DE202007003303U1 - Vibration damping, sound absorbing, elastic concrete composition, for use e.g. in bridge parts, contains rubber powder, microsilica and flow agent, plus mill and forge scale as strength improving additive - Google Patents

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Abstract

A vibration damping, sound absorbing, elastic concrete composition (I) has hydraulic cement value 0.4%; content of mill and forge scale 3-8 wt. %; content of rubber powder (particle size less than 0.4 mm) less than 12 vol. %, based on 75 vol. % sand and gravel (particle size 8/16) and 25 vol. % of the concrete mix; microsilica content 75 wt. % of the ground rubber content; and flow agent content at least 10 wt. % of the microsilica content.

Description

In vielen Fällen der Anwendung von Betonbauteilen sowohl im Industrie- und Wohnungsbau als auch in der Anwendung von speziellen Bauteilen insbesondere Bahnschwellen, Tunnelauskleidungen, Gokart-Bahnen, Half-pipes und Brückenteilen werden neben der Anforderung an bestimmte Festigkeiten auch Forderungen an Schwingungsdämpfung, Schallabsorption und Elastizität gestellt. Über die Zugabe von Gummipartikeln, Textilfasern und/oder Polymergranulat werden schwingungsdämpfende, schallabsorbierende und elastische Eigenschaften erzielt, die sich aber festigkeitsreduzierend auswirken.In many cases the application of concrete components in both industrial and residential construction as well as in the application of special components in particular Railway sleepers, tunnel linings, go-kart tracks, half-pipes and bridge parts In addition to the requirement for certain strengths, these are also requirements at vibration damping, sound absorption and elasticity posed. about the addition of rubber particles, textile fibers and / or polymer granules become vibration-damping, sound-absorbing and elastic properties achieved, but which reduces strength impact.

Festigkeitsbildend im Beton ist insbesondere die Grenzschicht [= der Kontaktfläche bzw. Kontaktzone zwischen den Zuschlägen und dem Zementstein]. Sie ist somit entscheidend für den Rißmechanismus bei Belastungen. Die Größe der Grenzfläche ist abhängig von der Porosität – je geringer die Porosität, um so höher sind die Festigkeitswerte. Die Porosität wird einerseits durch einen Wasserfilm auf der Oberfläche der Zuschläge erzeugt, so daß der Wasser-Zement-Wert in der Grenzschicht entsprechend größer ist und folglich zu einem größeren Porenvolumen führt. Anderseits wachsen die Zementkristalle während der Hydratation nur einseitig gegen den Zuschlag, wodurch ein gegenseitiges Zusammenwachsen und Verfilzen der Kristalle nicht erfolgen kann. Die Folge ist, daß die Dichte der Kristalle gegen das Korn abnimmt.strength development it in concrete, the boundary layer [= the contact area or Contact zone between the surcharges and the cement stone]. It is thus crucial to the cracking mechanism with loads. The size of the interface is dependent from the porosity - the lower the porosity, the higher are the strength values. The porosity is on the one hand by a Water film on the surface the surcharges generated so that the Water-cement ratio is correspondingly larger in the boundary layer and consequently to one larger pore volume leads. On the other hand, the cement crystals grow only on one side during hydration against the supplement, creating a mutual convergence and Matting of the crystals can not take place. The consequence is that the density of the crystals decreases against the grain.

Ein Teil der Festigkeitszunahme kann durch bessere Eigenschaften in der Grenzschicht erreicht werden. Ein sehr kleiner Wasser-Zement-Wert, ermöglicht durch Verflüssigungsmittel, reduziert den Wasserfilm und Zuschläge wie Mikrosilica füllen die bereits durch den kleineren Wasser-Zement-Wert beträchtlich reduzierte poröse Grenzschicht weiter auf und reagieren zudem chemisch.One Part of the increase in strength can be due to better properties in the boundary layer can be reached. A very small water-cement value, allows by liquefaction, reduces the water film and supplements such as microsilica fill the already considerably reduced porous boundary layer due to the smaller water-cement value continue on and also react chemically.

Neben den Einflüssen von Grenzfläche, Porosität und Wasser-Zement-Wert sind Festigkeitssteigerungen in Beton durch den Einsatz von Bewehrungen, der Änderung in den Anteilen der Körnungen von Sand und Kies und der Zementart auch durch folgende Zuschläge möglich:

  • – Fasern,
  • – Mikrosilica,
  • – Flugaschen.
In addition to the effects of interface, porosity and water-cement value, increases in concrete in concrete are also possible through the use of reinforcements, the change in the proportions of the grits of sand and gravel and the type of cement by the following additions:
  • - fibers,
  • - microsilica,
  • - fly ashes.

Bei der Zugabe von Fasern ist die Festigkeitssteigerung nur ein Nebeneffekt. Hauptzielrichtung ist die Steigerung der Elastizität und Zähigkeit. So werden z.B. Carbonfasern in Bauten zur erhöhten Sicherheit bei Erdbeben eingesetzt. Traditionell ist der Einsatz von Flugaschen und Mikrosilica.at the addition of fibers is the increase in strength just a side effect. The main objective is to increase elasticity and toughness. So are used e.g. Carbon fibers in buildings for increased earthquake safety used. Traditionally, the use of fly ashes and microsilica.

Flugasche führt zu einer Verfüllung der Mikroporen und besitzt aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung quasi auch Zementeigenschaften, d.h. es bildet sich eine Wasser-Zement-Flugasche-Matrix in die Gesteins- und weitere Materialien eingebunden werden. Zur Anwendung kommen kalkreiche Flugaschen. Sie sind staubartige, feinkörnige Partikel Stäube mit hydraulischen und/oder puzzolanischen Eigenschaften (vorwiegend aus Braunkohlefeuerungsanlagen), wobei Siliziumdioxid [SiO2] und Calciumoxid [CaO] in verschiedenen Verbindungen vorliegen, so daß analog zum Zement die Ausgangsstoffe für chemische Verfestigungsreaktionen vorhanden sind.Fly ash leads to a backfilling of the micropores and, due to their chemical composition, also has cement properties as it were, ie a water-cement-fly ash matrix forms in which rock and other materials are incorporated. Calcareous fly ashes are used. They are dust-like, fine-particle particles of dusts with hydraulic and / or pozzolanic properties (predominantly lignite combustion plants), with silicon dioxide [SiO 2 ] and calcium oxide [CaO] present in various compounds, so that analogous to the cement, the starting materials for chemical strengthening reactions are present.

Mikrosilica sind ca. 30 bis 100 mal kleiner als die Zementkörner und bestehen nahezu vollständig aus amorphem Siliciumdioxid [SiO2], das bei der Herstellung von Siliziummetallen und Ferrosilicium entsteht und mittels Elektrofiltern aus den Rauchgasen gewonnen wird. Die festigkeitssteigernde Wirkung der Mikrostaubs ist durch drei Effekte zu erklären:

  • – Erstens wird wegen Gestalt und Größe der Partikel einen Teil des Porenraumes zwischen den Zementkörnern ausgefüllt, was wegen der dispergierenden Wirkung der Fließmittel zu einer Gefügeverdichtung des Zementsteins führt und somit eine höhere Dichte erreicht wird (Mikrofüllereffekt).
  • – Zweitens wird zusätzlich zur Zementhydratation eine chemische Sekundärreaktion zwischen dem bei der Zementhydratation entstehendem Calciumhydroxid [Ca(OH)2] und dem Silicastaub [SiO2] erzeugt, wo sich Calciumsilikahydrat [CSH] bildet, das gegenüber den Ausgangsstoffen eine höhere Festigkeit aufweist.
  • – Drittens wird eine deutliche Verbesserung der Mikrostruktur in der Verbundzone zwischen Zementstein und Zuschlag durch eine Reduzierung des Calcium- und Ettringitgehalts in der Kontaktzone erreicht, was sich an den Bruchflächen von hochfesten Betonprüfkörpern erkennen läßt. Die Flächen sind relativ glatt und der Bruch erfolgt nicht wie bei normalfestem Beton um die Zuschläge herum, sondern durch die Zuschläge hindurch.
Microsilica are about 30 to 100 times smaller than the cement grains and consist almost entirely of amorphous silicon dioxide [SiO 2 ], which is produced in the production of silicon metals and ferrosilicon and is obtained by means of electrostatic precipitators from the flue gases. The strength-increasing effect of the micro-dust can be explained by three effects:
  • - First, because of the shape and size of the particles, a portion of the pore space between the cement grains filled, resulting in a structural compaction of the cement paste due to the dispersing effect of the flow agent and thus a higher density is achieved (microfiller effect).
  • Secondly, in addition to cement hydration, a secondary chemical reaction is formed between the calcium hydroxide [Ca (OH) 2 ] formed during cement hydration and the silica fume [SiO 2 ], where calcium silicate hydrate [CSH] forms, which has higher strength than the starting materials.
  • - Third, a significant improvement in the microstructure between the cement stone and the aggregate is achieved by reducing the calcium and ettringite content in the contact zone, which can be seen in the fracture surfaces of high strength concrete specimens. The surfaces are relatively smooth and the fracture does not take place around the aggregates as with normal-strength concrete, but through the aggregates.

Zu den angeführten Zuschlägen zur Festigkeitssteigerung bei schallabsorbierenden Beton werden folgende Maßnahmen in bereits patentierten Lösungen vorgenommen:

  • – Flugasche ( DE 41 391 67 , DE 103 541 179 )
  • – Fasern ( DE 41 39 167 )
  • – Senkung des Wasser-Zement-Werts (WO 00/20350, DE 103 54 179 )
  • – Mikrosilica ( DE 199 41 527 , DE 103 54 179 )
The following measures are already being implemented in already patented solutions for the stated additions for increasing the strength of sound-absorbing concrete:
  • - fly ash ( DE 41 391 67 . DE 103 541 179 )
  • - fibers ( DE 41 39 167 )
  • - lowering the water-cement value (WO 00/20350, DE 103 54 179 )
  • - microsilica ( DE 199 41 527 . DE 103 54 179 )

Als neuer festigkeitssteigernder Zuschlagstoff wird in der vorliegenden Lösung Walz- und Schmiedezunder verwendet.When new strength-increasing additive is in the present solution Used rolling and forging.

Zunder ist eine Mischung aus verschiedenen Eisenoxiden (Fe2O3; Fe3O4 und FeO) sowie Calzium- und Siliziumdioxid. Aufgrund der Porengröße 0,04 bis 500 µm wirken die Walz- und Schmiedezunderpartikel sowohl porenverfüllend (wie Feinstsande) als auch als Fremdkörper (kleine Sandpartikel), was darin zum Ausdruck kommt, daß bei Verwendung von Partikelgrößen unter 100 µm eine höhere Festigkeit als bei Verwendung von Partikeln gleicher Menge aus dem gesamten Größenbereich erzielt wird.Tinder is a mixture of various iron oxides (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 and FeO) as well as calcium and silicon dioxide. Due to the pore size 0.04 to 500 microns, the rolling and Schmiedezunderpartikel both pore filling (like fines) and as a foreign body (small sand particles), which is expressed in that when using particle sizes below 100 microns higher strength than when using of particles of the same amount from the entire size range is achieved.

Neben diesem "physikalischen" Effekt wird durch die Zugabe von Walz- und Schmiedezunder auch ein "chemischer" Effekt zur Festigkeitssteigerung erzielt. Bruchmechanische und mikrostrukturelle Untersuchungen zeigen, daß insbesondere Walz- und Schmiedezunderpartikel kleiner 20 µm keinerlei Einfluß auf Rißverläufe haben. Die Ursache liegt darin, daß diese Walz- und Schmiedezunderpartikel unmittelbar auch in die Zementmatrix eingebunden werden, d.h. in der Kontaktzone/Grenzschicht zwischen Zementstein und dem Zuschlagsstoff "Walz- und Schmiedezunder" chemische Reaktionen ablaufen. Analog zu Zusatzstoffen wie z.B. Mikrosilica und Steinkohlenflugasche reagieren kleinste Walz- und Schmiedezunderpartikel mit denen in der Kontaktzone angereicherten Calciumhydroxidkristallen und verdichten damit die Kontaktzone, so daß eine Steigerung der Festigkeit erreicht wird. Außerdem erfolgt die Bildung von Calziumsilikathydrit mit eingelagerten Eisenoxidpartikeln, das sich ebenfalls festigkeitssteigernd auswirkt. Deutlich wird dies in der "Verfärbung" der Zementmatrix im Umfeld der Zunderpartikel speziell an den Grenzflächen in der mikroskopischen Betrachtung.Next This "physical" effect is going through the addition of rolling and forging alloy also a "chemical" effect to increase strength achieved. Fracture mechanical and microstructural investigations show that in particular Rolled and forged zein particles smaller than 20 μm have no influence on crack propagation. The cause is that this Rolled and forged zein particles directly incorporated into the cement matrix, i. in the contact zone / boundary layer between cement stone and the aggregate "rolling and forging" chemical reactions expire. Analogous to additives such. Microsilica and hard coal fly ash The smallest rolling and forging particles react with those in the contact zone enriched Calciumhydroxidkristallen and compact so that the contact zone, so that a Increasing the strength is achieved. In addition, the education takes place of calcium silicate hydrate with embedded iron oxide particles, the also increases strength. This becomes clear in the "discoloration" of the cement matrix in the vicinity of the scale particles especially at the interfaces in the microscopic observation.

Für die Herstellung von schwingungsdämpfenden, schallabsorbierenden und elastischen Bauteilen und weiteren Anwendungen werden Rezepturen bestehend aus Zement, Wasser, Sand, Kies, Gummimehl, Mikrosilica, Fließmittel sowie Walz- und Schmiedezunder entsprechend den Anforderungen der Betongüte und des Schallabsorptionsvermögens angewendet.For the production of vibration-damping, sound-absorbing and elastic components and other applications are formulations consisting of cement, water, sand, gravel, rubber powder, Microsilica, superplasticizer as well as rolling and forging tanks according to the requirements of concrete quality and the sound absorption capacity.

Claims (1)

Rezeptur für einen schwingungsdämpfenden, schallabsorbierenden, elastischen Beton, dadurch gekennzeichnet, daß – sie einen Wasser-Zementwert kleiner gleich 0,4 hat, – der Anteil von Walz- und Schmiedezunder mindestens drei jedoch maximal acht Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse der Mischung beträgt, – der Anteil von Gummimehl mit einer Korngröße kleiner 0,4 mm kleiner 12 Volumenprozent bezogen auf 75 Volumenprozent von Sand und Kies der Korngröße 8/16 und auf 25 Volumenprozent der Korngröße 4/8 der Mischung der zu erzielenden Betongüte beträgt, – der Anteil von Mikrosilica 75 Gewichtsprozent des Gummimehlanteils der Mischung beträgt, – der Anteil von Fließmittel mindestens 10 % des Anteils der Mikrosilica in der Mischung beträgt.A formulation for a vibration-damping, sound-absorbing, elastic concrete, characterized in that - it has a water-cement value less than or equal to 0.4, - the proportion of rolling and forging alloys is at least three but not more than eight percent by weight, based on the total mass of the mixture, the proportion of rubber powder with a particle size of less than 0.4 mm is less than 12% by volume relative to 75% by volume of sand and gravel of particle size 8/16 and 25% by volume of particle size 4/8 of the mixture of concrete grade to be obtained, - the proportion of microsilica 75% by weight of the rubber powder fraction of the mixture is, - the proportion of plasticizer is at least 10% of the proportion of microsilica in the mixture.
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