in [g/cm3],
dW: Dichte des Wassers in [g/cm3].
VW: Wasserbedarf bei Sättigung in [cm3],
VK: Volumen des eingewogenen Korns [cm3],
W: Wasserbedarf bei Sättigung in dichtester Lagerung in [g],
K: Masse des eingewogenen Korns in [g],
dK: Kornrohdichte in [g/cm3],
dW: Dichte des Wassers in [g/cm3].
Erfindungsgemäß wird die Korngrößenverteilung des Binde
mittels so eingestellt, dass der wassergefüllte Porenanteil
nW möglichst klein ist. Auf diese Weise wird eine dichte
Packung der Körner der Bindemittelkomponenten erreicht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine dichte
Packung der Bindemittelteilchen dadurch erreicht, dass die
Kornverteilung des Bindemittels gemäß einer Sieblinie nach
Fuller & Thompson eingestellt wird.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden zu
der zu verarbeitenden Mischung 0,1 bis 1 Gew.-% Mikrohohl
kugeln gemischt, wobei die genannten Gew.-%-Werte auf das
Bindemittel bezogen sind. Vorzugsweise werden 0,3 bis 0,5 Gew.-%,
sehr bevorzugt 0,4 Gew.-%, Mikrohohlkugeln einge
setzt. Der erfindungsgemäße hochdichte Beton ist gleich
zeitig auch hochfest. Durch den Zusatz der Mikrohohlkugeln
können die mechanischen Kennwerte, insbesondere die Druck
festigkeit und Biegezugfestigkeit, des Mörtels oder Betons
beeinflusst werden. So kann auf einfache Weise insbesondere
die Druckfestigkeit von Beton gezielt verringert werden,
ohne dass die Säurebeständigkeit oder Dichtigkeit des
Betons dabei reduziert wird. Vielmehr kann durch Zusatz der
Mikrohohlkugeln die Dichtigkeit und die Säurebeständigkeit
des Mörtels oder Betons auf effektive Weise erhöht werden.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Mikrohohlkugeln
kann die Festigkeit des hochdichten Betons insbesondere um
etwa 20% bis 40% (je nach Mischungszusammensetzung) gesenkt
werden. Eine solch ausgeprägte Verringerung der Festigkeit
durch den Zusatz der Mikrohohlkugeln konnte der Fachmann
nicht erwarten. Günstig wirkt sich bei der Herabsetzung der
Festigkeit auch die entsprechende Verringerung des Elasti
zitätsmoduls aus. Dies ist für das elastische Verhalten des
Betons vorteilhaft. Mit den erfindungsgemäßen Mikrohohl
kugeln wird somit die Druckfestigkeit und das Elastizi
tätsmodul herabgesetzt und letztendlich wird dadurch eine
zusätzliche Bewehrung und die damit verbundenen Kosten
vermieden. Bislang ist im Stand der Technik der Zusatz von
Mikrohohlkugeln lediglich zur Erhöhung der Frost-Tau-
Beständigkeit von Beton bekannt. Diese Maßnahmen waren aber
bei vielen dichten Hochleistungsbetonen nicht nötig, da
diese von sich aus eine hohe Frost-Tau-Beständigkeit be
sitzen. Erfindungsgemäß werden als Mikrohohlkugeln Kunst
stoffmikrohohlkugeln eingesetzt, die aus Hohlkapseln aus
Kunststoff bestehen, die vorzugsweise gasgefüllt sind. Der
Durchmesser der Mikrohohlkugeln beträgt vorzugsweise 30 bis
100 µm. Die Wanddicke der Mikrohohlkugeln beträgt zweck
mäßigerweise 1/100 des Hohlkugeldurchmessers. Vorzugsweise
beträgt die Trockenrohdichte der eingesetzten Mikrohohl
kugeln 7 bis 45 kg/m3. Zweckmäßigerweise werden die Mikro
hohlkugeln der zu verarbeitenden Mischung nicht trocken,
sondern in Form einer wässrigen Paste beigemischt. Eine
erfindungsgemäß eingesetzte wässrige Mikrohohlkugelpaste
weist beispielsweise 90 Gew.-% Wasser und 10 Gew.-% Mikro
hohlkugeln auf. Es versteht sich, dass der Wassergehalt der
wässrigen Mikrohohlkugelpaste bei der Wassermenge der zu
verarbeitenden Mischung zu berücksichtigen ist. Nach bevor
zugter Ausführungsform der Erfindung wird der Durchmesser
der Mikrohohlkugeln so gewählt, dass eine dichteste Packung
zwischen Bindemittel, Zuschlagstoff und Mikrohohlkugeln
erreicht wird. Mit anderen Worten werden erfindungsgemäß
durch Einsatz der Mikrohohlkugeln die granulometrischen
Lücken zwischen Bindemittel und Zuschlagstoff in der zu
verarbeitenden Mischung gefüllt. Die erfindungsgemäß zuge
setzten Mikrohohlkugeln weisen den beachtlichen Vorteil
auf, dass sie gegenüber sauren Medien weitgehend inert sind
und somit ein Vordringen von sauren Medien in die Mörtel
matrix oder die Betonmatrix verhindern. Mikrohohlkugeln
haben zudem den Vorteil, dass sie in der zu verarbeitenden
Mischung gleichsam einen Kugellagereffekt bewirken, der die
Verarbeitbarkeit der Mischungen beachtlich erhöht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstel
lung eines säurebeständigen Mörtels ein Zuschlagstoff ein
gesetzt, der lediglich Korngrößen kleiner 2 mm aufweist.
Vorzugsweise wird dieser Zuschlagstoff im Hinblick auf eine
dichteste Packung optimiert. Nach einer Ausführungsform der
Erfindung wird dabei die Einstellung der Korngrößenver
teilung des Zuschlagstoffes (Korngrößen kleiner 2 mm) nach
Maßgabe des Wasserbedarfs am Sättigungspunkt des Kornhauf
werkes des Zuschlagstoffes vorgenommen. Hierbei handelt es
sich um das im Patentanspruch 6 bezüglich des Bindemittels
beanspruchte Verfahren, das oben bereits erläutert wurde.
Hier kann ebenfalls Gleichung (2) angewendet werden. Nach
einer weiteren sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfin
dung wird die Korngrößenverteilung des Zuschlagstoffes für
die Herstellung des Mörtels gemäß der Normsandsieblinie
nach DIN 196, Teil 1, eingestellt. Nach einer Ausführungs
form der Erfindung wird zur Herstellung des säurebestän
digen Mörtels Normsand als Zuschlagstoff eingesetzt. Zweck
mäßigerweise werden Sande als Zuschlagstoff eingesetzt,
deren Kornzusammensetzung der des Normsandes entspricht.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zur
Herstellung eines säurebeständigen Mörtels eine zu verar
beitende Mischung mit 25 bis 35 Gewichtsteilen, vorzugs
weise 28 bis 32 Gewichtsteilen Bindemittel und mit 65 bis
75 Gewichtsteilen, vorzugsweise 68 bis 72 Gewichtsteilen,
Zuschlagstoff, bevorzugt Normsand, eingesetzt. Ein hochbe
ständiger Mörtel wird insbesondere erreicht, wenn in der zu
verarbeitenden Mischung 30 Gewichtsteile Bindemittel und 70
Gewichtsteile Zuschlagstoff, vorzugsweise Normsand, einge
setzt werden. Das Bindemittel weist dabei zweckmäßigerweise
70 Gew.-% Zement, 20 Gew.-% Flugasche und 40 Gew.-% Mikrosilika
auf. Der zu verarbeitenden Mischung werden bevorzugt
0,1 bis 1 Gew.-% Mikrohohlkugeln (Trockengewicht, Gew.-%-
Angabe bezogen auf das Bindemittelgemisch) zugesetzt.
Von besonderer Bedeutung ist das erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung von säurebeständigem Beton. Der hier einge
setzte Zuschlagstoff weist in der Regel und vorzugsweise
Korngrößen kleiner 2 mm und größer 2 mm auf. Die Korngrößen
des Zuschlagstoffes sind regelmäßig und bevorzugt größer
als 0,063 mm, während die Korngrößen des Bindemittels
normalerweise und bevorzugt kleiner als 0,063 mm sind. Zur
Herstellung des säurebestandigen Betons kann Sand als
Zuschlagstoff mit Korngrößen zwischen 0,063 mm und 2 mm
eingesetzt werden. Fernerhin kann zur Herstellung des
säurebeständigen Betons Kies als Zuschlagstoff mit Korn
größen größer als 2 mm und beispielsweise mit einem Größt
korn von 16 mm oder von 32 mm eingesetzt werden. Nach
bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstel
lung eines säurebeständigen Betons eine zu verarbeitende
Mischung mit 11 bis 17 Gewichtsteilen, vorzugsweise 12 bis
14 Gewichtsteilen, Bindemittel und 83 bis 89 Gewichtsteilen,
vorzugsweise mit 86 bis 88 Gewichtsteilen, Zuschlagstoff
eingesetzt, (Trockengewicht, bezogen auf die Summe von
Bindemittelgewicht und Zuschlagstoffe). Die vorstehenden
Gewichtsteilangaben sind insbesondere geeignet für Zu
schlagstoffe mit einem Größtkorn von 16 mm.
Im Rahmen der Herstellung eines saurebeständigen Betons
wird vorzugsweise die Korngrößenverteilung des Bindemittels
gemäß Patentanspruch 6 eingestellt. Das entsprechende Ver
fahren wurde oben näher erläutert. Nach einer Ausführungsform
der Erfindung wird zur Herstellung eines säurebestän
digen Betons die Korngrößenverteilung des Zuschlagstoffes
nach Maßgabe einer Sieblinie nach Fuller eingestellt.
Nach sehr bevorzugter Ausführungsform, der ganz besondere
Bedeutung zukommt, wird die Korngrößenverteilung des Binde
mittels und des Zuschlagstoffes nach Maßgabe einer Sieb
linie nach Fuller & Thompson eingestellt. Die Fuller/Thompson-
Sieblinie gibt stets die Kornverteilung von Binde
mittel und Zuschlagstoff an. Die ideale Fuller/Thompson-
Sieblinie folgt bei linearer Auftragung des Siebdurchganges
gegen die Siebweite bis zur Siebweite D/10 einer Ellipse
und verläuft dann in Form einer Geraden. D meint den Durch
messer des Größtkorns. Erfindungsgemäß wird also die Korn
größenverteilung des Bindemittels und des Zuschlagstoffes
so gewählt, dass möglichst eine ideale Fuller/Thompson-
Sieblinie erreicht wird. Bezüglich der Definition einer
Fuller/Thompson-Sieblinie wird auch verwiesen auf "Grund
lagen für die Matrixoptimierung und Ausführung in der
Praxis, W. Puntke, Ostfildern 1990, Seiten 6 und 7". Der
Druckschrift ist entnehmbar, dass die Fuller/Thompson-
Sieblinie bei linearer Auftragung im Feinkornbereich einer
Ellipse folgt und anschließend in eine daran tangential
anschließende Gerade übergeht.
Eine Sieblinie F nach Fuller & Thompson ist in der Fig. 1
für ein Größtkorn von 16 mm gezeigt. In Fig. 1 wird der
Siebdurchgang (in Volumen-Prozent) in Abhängigkeit von der
Siebweite d (in Millimetern) dargestellt. Hier ist der
Siebdurchgang im linearen Maßstab und die Siebweite im
logarithmischen Maßstab aufgetragen. Fig. 1a zeigt in entsprechender
Auftragung eine ideale Fuller/Thompson-Sieb
linie, wobei für die Siebweite d jeweils der Quotient Sieb
weite d/Größtkorndurchmesser D angegeben wurde. Vorzugs
weise wird also zur Herstellung eines säurebeständigen
Betons das Verhältnis von Bindemittel zu Zuschlagstoff nach
Maßgabe einer solchen Sieblinie nach Fuller & Thompson ein
gestellt. Dabei wird davon ausgegangen, dass es sich bei
Korngrößen kleiner als 0,063 mm um Bindemittel handelt und
bei Korngrößen größer als 0,063 mm um Zuschlagstoff
handelt. In Fig. 1 ist erkennbar, dass einer Siebweite von
0,063 mm 12,9 Vol.-% Siebdurchgang zugeordnet sind, wobei
es sich bei diesen 12,9 Vol.-% um Bindemittel handelt. Der
Volumenanteil des Zuschlagstoffes ergibt sich somit aus der
Differenz von 100 Vol.-% und 12,9 Vol.-%. Die erfindungs
gemäße Einstellung des Verhältnisses von Bindemittel zu
Zuschlagstoff wird nachfolgend beispielsweise für ein
Größtkorn von 16 mm erläutert: Gemäß der in Fig. 1 darge
stellten Sieblinie F nach Fuller & Thompson ergeben sich
für die Gesamtmischung aus Bindemittel und Zuschlagstoff
die folgenden Volumenanteile:
Anschließend sind diese Volumenanteile zweckmäßigerweise in
Masseanteile umzurechnen. Dies erfolgt in bekannter Weise
mit den Dichten der einzelnen Bestandteile. Wenn von einem
Bindemittel mit 70 Gew.-% Zement, 20 Gew.-% Flugasche und
10 Gew.-% Mikrosilika ausgegangen wird, ergibt sich in
diesem Ausführungsbeispiel die folgenden Kornzusammen
setzung in Gew.-%:
Nachfolgend wird eine bevorzugte Betonzusammensetzung ange
geben, die nach dem vorstehenden Verfahren gemäß der Sieb
linie nach Fuller & Thompson für ein Größtkorn von 16 mm
ermittelt wurde. Als Bindemittel wurde dabei ein Gemisch
von 70 Gew.-% Portlandzement, 20 Gew.-% Steinkohlenflug
asche und 10 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt. Der Wasser
gehalt wurde entsprechend einem W/B-Wert von 0,42 (Faktor
k = 0,4) eingestellt:
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zur
Herstellung eines säurebeständigen Betons ein anteilig
Quarzmehl enthaltender Zuschlagstoff eingesetzt. Zweckmäßi
gerweise wird Quarzmehl mit einer Kornverteilung von 0,04
bis 0,1 mm verwendet. Vorzugsweise werden 5 bis 15 Gew.-%
des Zuschlagstoffes mit einer Korngröße von 0 bis 2 mm
durch Quarzmehl ersetzt. Dabei kann ein Teil von als Zu
schlagstoff verwendetem Sand (Korngröße bis zu 2 mm) durch
Quarzmehl ersetzt werden. Beispielsweise können in der oben
angegebenen Betonzusammensetzung 50 kg Sand durch 50 kg
Quarzmehl ersetzt werden. Zweckmäßigerweise werden zur Her
stellung eines säurebeständigen Betons der zu verarbei
tenden Mischung Mikrohohlkugeln in einer Menge von 0,1 bis
1 Gew.-% (Trockengewicht, Gew.-%-Angabe bezogen auf das
Bindemittelgemisch) zugesetzt. Auf diese Weise kann ein
hochbeständiger Beton mit erniedrigter Druckfestigkeit her
gestellt werden. Vorzugsweise werden der zu verarbeitenden
Mischung Mikrohohlkugeln mit einem mittleren Durchmesser
von 30 bis 100 µm zugesetzt. Nach einer Ausführungsform der
Erfindung wird der zu verarbeitenden Mischung ein Fließ
mittel bzw. ein Verflüssiger zugegeben, um die Verarbeit
barkeit zu verbessern.
Ganz besondere Bedeutung kommt der Kombination der Verfah
rensschritte zu, wonach einerseits die Einstellung der
Korngrößenverteilung des Bindemittels nach Maßgabe des
Wasserbedarfs am Sättigungspunkt des Kornhaufwerkes des
Bindemittels vorgenommen wird und wonach zusätzlich die
Korngrößenverteilung des Bindemittels und des Zuschlag
stoffes nach Maßgabe einer Fuller/Thompson-Sieblinie einge
stellt wird. Besondere Bedeutung kommt weiterhin einer Kom
bination von erfindungsgemäßen Verfahrensschritten zu,
wonach die Korngrößenverteilung des Bindemittels und des
Zuschlagstoffes nach Maßgabe einer Fuller/Thompson-Sieb
linie eingestellt wird und zusätzlich 0,1 bis 1 Gew.-%
Mikrohohlkugeln (Trockengewicht, Gew.-%-Angabe bezogen auf
das Bindemittelgemisch) zu der zu verarbeitenden Mischung
gemischt werden. Besondere Bedeutung kommt fernerhin auch
der folgenden erfindungsgemäßen Verfahrensschritt-Kombina
tion zu: Einstellung der Korngrößenverteilung des Binde
mittels nach Maßgabe des Wasserbedarfs am Sättigungspunkt
des Kornhaufwerkes des Bindemittels, Einstellung der Korn
größenverteilung des Bindemittels und des Zuschlagstoffes
nach Maßgabe einer Fuller/Thompson-Sieblinie und Zumischung
von Mikrohohlkugeln zu der zu verarbeitenden Mischung.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Her
stellung eines säurebeständigen Betons eine Kornverteilung
des Zuschlagstoffes gewählt, die auf Grund von Ausfall
körnungen von der idealen Sieblinie nach Fuller & Thompson
abweicht. Ausfallkörnung meint, dass in der Kornzusammen
setzung des Zuschlagstoffes einzelne Korngruppen fehlen und
sich somit gegenüber der idealen Sieblinie nach Fuller &
Thompson Unstetigkeiten in der Sieblinie ergeben. In Fig. 1
ist eine solche Sieblinie A mit Ausfallkörnung dargestellt
worden. Es handelt sich hierbei um eine gleichsam "un
stetige" Fuller/Thompson-Sieblinie. Die Sieblinie A ent
spricht bis zu einer Siebweite von 2 mm der Sieblinie nach
Fuller & Thompson und ab einer Siebweite von 2 mm bzw. ab
einer Korngröße von 2 mm tritt Ausfallkörnung auf. Für die
Herstellung eines säurebeständigen Betons kann die Kornver
teilung des Zuschlagstoffes somit so eingestellt werden,
dass die Kornverteilung zumindest bis zu Korngrößen von
2 mm der idealen Sieblinie nach Fuller & Thompson ent
spricht. Nach bevorzugter Ausführungsform ist die Menge der
Kornfraktion mit Korngrößen zwischen 2 mm und 8 mm gegen
über der Menge der idealen Fuller/Thompson-Sieblinie
reduziert. Ein Beispiel für diese bevorzugte Ausführungs
form gibt die Sieblinie A in Fig. 1. Besondere Bedeutung
kommt im Rahmen der Erfindung einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens zu, wobei die Einstellung der
Korngrößenverteilung des Bindemittels nach Maßgabe des
Wasserbedarfs am Sättigungspunkt des Kornhaufwerkes des
Bindemittels vorgenommen wird und wobei die Korngrößenverteilung
des Bindemittels und des Zuschlagstoffes nach
Maßgabe der Fuller/Thompson-Sieblinie eingestellt wird, mit
der Maßgabe, dass die Kornfraktion mit Korngrößen zwischen
2 mm und 8 mm gegenüber der Menge nach der idealen
Fuller/Thompson-Sieblinie reduziert ist. Nachfolgend wird eine
bevorzugte Betonzusammensetzung angegeben, bei der die
Kornverteilung des Zuschlagstoffes eine entsprechende Aus
fallkörnung aufweist. Diese Betonzusammensetzung entspricht
den aus der Sieblinie A in Fig. 1 entnehmbaren Volumen
anteilen:
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein
Mörtel und insbesondere ein Beton hergestellt werden kann,
der eine überraschend hohe Beständigkeit gegenüber sauren
Medien aufweist, wenn nach der erfindungsgemäßen Lehre
gearbeitet wird. Erfindungswesentlich ist, dass die Säure
beständigkeit des Mörtels oder Betons nicht durch Zugabe
von organisch-chemischen Zusatzmitteln oder Kunststoffen
erzielt wird, sondern im wesentlichen durch die physi
kalisch-chemische Wirkung mineralischer Komponenten. Der
Erfindung liegt insoweit die Erkenntnis zugrunde, dass das
bei den bekannten Mörteln und Betonen vorliegende drei
dimensionale Calciumhydroxidgitter wirksam gestört bzw.
unterbrochen wird, wenn ein Bindemittel der erfindungs
gemäßen Zusammensetzung eingesetzt wird. Dadurch, dass die
Entstehung eines zusammenhängenden dreidimensionalen
Calciumhydroxidgefüges zumindest weitgehend unterbunden
wird, wird die Säurebeständigkeit des Mörtels oder Betons
beachtlich erhöht. Hierzu trägt aber auch die erfindungs
gemäß eingestellte Kornverteilung bzw. die dichte Packung
des Bindemittels bei. Fernerhin wird die Säurebeständigkeit
durch die erfindungsgemäß gewählte Kornverteilung des
Zuschlagstoffes noch erheblich erhöht. Im Rahmen der Erfin
dung wird eine konsequente Abstufung des Korngerüstes bzw.
der Kornverteilung der Bestandteile bis in den Feinst
bereich bzw. in den Mikrometerbereich verwirklicht. Hierbei
kommt besondere Bedeutung der erfindungsgemäß eingestellten
dichten Packung des Bindemittels zu. Im Ergebnis wird eine
hohe chemische Beständigkeit sowie eine hervorragende
Dichtigkeit des Mörtels oder Betons bezüglich des Eindrin
gens von sauren Medien erreicht. Diese Vorteile können mit
einem überraschend niedrigen Bindemittelgehalt erzielt
werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein hoch
fester und hochbeständiger Beton (der beispielsweise eine
Festigkeit B85 aufweist) mit einer Zementmenge von nur 220
bis 230 kg pro m3 Beton hergestellt werden. Bei aus dem
Stand der Technik bekannten Beton vergleichbarer Festigkeit
werden wesentlich höhere Zementmengen, in der Regel über
400 kg Zement pro m3 Beton benötigt. Trotz des relativ
geringen Zementgehaltes kann erfindungsgemäß eine hohe
Frühfestigkeit des Mörtels oder Betons erreicht werden. Mit
einfachen Mitteln, beispielsweise durch die Zugabe von
geringen Mengen Mikrohohlkugeln, kann die Druckfestigkeit
des Betons variiert werden, ohne dass dabei die Säure
beständigkeit oder Dichtigkeit des Betons reduziert wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten säurebestän
digen Betons zur Beschichtung der Innenflächen von Kühl
türmen. Auf diese Weise können die Innenflächen von mit
Rauchgas beaufschlagten Kühltürmen auf effektive Weise vor
Säureangriffen geschützt werden. Gegenstand der Erfindung
ist fernerhin die Verwendung eines mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren hergestellten säurebeständigen Mörtels
oder säurebeständigen Betons zur Beschichtung von Flächen
aus herkömmlichem Beton.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher
erläutert:
Fig. 1 Sieblinien nach Fuller & Thompson bzw. mit Aus
fallkörnung,
Fig. 1a ideale Sieblinie nach Fuller & Thompson,
Fig. 2 Balkendiagramm zum Masseverlust von Beton durch
Säureangriff.
Die Fig. 1 mit den Sieblinien F und A und die Fig. 1a
wurden bereits oben näher erläutert. Die Fig. 2 zeigt in
einem Balkendiagramm den Masseverlust von Betonen durch
Säureangriff nach einem Zeitraum von 49 Tagen. Die Beton
proben wurden dabei 49 Tage lang in einem sauren Medium bei
einem pH-Wert von 2,5 gelagert. Balken 1 zeigt einen Masse
verlust von 3,27 Gew.-% für einen herkömmlichen Beton, der
mit reinem Zement als Bindemittel hergestellt wurde. Balken
2 gibt einen Masseverlust von 1,24 Gew.-% für einen Beton
ohne Zusatz von Mikrohohlkugeln an. Balken 3 zeigt einen
Masseverlust von 1,26 Gew.-% für einen erfindungsgemäßen
Beton mit 0,4 Gew.-% Mikrohohlkugeln. Aus dem Balken
diagramm nach Fig. 2 ist somit ersichtlich, dass dieser
Beton wesentlich resistenter gegenüber einem Säureangriff
ist als ein herkömmlicher Beton.
Claims (14)
1. Verfahren zur Herstellung eines säurebestandigen Mör
tels oder eines säurebestandigen Betons, wobei ein Binde
mittel, Zuschlagstoff und Wasser zu einer zu verarbeitenden
Mischung gemischt werden,
wobei als Bindemittel ein Gemisch aus 60 bis 80 Gew.-% Zement, 15 bis 25 Gew.-% Flugasche und 5 bis 15 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird und
wobei die Korngrößenverteilung des Bindemittels auf eine dichte Packung der Bindemittelteilchen eingestellt wird und
wobei der zu verarbeitenden Mischung bezogen auf das Bindemittel 0,1 bis 2 Gew.-% Mikrohohlkugeln aus Kunststoff zugesetzt werden.
wobei als Bindemittel ein Gemisch aus 60 bis 80 Gew.-% Zement, 15 bis 25 Gew.-% Flugasche und 5 bis 15 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird und
wobei die Korngrößenverteilung des Bindemittels auf eine dichte Packung der Bindemittelteilchen eingestellt wird und
wobei der zu verarbeitenden Mischung bezogen auf das Bindemittel 0,1 bis 2 Gew.-% Mikrohohlkugeln aus Kunststoff zugesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Bindemittel ein
Gemisch mit 65 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 68 bis 72 Gew.-%,
Zement eingesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Anspruche 1 oder 2, wobei als
Bindemittel ein Gemisch mit 18 bis 22 Gew.-% Flugasche ein
gesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 3, wobei als
Bindemittel ein Gemisch mit 8 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 8
bis 10 Gew.-%, Mikrosilika eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das
Wasser/Bindemittel-Verhältnis in der zu verarbeitenden Mi
schung einen W/B-Wert von 0,40 bis 0,45, vorzugsweise einen
W/B-Wert von 0,41 bis 0,43, sehr bevorzugt einen W/B-Wert
von 0,42, aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Einstellung der Korngrößenverteilung des Bindemittels nach
Maßgabe des Wasserbedarfs am Sättigungspunkt des Kornhauf
werkes des Bindemittels vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei 0,1
bis 1 Gew.-% Mikrohohlkugeln (bezogen auf das Bindemittel)
zu der zu verarbeitenden Mischung gemischt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur
Herstellung eines säurebeständigen Mörtels ein Zuschlag
stoff mit Korngrößen kleiner 2 mm eingesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zur
Herstellung eines säurebeständigen Mörtels eine zu verar
beitende Mischung mit 25 bis 35 Gewichtsteilen, vorzugs
weise 28 bis 32 Gewichtsteilen, Bindemittel und mit, 65 bis
75 Gewichtsteiler, vorzugsweise 68 bis 72 Gewichtsteilen,
Zuschlagstoff eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur
Herstellung eines säurebeständigen Betons eine zu verarbei
tende Mischung mit 11 bis 17 Gewichtsteilen, vorzugsweise
mit 12 bis 14 Gewichtsteilen, Bindemittel und mit 83 bis 89
Gewichtsteilen, vorzugsweise mit 86 bis 88 Gewichtsteilen,
Zuschlagstoff eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach
Anspruch 10, wobei zur Herstellung eines säurebeständigen
Betons die Korngrößenverteilung des Zuschlagstoffes nach
Maßgabe einer Sieblinie nach Fuller eingestellt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach
einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei zur Herstellung eines
säurebeständigen Betons das Verhältnis von Bindemittel zu
Zuschlagstoff nach Maßgabe der Sieblinie nach Fuller &
Thompson eingestellt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach
einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei zur Herstellung eines
säurebeständigen Betons ein anteilig Quarzmehl enthaltender
Zuschlagstoff eingesetzt wird.
14. Verwendung eines mit dem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 13 hergestellten säurebeständigen Mörtels
oder säurebeständigen Betons zur Beschichtung der Flächen
von Bauwerken, insbesondere der Innenflächen von Kühl
türmen.
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