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Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Leichtbeton, dessen
spezifisches Gewicht durch die Anwesenheit eines beträchtlichen Gehalts von Luftblasen
erniedrigt worden ist.
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Für manche Zwecke, z.B. fUr die Herstellung von Wänden, die keine
tragende Funktion haben, ist es während des Bauens erwünscht, leichteren Beton als
die üblichen Sorten, deren spezifisches Gewicht etwa 2,3 g/cm³ beträgt, zu benutzen.
Gasbeton, in dem auf künstliche Weise Poren erzeugt wurden und der tatsächlich ziemlich
leicht ist, kann nur in einem Autoklaven angefertigt werden und hat deshalb nur
sehr beschränkte AnwendungamögliUhkeiten.
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Andererseits ist es auch bekannt, üblichen Kies in Boton durch geschäumt
Produkte auf der Basis von vulkanischem Gestein oder durch Blähton zu ersetzen.
Damit erreicht man aber kein niedrigeres spezifisches Gewicht als ungefähr 2 g/cm³,
wobei diese geschäumten Produkte zudem relativ teuer sind und gesonderten Lagerraum
erforddrn, weil in demselben Betrieb auch immer der normale schwerere Beton hergestellt
wird.
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Uberraschenderweise wurde nun gefunden, daß man schon ohne Ersetzung
des Kieses durch teurere Materialien eine noch viel weitgehendere Erniedrigung des
spezifischen Gewichtes dadurch Verwendung bestimmter kapillaraktiver Mittel und
eines bestimmten Mischverfahrens erreichen kann.
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Dabei soll bemerkt werden, daß das Aufnehmen einer geringen Menge
eines kapillaraktiven Mittels in Beton an sich schon bekannt ist. Für diesen Zweck
gibt es verschiedene handelsübliche Mischungen auf der Basis von Calciumligninsulfonat.
Diese Mischungen verursachen aber sehr wenig Luftblasen in der Betonmasse, d.h.
nicht mehr als s~4 , und bewirken deshalb auch kaum eine Erniedrigung des spezifischen
Gewichtes. Außerdem zeigt der mit Calciumligninsulfonat behandelte Beton eine stärkere
Schrumpfung als Beton ohne diesen Zusatz. Die vermutlichs Ursache davon ist wahrscheinlich
die Tatsache, daß Calciumligninsulfonat an sich kein besonders wirksames kapillaraktives
Mittel ist, und außerdem diese Mischungen ein Übermass von CaO als Härtungsbeschleuniger
enthalten, wobei dieses Übermass von C. etum die Wirkung des kapillaraktiven Mittels
noch weiter zurückgehen läßt.
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In der schweizerischen Patentschrift ))1.778 wird vorgeschlagen, die
Luftblasen in einem Ublichen Kiesbeton durch eine Kombination von einem anionischen
kapillaraktiven Mittel und einem nichtionisohen kapillaraktiven Mittel zu erzeugen.
Wie ausdrüoRlloh in dieser Patentschrift erwähnt wird, kann man in dieser Weise
auch nur 3-5 % Luftbläschen einführen.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Verfahren kann man nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren leicht einen Luftblasengehalt von 25 % erreichen, wobei (ohne Ersetzung
des Kieses durch teurere Materialien) das spezifische Gewicht schon weniger als
1,8 g/cp beträgt. Außerdem zeigt der auf dieser weise hergestellte Beton nur eine
geringe Schrumpfung und hat noch eine gute Druckfestigkeit.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Leichtbeton,
wobei der Betorimasse eine geringe Menge eines anionischen kapillaraktiven Mittels
zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man ein kapillaraktives Mittel der Formel
R(OC2H4)nOSO§X und/oder R1 (OC2H4)mOCH2COOX1 verwendet -worin R und R1 jeweils eine
Alkylgruppe mit 8-20 Kohlenstoffatomen oder eine Alkarylgruppe mit 4-20 Kohlenstoffatomen
in dem Alkylteil, n und m eine ganze Zahl mit einem Durchschnittswert von 1-20,
und X und X1 ein Alkali- oder ein ggf. substituiertes Ammoniumion bedeuten- und
nach dem üblichen trockenen Mischen der Betonbestandteile 25-75 % der benötigten
Wassermenge und wenigstens den größeren Teil der Menge des kapillaraktiven Mittels
hinzufügt> das ganze während wenigstens 30 Sekunden mischt und danach den Rest
des Wassers und eventuell den Rest des kapillaraktiven Mittels hinzufügt und in
der üblichen Weise weiter mischt.
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Die erfindungsgemäß verwendeten kapillaraktiven Mittel sind bekannt
und im Handel erhältlich. Vorzugsweise wählt man ein Mittel, das ein seinem Verwendungszweck
optimal angepasstes Gleichgewicht zwischen dem Gehalt an hydrophoben und hydrophylen
Gruppen enthält (der sog.
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HLB-Wert, "hydrophylic-lyophylic balance"). Der HLB-Wert ist dadurch
die Wahl des hydrophoben Rests bzw. R1, durch die Wahl der Anzahl der Oxyäthylengruppen
n bzw. m, und in geringerem Maße auch durch die Wahl der Sulfat- oder Carboxylatendgruppen
zu beeinflussen. Die Wahl ist im allgemeinen nicht besonders kritisch, da ein einigermaßen
flaches Optimum auftritt. Selbstverständlich kann man Mischungen von den Sulfaten
und Carboxylaten verwenden; in diesen Fällen können die Symbole R und R1, n und
m und X und X1 gleich oder verschieden sein. Im Gegensatz zu den schon früher in
Beton verwendeten Ligninsulfonaten soll das Kation hier ein Alkaliion oder eine
Ammonium- oder Aminogruppe sein.
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Wenn man die oben erwähnten kapillaraktiven Mittel an Stelle von Calciumligninsulfonat
verwendet und dabei in der üblichen Weise vorgeht, d.h. erst die trockenen Bestandteile
mischt und danach das Wasser und das kapillaraktive Mittel hinzufügt, und dann wieder
gemischt, erhält man zwar eine leichte Erhöhung des Gehalts an eingeschlossener
Luft, aber diese ist für die Zwecke der Erfindung nicht genügend. Wenn man aber
das besondere Mischverfahren gemäß der Erfindung verwendet, erhält man überraschenderweise
eine beträchtliche Erhöhung des Luftgehaltes.
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Die Menge des kapillaraktiven Mittels ist nicht sehr kritisch. Die
optimale Menge variiert selbstverständlich und ist von der richtigen Betonzusammensetzung
und von der Art des gewählten kapillaraktiven Mittels abhängig.
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Schon bei Verwendung von etwa o,ol % des kapillaraktiven Mittels,
berechnet als trookener Stoff bezogen auf den
Zement, erhält man
einen deutlich wahrnehmbaren Effekt, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren verwendet.
Bei zunehmenden Mengen des kapillaraktiven Mittels nimmt der Effekt zu, bis bei
einer Menge von o,o9 - o,ll ffi (wieder berechnet als trockener Stoff bezogen auf
den Zement) ein Optimum erreicht wird.Darüber hinaus nimmt der Effekt nicht mehr
zu, aber die Verwendung von grösseren Mengen hat auch keinen deutlichen Nachteil.
Wohl wurde festgestellt, daß bei Verwendung einer Menge die etwa das Doppelte des
#ptimums beträgt, die Druckfestigkeit des fertigen Betons etwas niedriger war. Die
maximal zu verw-endende Menge wird deshalb an erster Stelle von ökonomischen Erwägungen
bestimmt. Als praktische Obergrenze ist etwa das Dreifache de opüimalen Menge zu
betrachten.
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Das Verfahren verläuft im allgemeinen wie folgt: Man stellt eine übliche
Mischung von Zement, Sand und Kies her und führt damit das übliche trockene Mischen
durch.
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Wie bekannt dauert dieeses trockene Mischen gewöhnlich eine halbe
bis eine Minute, obwohl ein längeres Mischen nicht schädlich ist. Danach fügt man
einen Teil der benötigten Wassermenge hinzu, und zwar 25 - 75 %, vorzugsweise 25
- 5o %, und insbesondere 25 - 4o %. Gleichzeitig mit dem Wasser fügt man wenigstens
den größeren Teil, vorzugsweise die ganze Menge, des kapillaraktiven Mittels hinzu.
Selbstverständlich läßt sich das kepillaraktive Mittel gleichzeitig als gesonderte
Komponente oder in Form einer konzentrierten oder verdünnten Lösung diesea Mittels
in der bei dieser Mischphase zu verwendenen Wassermenge hinzufügen. Auch ist es
möglich, in dieser Mischphase ein bestimmtes kapillaraktives Mittel
zuzusetzen,
und bei der letzen Mischphase, wobei der Rest des Wassers hinzugefügt wird, eine
geringe Menge eines anderen kapillaraktiven Mittel zuzusetzen.
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Nach Hinzufügen des ersten Teils der Wassermenge wird aufs Neue gemischt
und zwar mindestens 30 Sekunden. Im allgemeinen ist eine längere Mischzeit als eine
Minute nicht nötig, längeres Mischen ist abe nicht schädlich.
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Zum Schluß wird dann der Rest des Wassers und eventuell noch eine
weitere Menge kapillaraktiven Mittels hinzugefügt. Hiernach wird die Mischung in
Ublicner Weise weiter gemischt und verarbeitet.
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Nach der Härtung erhält man so einen Betont der eine große Anzahl
von regelmäßig verteilten @@@ @en enthält, die in dem Beton eingeschlossel s @,
@ daß dieser Beton eine andere Zusammensetzung w@ der poröse Gasbeton besitzt. Die
Luftbläschen stehen unter einem ziemlich großen Uberdruck, deshalb bleibt die Schrumpfung
des Betons gering. Die Luftbläschen wirken wie eine große Zahl von kleinen Kugel
lagern, wodurch der Beton eine beträchtliche Härte erhält.
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Wie bereits oben erwähnt, läßt sich mit dem Ublichen Kiesbeton schon
ein spezifisches Gewicht von 1,8 g/cm³ oder etwas weniger erreichen. Wenn man noch
niedrigere Werte als bei der Herstellung von Betonsorten, worin der Kies durch die
oben erwähnten teureren expandierten Materialien ersetzt ist,erhalten will, so kann
man das erfindungsgemäße Verfahren verwenden, wobei es dann möglich ist, das spezifische
Gewicht noch weiter, z.B.
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bis auf 1,5 g/cm³, zu vermindern.
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Nennenswert ist noch, daß ein Versuch, der gemäß der Erfindung vorgenommen
und bei dem zugleich Qalciumligninsulfonat hinzugefügt wurde, ein weniger günstiges
Resultat ergab als ein entsprechender Versuch, bei dem kein Calciumligninsulfonat
benutzt wurde. Offenbar hat das oben erwähnte Übermaß an Calcium in Calciumligninsulfonat
einen ungUnstigen Einfluß auf die Wirkung des gemäß der Erfindung benutzten Mittels.
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ZusEtzlich kann noch bemerkt werden, daß der gemäß der Erfindung hergestellte
Beton einer bekannten Vibrationsbehandlung, z.B. mit einer Vibrationsnadel mit lo.ooo
-12.ooo Vibrationen pro Minute, unterworfen werden kann. Es hat sich herausgestellt,
daß eine solche Behandlung keinen nachteiligen Einfluß auf den Luftgehalt und deshalb
auch nicht auf das spezifische Gewicht des Betons hat. Offenbar werden die Luftbläschen
durch die Vibrationsbehandlung nXht zerstört.
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Die nachfolgenden Versuche sollen die Erfindung näher erläutern.
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Man untersuchte die Möglichkeit zur Herstellung von einem Kiesbeton
mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,80qHcm3 und mit einer Druckfestigkeit
nach 24 Stunden von mindestens 20 kg/cm2.
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Beispiel 1 Zuerst wurde ausgegangen von einem üblichen Kiesbeton mit
einem an sich bekannten Wassergehalt, also einem hohen Wasser-Zementfaktor und einer
hohen Plastizität. Die Einzelheiten dieser Mischung sind wie folgt:
Zement
3,50g/cm³, Hochofenzement, Klasse A Sand 9,62g/cm³ Kies 9,13g/cm³ Wasser 190 L/m³
Wasser-Zementfaktor o,58 Durchschnittliche Teilchengröße des Sandes 2,8 Durchschnittliche
Teilchengröße des Kieses 5,8 µ Setzmass 23 cm im Durchschnitt Schüttelmass nicht
zu ermitteln (die Mischung ist zu plastisch) Prozentsatz Luft 4,5 ffi im Durchschnitt.
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Der Prozentsatz Luft wurde bei diesem Versuch und auch bei den nachfolgenden
Versuchen mit einem Instrument ermittelt, "Luftgehaltprüfer" genannt wird, und womit
der Luftge@@ t der noch nicht gehärteten Mischung gemessen wer M @ Mischung wur
n Wände mit Abmes-@ge m und einer Dicke von 7 cm herge-@ng@ @@@dlung dA es Betons
wurde n nt Beton wurde mit Dampf behandelt, wobei @es Dam@@es nach 2 Std. 70° C
be-@ Stunden @f dieser Temperatur gehalten w de @e e Beton hatte tatsächlich die
erw s gkeit von @ bis 25 kg/cm², aber sein sp@ @@ war viel höher, als erwünscht
war,
Beispiel 2 Es wurde ähnlich wie infleispiel 1 vorgegangen,
wobei aber ein Zusatz der VerbindungR(OC2H4)nOS03Na benutzt wurde, worin die Gruppe
R von technischem Laurylalkohol (etwa 75 Ges.-% C12 und etwa 25 % C14) stammte und
n einen Durchschnittswert von 2,2 hatte. In Bezug auf den Zement wurde der Zusatz
in einer Menge von o,o9 ß zugegeben. Das Mischen wurde ebenso wie in Beispiel 1
in üblicher Weise durchgeführt, d.h. die Mischung wurde erst trocken vorgemischt,
danach wurde die totale Wassermenge und das kapillaraktive Mittel hinzugefügt, worauf
aufs Neue gemischt wurde. Die totale Mischzeit betrug 4 1/2 Minuten und der Prozentsatz
an Luft der ungehErteten Mischung 8,5 %, also noch nicht das Doppelte der Mischung
ohne kapillaraktives Mittel. Nach Schütten des Betons und weiterer Behandlung wie
in Beispiel 1 betrug das Gewicht 2,160 g/¢2 , während die Druckfestigkeit nach 24
Stunden nur 18,1 kg/cm2 betrug. Die gewünschte Erniedrigung des spezifischen Gewichtes
wurde daher nur in geringem Maße erreicht, während die Druckfestigkeit zu stark
gesunken war.
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Beispiel 3 Es wurde ähnlich wie in Beispiel 2 vorgegangen, aber die
Menge des kapillaraktiven Mittels wurde verdoppelt. Man erhielt praktisch dieselben
Ergebnisse wie in Beispiel 2.
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Beispiel 4 Man verwendete dasselbe kapillaraktive Mittel wie in Beispiel
2, aber in der Menge von Beispiel 3, also o,l8 %, bezogen auf den Zement. Hier wurde
aber das Mischverfahren gemäß der Erfindung verwendet. Nachdem Zement, Sand
und
Kies während 3o Sekunden trocken vorgemischt worden waren, wurden llo Liter Wasser
und die totale Menge des kapillaraktiven Mittels hinzugefügt und
während 1 Minute gemischt. Danach wurde der Rest des Wassers hinzugefügt unQaie
Mischung noch weitere 4 Minuten gemischt. Die totale Mischzeit betrug 5 1/2 Minute.
Die in dieser Weise erhaltene Mischung zeigte bei-Untersuchung mit dem "Luftgehaltprüfer"
einen Luftgehalt von 25 %.Nach Schütten und weiterer Behandlung wie in Beispiel
1 erhielt man einen Beton mit einem Gewicht von 1,795 g/cm3, während die Druckfestigkeit
nach 24 Std.
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8,1 kg/cm2 betrug. Bei diesem Versuch gelang es deshalb, die erwünschte
Erniedrigung des spezifischen Gewichtes zu erreichen. Die Druckfestigkeit war aber
geringer als für den beabsichtigten Zweck brauchbar war, obwohl ein solcher Beton
natürlich für andere Zwecke, für den geringere Ansprüche gestellt werden, brauchbar
wäre.
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Beispiel 5 Man verwendete wieder dasselbe kapillaraktive Mittel wie
in den Beispielen 2-4 in derselben Menge wie in Beispiel 4, also o,o9 «, bezogen
auf den Zement. Weiter wurde das erfindungsgemäße Mischungsverfahren angewendet.
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Erst wurden Zement, Sand und Kies 30 Sekunden trocken vorgemischt,
danach fügte man 9o Liter Wasser und die totale Menge kapillaraktiven Mittels hinzu
und mischte 3o Sekunden lang, danach wurde der Rest der Wassermenge (loo Liter)
hinzugefügt und noch 2 1/2 Minuten gemischt.
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Die totale Mischzeit betrug also 3 1/2 Minuten.Auch diese Mischung
zeigte bei Untersuchung mit dem "Luftgehaltprüfer" einen Luftgehalt von 25 %. Nach
Schütten und weiterer Behandlung gemäß Beispiel 1 erhielt man einen
Beton
mit demselben spezifischen Gewicht wie in Beispiel 4, 1,795 g/cm³, aber mit einer
viei größeren Druckfestigkeit, nämlich 40 kg/cm²,also das Doppelte von dem, was
am Anfang der Untersuchung als wünschenswert betrachtet wurde.