DE202010018167U1

DE202010018167U1 - Wärmedämmender Leichtbeton

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Publication number: DE202010018167U1
Application number: DE202010018167.4U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2014-06-17
Anticipated expiration: 2020-04-09
Also published as: DE102010014296A1

Abstract

Wärmedämmender Beton mit Leichtzuschlägen bevorzugt, Blähton, dadurch gekennzeichnet, dass er als festigkeitserhöhendes Zusatzmittel Microsilica aufweist, eine Lambda-R Wärmeleitung von unter 0,25 W/mK und eine Mindestfestigkeit von über LB 8/9 nach DIN 1045-2 aufweist, bevorzugt von LB 12/13, und besonders bevorzugt von LB 16/18.

Description

Die Erfindung betrifft Beton insbesondere gefügedichten und wärmedämmenden Leichtbeton. Offenbart seien dabei auch Kombinationen mit der PCT Anmeldung WO 2008/104166 A2 von R. Weber vom 28.2.2008, insbesondere dem Herstellverfahren (u. A. Container-Wechselbrücken; Waagetechnik, TDK-Handling+ einbau).
Es ist erwünscht, Betone herzustellen, die möglichst wärmedämmend sind, dabei den Bewehrungsstahl vor Korrosion schützen und eine möglichst hohe Festigkeit besitzen. Die erste Eigenschaft steht mit den beiden letzten im Widerspruch, da große Festigkeit hohe Wichten und diese wiederum hohe Wärmeleitfähigkeiten bewirken. Etwa 0,04 W/mK Zunahme je 100 kg/m³ mehr Wichte ist eine Faustformel.
Als Stand der Technik wird derzeit ein Lambda-R (L-r) von 0,27 W/mK genannt (Prof. Schlaich, Berlin), basierend auf der Festigkeit eines LB8/9 nach 56 d. Insbesondere die Blähtonindustrie (Verfahren LECA) sowie die TU Darmstadt hat umfangreiche Veröffentlichungen beigetragen.
Bekannt ist auch das Beimischen von Schäumen oder Luftporenbildnern (siehe Heft 321 des DAfStB, 1981) zur Erhöhung der Festigkeit bzw. Reduzierung des Gewichts. Mit der EN 1520 liegt mittlerweile ein umfangreiches Normenwerk für sog. haufwerksporigen Beton vor, dessen Bewehrung jedoch durch gesonderte Maßnahmen aufwendig vor Korrosion geschützt werden muß (i. d. R. Verzinkung oder Zementschlämpe). Auch zeigen die im Markt von den Blähton-Herstellern gehandelten, derzeit also gängigen Festigkeiten von LAC 4 nach DIN EN 1520 bei Dämmwerten L-r von 0,19 W/mK, wie instabil und offenporig derzeit hoch wärmedämmende Leichtbetone sind.
Ein gutachterlicher Vergleich zwischen haufwerksporigen Betonen nach DIN EN 1520 und den anderen Betonnormen findet sich im Bauforschungsbericht T 3087 von 2005 der Univ. der Bundeswehr in München.
Die Dauerhaftigkeit haufwerksporiger Leichtbetone mit Schaummörtelbindung ist im Bauforschungsbericht F 2436 von 2003 (Univ. Weimar) dargelegt. Die Website der Fachvereinigung Leichtbeton www.leichtbeton.de sowie die Website der Firma Liapor www.liapor.de enthalten ebenfalls den Stand der Technik darlegende Veröffentlichungen, ebenso die website des Zementverbandes www.beton.org mit dem Zement-Merkblatt Betontechnik B13 vom April 2008. Insbesondere hier sind kompakt die Grenzen der Technik erwähnt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem gefügedichten Leichtbeton eine Wärmedämmung L-r von unter 0,27 W/mK zu erreichen bei Festigkeiten von bevorzugt über LB 8/9 (mit einer 56 Tage-Festigkeit) und weiter bevorzugt so hohem Korrosionsschutz der Bewehrung, dass ohne weitere Maßnahmen ein Korrosionsschutz der Bewehrung für Innenbauteile und besonders bevorzugt auch für Außenbauteile gegeben ist. Ebenso darf sich der Beton durch Rütteltechnik nicht entmischen und soll Konsistenzen aufweisen, die eine leichte Verarbeitbarkeit ermöglichen (was bevorzugt etwa über F1 gegeben ist). Ein zumindest möglicher Verzicht auf gegen Schlagregen schützende Putz- und/oder Anstrichschichten ist ebenfalls erwünscht.
Jedoch bedeuten mehr Festigkeit bzw. mehr Korrosionsschutz auch mehr unerwünschte Wärmeleitung. Es wird als Faustformel zitiert, dass 0,04 W/mK mehr Wärmeleitung durch ca. 100 kg/m³ mehr Masse entstehen. Mehr Masse bedeutet auch mehr Festigkeit und (über den Zementgehalt) auch mehr Korrosionsschutz der Bewehrung.
In Versuchen wurden bereits Festigkeiten von über 20 N/mm² (bereits ohne Microsilika) nachgewiesen bei XC4 und sogar XA2 bzw. XF3 Korrosionsschutz, L-r von 0,20 W/mK, Konsistenz F1 bis F3 und so hoher Viskosität, dass ein baustellenüblicher Einsatz von Flaschenrüttlern nicht zur Entmischung führt, auch nicht bei F3 Ausbreitmaßen von über 40 cm nach 10 Minuten. Durch Zugabe von Microsilica werden über 24 N/mm² nach 56 Tagen erwartet.
Kriterium für den Korrosionsschutz ist die Wassereindringtiefe nach der alten DIN 1045 bzw. als Prüfnorm DIN EN 12390 T8 von 50 mm für Außenbauteile, also XC4 und 30 mm für chemischen Angriff, also XA2.
Es ist hier notwendig auf das alte Kriterium Wassereindringtiefe der alten Din 1045 zusätzlich zurück zugreifen da die Kriterien der neuen DIN 1045-2 mit Mindestzementgehalt und W/Z Wert nicht ausreichen obwohl sie es sollten. Es zeigt sich hier vielmehr der Grenzbereich der Forschung, dass auch Rezepturen die der neuen DIN entsprechen bei der Wassereindringtiefe völlig durchfallen.
Es zeigt sich weiter, wie wenig die Definition „Gefügedichtigkeit” beim Leichtbeton bisher verstanden wurde. Andersherum: es ist nach neuer Din 1045-2 zielsicher möglich, einen gefügedichten Leichtbeton zu schaffen der mit „Sicherheit” keinen Stahl vor Korrosion schützt.
Festigkeit und Dämmwirkung sind jetzt jedoch gleichzeitig so hoch möglich, dass nunmehr statt Fertigteil-Sandwich-Bauteilen dickengleiche Einschichtplatten ohne Putzschicht hergestellt werden können bzw. Dachdecken ohne zusätzliche Wärmedämmung.
Bevorzugt in U-Wert (W/m²K) Bereichen von 0,5 bis 1,0, wie sie in wärmeren Ländern ausreichend sind, werden dämmende Baukonstruktionen besonders im Bereich der Gebäudehülle wesentlich vereinfacht, da einschichtig möglich, besonders bei baupraktisch und ökologisch noch vertretbaren maximalen Dicken von typisch unter 35 bis 45 cm.
Dampfdiffusionsprobleme wie bei Fertigteil-Sandwichplatten oder Styropor Außendämmung (z. B. Schimmelbildung am Ende des Winters, etc.) an der kalten Seite der Dämmschicht treten ebenfalls nicht mehr auf. Das Material ist im Vergleich zu Normalbeton diffusionsoffen.
Bevorzugt ist ganz oder teilweise die Verwendung von gebranntem Ton, d. h. Blähton, wie er im Verfahren nach LECA hergestellt wird als Leichtzuschlag, und zwar aufgrund guter Verfügbarkeit, akzeptabler Kornfestigkeit und relativ stark die Karbonatisierung bremsender Sinteroberfläche. Die hier vorgestellten Prinzipien finden jedoch auch Anwendung auf andere Leichtzuschläge bzw. deren Kombinationen untereinander (Vermiculite, Perlite, Blähglas, etc.).
Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zunächst rein geometrisch in der Kornpackung die Sieblinie so optimiert, dass die Volumenanteile von hoch dämmenden Leichtzuschlägen (bevorzugt unter 1,1 t/m³ Kornrohdichte und besonders bevorzugt unter 0,8 t/m³ in den Fraktionen über 4 mm und bevorzugt unter 1,5 t/m³ in den Fraktionen unter 4 mm) gegenüber der stärker wärmeleitenden Matrix so weit wie möglich erhöht wird. So erhöht sich die Dämmwirkung, ohne dass der Korrosionsschutz leidet. Da die Kornrohdichte der Fraktionen unter 4 mm mit 1300 kg doppelt so hoch ist wie die darüber, stellt sich weiterhin die Aufgabe, die schwere Fraktion unter 4 mm besonders zu minimieren. Die Leitfähigkeit einer nicht aufgeschäumten Zementmatrix liegt etwa bei der des Normalschweren Betons von 2,1 W/mK, während Leichtzuschläge etwa unter 0,1 W/mK liegen.
Dazu werden folgende Maßnahmen ganz oder in Kombination miteinander ergriffen:

– Die maximale Korngröße wird über 8 mm erhöht, bevorzugt jedoch unter 20 mm belassen, da darüber wiederum die Festigkeiten der Körner so stark abnehmen, dass sie die Gesamtstabilität gefährden. Überdies wird mit zunehmender Korngröße zunehmend der Schutz vor Karbonatisierung gestört, der maßgeblich durch die Sinterschicht des Blähton erreicht wird. Vermutete Festigkeitsverluste durch den Einsatz von 8–16er Blähton Körnung konnten durch unsere Versuche nicht bestätigt werden.
– Es werden auf das Volumen bezogene Siebdurchgänge gewählt, die noch gröber sind als der Bereich A der Fuller Kurve, besonders im Bereich unter 8 mm und ganz besonders unter 4 mm. Je kleiner die Durchmesser, desto mehr Anteil schwerer Sinteroberfläche, entsprechend mehr Gewicht und höhere Wärmeleitung. Die Kornrohdichte von 0/4 Blähton liegt typisch doppelt so hoch wie bei der 4/8 er Fraktion.
– Besonders bei den Fraktionen von Leichtzuschlägen, insbesondere Blähton-Leichtzuschlägen, von unter 4 mm und weiter bevorzugt unter 2 mm, wird deren Volumenanteil gegenüber der A-Linie der Fuller Kurve mindestens um weitere 30% reduziert, bevorzugt unter 50%. Auch Ausfallkörnungen in diesem Bereich sind denkbar, jedoch gefährden diese tendenziell wieder die Verarbeitbarkeit (den Zusammenhalt) des Frischbetons. Dennoch sind auch Ausfallkörnungen bevorzugt, wenn mit Zusatzmitteln gut abgestimmt wird.
– Der Einsatz von gegenüber Blähton noch stärker dämmenden Leichtzuschlägen besonders im Kornbereich unter 4 mm ist möglich, jedoch aus Gründen der Verfügbarkeit und der Wirtschaftlichkeit nicht immer erwünscht. Die vorliegenden Ergebnisse wurden bereits nur mit Blähton-Zuschlägen erreicht.
– Im Ergebnis sind bevorzugt Kornvolumina von über 450 Litern, besonders bevorzugt von über 500 Litern je m³ Festbeton erwünscht.

Gemäß einem weiteren wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Wärmedämmwirkung der Zementmatrix verbessert; wiederum darf dabei allerdings der Korrosionsschutz nicht verloren gehen. Umfangreiche Untersuchungen zum Einsatz von Schäumen oder LP Bildnern (LP = Luftporen) liegen in Heft 321 des DAfStB vor, kommen jedoch zu dem Ergebnis, dass unter 300 kg/m³ Zementgehalt, genauer gesagt sogar von Portlandklinkergehalt, kein dauerhafter Korrosionsschutz gewährleistet werden kann. Hohe Zementgehalte von über 300 kg/m³, besonders über 330 kg/m³ sind aus folgenden Gründen unerwünscht: zu hohe Hydratationswärme, die nicht mehr abfließen kann in den jetzt hoch dämmenden Bauteilen; je mehr Gewicht (auch des zugehörigen Wasseranteils) desto schlechtere Wärmedämmung (siehe die Faustformel 0,04 W/mK je 100 kg/m³); sowie wirtschaftliche und ökologische Gründe (CO2-Bilanz).
Dennoch muß die Matrix hinreichend dicht sein, bevorzugt mit maximalen Wassereindringtiefen von 50 mm nach alter DIN 1045 bzw. besonders bevorzugt unter 30–35 mm, um den Bewehrungsstahl zuverlässig und sicher vor Korrosion zu schützen ohne dass der Stahl selbst besonders behandelt werden muß. Diesen Widerspruch entschärfen wir wie folgt:

– Einsatz von LP Bildnern mit Mikroporen in erheblichem Umfang reduziert das Gewicht der Matrix und trägt dennoch durch Unterbrechung der Kapillarporen zu einem erhöhten Korrosionsschutz bei und verbessert die Verarbeitbarkeit ohne Gewichtszunahme (wie sonst bei Wasser plus Zementzugabe).
– Mikroporen eines LP Mittels haben eine bessere korrosionsschützende Wirkung als grobe Poren eines Schaumbildners, die jedoch per se nicht als Alternative völlig ausgeschlossen werden.
– Luftporen von über 100 ltr./m³, bevorzugt von über 180 ltr./m³ zur Reduzierung des Gewichts und zur Erhöhung der Dämmwirkung, jedoch von unter 300 ltr./m³ und besonders bevorzugt unter 250 ltr/m³ da sonst die Festigkeit der Matrix zu schwach bzw. diese auch gegenüber korrosiven Medien zu porös wird.
– Da die Matrix im Bereich von 200 ltr./m³ in ihrer Festigkeit geschwächt ist, führt der Zusatz von bisher nur aus dem Bereich hochfester Betone bekannten Microsilica zu einer verbesserten Festigkeit. Bevorzugte Dosierungen liegen unter denen der Hochleistungsbetone von 15 kg/m³ (plus 15 kg/m³ Wasser), da bei solchen hohen Festigkeiten bereits das Korn der Leichtzuschläge versagt und bevorzugt auch unter 10 kg/m³ Microsilica, insbesondere um die 5 kg/m³.
– Es überrascht, dass dabei die bevorzugten Matrixwichten (trocken) von unter 1,3 kg/ltr, besonders noch unter 1,25 kg/ltr. hohe Festigkeit und ausreichend Korrosionsschutz gewährleisten. Rein beispielhaft siehe Anlage 1 bis 3.

Gemäß einem weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung wird das Thema Verdichtungswilligkeit und Verarbeitbarkeit behandelt. Bekannt sind sehr steife Leichtzuschlag-Rezepturen im Bereich von maximal F1, die im Fertigteilbereich aus diesen Gründen sogar mit schweren Rollwalzen verdichtet werden, um über steife Konsistenz W + Z-Gehalt und damit Gewicht zu sparen. Dieses Vorgehen ist baupraktisch völlig unbefriedigend und für Ortbetonanwendungen, erst recht in vertikalen Wandschalungen, gar nicht machbar. Es wird also bevorzugt ein Beton mit einer Konsistenz über F1 und besonders bevorzugt über F2 gewünscht, weiter bevorzugt im Bereich von F3 der sich mit Flaschenrüttlern z. B. auch in senkrechten Etagenbau-Wandschalungen verdichten läßt ohne Entmischung. Es muß also eine hinreichend „sedimentationsstabile Viskosität” erzielt werden.
Hier spielt zunächst das „Bingham-Gesetz” über das Mischungsverhalten von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte die entscheidende Rolle. Es ist also zunächst wichtig, dass die Wichte der Kornrohdichten, insbesondere der Fraktionen über 4 mm, so wenig wie möglich von der Wichte der Matrix abweicht, da sonst beim Rütteln eine Entmischung stattfindet.
Weiterhin muß dazu die Viskosität insgesamt hoch genug sein. Nur so können die Wichteunterschiede groß genug bleiben, um mit einer Matrix zu arbeiten, die schwer genug ist, um Korrosionsschutz und Festigkeit zu gewährleisten (deswegen führen die hoch aufgeschäumten, ebenfalls stark wärmedämmenden Rezepturen früherer Forschungsarbeiten nicht zum Ziel eines gefügedichten, korrosionsschützenden Betons). Besonders bei den größeren Kornfraktionen (etwa über 4 mm), mit der bei ihrem geringen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen stärker gegebenen Auftriebsneigung, besteht die Gefahr des Aufschwimmens beim Rütteln. Daher muß die Konsistenz auch nach oben begrenzt werden. Je viskoser jedoch die Mischung, desto größer die mögliche baupraktisch wichtige maximale Konsistenz (ohne Entmischung beim Rütteln).
Diesen Widerspruch entschärfen wir ganz oder teilweise durch Kombination folgender Merkmale:

– Das Verhältnis der Trockenwichten von schwerer Matrix zu Leichtzuschlag soll bevorzugt den Faktor 2 nicht überschreiten und bevorzugt unter 1,8 liegen.
– Insbesondere das Verhältnis von schwerer Matrix und Leichtzuschlägen über 4 mm soll 1,8 und weiter bevorzugt 1,6 nicht überschreiten, da sich die großen Körner am leichtesten entmischen.
– Aufgrund der geforderten Wärmedämmwirkung liegt die Kornrohdichte des Leichtzuschlags sehr niedrig, damit darf auch die Matrix nicht zu schwer werden.
– Die Konsistenz wird auf den Bereich von F3 begrenzt, bevorzugt zumindest auf maximal F4.
– Es wird ein LP Mittel eingesetzt, bevorzugt ein anorganisches LP Mittel, besonders bevorzugt auf Tensidbasis, da hier eine bessere Verträglichkeit mit den ebenfalls anorganischen Microsilica gegeben ist. Ebenso sind die Poren eines LP Bildners feiner, geschmeidiger und stabiler bzw. ohne weitere Zusatzgeräte wie Schaumgeneratoren auch auf der Baustelle, einem Fahrmischer oder einer Mischanlage zuzugeben.

Die exacte Eingrenzung „sedimentationsstabiler Viskosität” ist theoretisch schwer zu begründen. Wesentlich sind hier reproduzierbare Versuchsergebnisse. Die rheologischen Prüfungen werden bevorzugt mit einem „Viskomat NT” der Firma Schlaibinger (Regensburg) durchgeführt. Es handelt sich hierbei um Prüfungen am Mörtel bzw. am Zementleim. Auch die Verhältniswerte Leim-Viskosität zu Mörtel-Viskosität geben im Rahmen einer Qualitätssicherung Aufschluß über die Entmischungsneigung. Als erster quantitativer Anhalt eines bevorzugten Parameterbereichs von Konsistenzen und Zusammensetzung dient die Rezeptur von Anlage 1 und 2.
Zum Korrosionsschutz im Sinne reduzierter Wassereindringtiefen führen wir folgendes aus. Hier spielt der Anteil von Mikro-Luftporen eine besondere Rolle. Also nicht der Gesamt-Porengehalt, welcher vornehmlich das Gewicht senkt und gleichzeitig die Festigkeit reduziert, sondern Poren mit einem Durchmesser von unter 300 Micro-Meter.
Diese werden entweder mit dem AVA Gerät (Air Void Analyser) photoelektrisch im Frischbeton gemessen oder am erhärteten Beton durch Auszählen.
Eingangs wurde bereits gesagt wie unzureichend nach DIN 1045-2 W/Z Wert und Mindest-Zementgehalt alleine für den Korrosionsschutz von Leichtbeton sind. Es zeigt sich hier, dass ein sehr hoher Gehalt an Mikro-Luftporen den Korrosionsschutz deutlich steigert. Aus dem Straßenbau sind Anwendungen für Frost- und Tausalzbeständigkeit bekannt, so dass die dort angegebenen 2,5 Vol.% eine erste bevorzugte Untergrenze darstellen. Jedoch schlagen wir bevorzugt über 3,5% vor und weiter bevorzugt über 4%.
Das Verhältnis von Vol.% Luftporen zu Micro-Luftporen soll bevorzugt den Faktor 10 nicht überschreiten, weiter bevorzugt den Faktor 6. Dies spricht eher für den Einsatz von LP-Bildnern als für dem Einsatz von den bekanntlich grobporigen Schäumen.
Für LP anstelle von Schäumen spricht auch die einfachere Baustellen-Dosierbarkeit, insbesondere ohne Schaumgenerator.
Wie bereits angesprochen, steht ein für den Korrosionsschutz erforderlicher hoher Zementgehalt im Widerspruch zur gewünschten niedrigen Hydratationswärme und zu den für die Dämmeigenschaften niedrigen erforderlichen Wichten.

– In den der DIN 1045-2 wird für Innenbauteile 240 kg/m³ Mindestzementgehalt genannt bzw. 280 kg/m³ für Außenbauteile. Diese Werte halten auch wir für mindestens nötig, um hinreichend Korrosionsschutz zu gewährleisten. Überraschenderweise brauchen wir jedoch nicht die über 300 kg/m³ PZ-Klinker aus den Darmstädter Forschungen (Heft 321 DAfStB). Daher wird auch unter Berücksichtigung der bereits bisher geschilderten eigenschaftsverbessernden Maßnahmen Schutz beansprucht für einen hoch Wärmedämmenden Leichtzuschlagbeton mit L-r < 0,25 W/mK, insbesondere unter 0,22 W/mK der gleichzeitig Wassereindringtiefen von unter 50 mm besonders unter 35 mm hervorbringt und dennoch nicht mehr als 330 kg/m³ Zementgehalt besitzt insbesondere weniger als 300 kg/m³.
– Um die Hydratationswärme zu begrenzen, wird eine bevorzugte Beimischung von jedoch maximal 20 bis 25% Zumahlstoffen bezogen auf den gesamten Zementgehalt vorgeschlagen, insbesondere um die 15%. Der Maximalwert überrascht zunächst, jedoch haben die harten Zumahlstoffe die Tendenz, die Luftporen zu zerstören und damit wieder die Robustheit der Verarbeitung insbesondere beim Mischvorgang zu stören.

Die nächste Schwierigkeit liegt in der Wahl der richtigen Zement-Mahlfeinheit und insbesondere ihrem Zusammenhang mit der maximalen Verarbeitungszeit vor Ort.

– Besonders aus Gründen der Endfestigkeit werden Blaine Werte von über 3.000 cm²/Gr. vorgeschlagen. Es wird jedoch auch vorgeschlagen, die Mahlfeinheit im Ortbetonbereich unter 4.500 cm²/Gr. zu belassen (im FT-Werk evtl. 20% bis 30% höher wegen dem schnellen Einbau), da sonst die Verarbeitungszeit zu kurz wird. Die üblichen 90 Minuten wollen auch wir mit unseren baustellentauglichen Rezepturen erreichen. Die naheliegende Beigabe von Verzögerern möchten wir bevorzugt vermeiden, da eine Unverträglichkeit mit den LP Bildnern vorliegt, quasi eine entschäumende Wirkung.
– Diese Blain Werte werden bei der Zementherstellung vor die Klasse 42,5 als begleitende Qualitätssicherung durchgeführt. Somit ist eine 42,5 er Zement-Mahlfeinheitsklasse bevorzugt.

Es ist weiter bevorzugt, zur Erhöhung der Festigkeit Microsilica zu zugeben. Diese kommen gewöhnlich bei hochfesten Betonen über C 60 zu Einsatz und dort in Konzentrationen von 15 kg/m³ (plus 15 kg/m³ Suspensionswasser). Überraschender Weise steigt jedoch auch die Festigkeit unserer leichten Zementmatrix deutlich an. Dies ist bereits bei 5 kg/m³ hinreichend der Fall, während 10 kg/m³ auch aus wirtschaftlichen Gründen eine Obergrenze darstellen.
Hier besteht ein Zusammenhang mit dem Luftporengehalt bzw. dem Matrixvolumen. Aus insbesondere wirtschaftlichen Gründen wird bei unter 15 Vol.% Luftporen eine maximale Microsilika-Zugabe von 1 kg fest je 3 Vol.% Luftporen vorgeschlagen und bei zwischen 15% und 20% eine Zugabe von 1 kg je 2% bis 3% Luftporen.
Es sei für die bevorzugte Lagerungsfähigkeit von auch über 3 Monaten gesagt, dass die anorganischen Microsilika sich mit weiteren anorganischen Zusatzmitteln stabiler halten, d. h. sich nicht am Boden absetzen und verklumpen, wenn sie bereits vorgemischt wurden, was aus Qualitätsgründen bevorzugt ist. LP Mittel erfüllen dieses Kriterium.
Der Ordnung halber sei zu den Begriffen angefügt, dass wir gemäß DIN 4108 ein Verhältnis von etwa 1,1 zwischen L-tr10 (Labor trocken) und L-r (Umgebungsfeuchte) angesetzt haben. Weiterhin ist bei „Festigkeit” von der Serienfestigkeit F-ck von Probewürfeln nach 56 Tagen die Rede.
Es sei gesagt, dass die Summe der oben genannten Eigenschaften zu Trockenrohdichten führen, die unter 1,1 t/m³ liegen, bevorzugt unter 1,0 t/m³ und besonders bevorzugt unter 0,9 t/m³, um die nötige Wärmedämmung zu schaffen.
Jedoch auch über 700 kg/m³ und besonders über 750 kg/m³, da sonst Festigkeit und Korrosionsschutz nicht mehr funktionieren.
Es wird bei der Vielzahl der Parameter deutlich, warum bisher der Stand der Technik so weit hinter den erzielten Versuchsergebnissen zurück steht, obwohl umfangreiche Forschungsarbeiten seit Jahrzehnten weit hinter unseren Ergebnissen zurück bleiben, obwohl der gewerbliche Nutzen besonders einschaliger Bauteile wie Dächer und Wände sehr groß ist.
Insbesondere können wird den Stand der in Heft 321 für den Korrosionsschutz angegebenen Werte ganz deutlich unterschreiten.
Als bevorzugter Gradmesser für eine „robuste” Rezeptur wird auch angegeben, dass bei den eingangs genannten Zielwerten für L-r; Festigkeit und Korrosionsschutz die Auflagen der DIN 1045-2 und ihrer begleitenden Normen eingehalten werden und dass insbesondere keine weiteren bauaufsichtlichen Zustimmungen im Einzelfall bzw. allgemeinen Zulassungen erforderlich werden. Trotz aller ambitionierten Ziele soll also die Rezeptur bevorzugt voll innerhalb der Stahlbeton-Grundnorm für „gefügedichten Leichtbeton” gehandhabt werden.
Es sei nachfolgend auch ein besonders bevorzugter, weil wirtschaftlicher Rezepturbereich geschildert. Da die Leichtzuschläge teuer und meist nur über weite Transportentfernungen zu beschaffen sind, stellt sich die Frage, in wie weit man den Volumenanteil an Leichtzuschlägen reduzieren kann, ohne die Wärmedämmung L-r über einen Bereich von 0,2 bis 0,22 zu treiben bzw. Würfeldruck-Festigkeiten von 15 N/mm² nicht zu unterschreiten. Als Ausgangspunkt wird hier der Mindestzementgehalt für Außenbauteile der DIN EN 206-1/DIN 1045-2 von 280 kg/m³ Zement gesetzt. Damit ergibt sich die in Anlage 1 beispielhaft dargestellte dargestellte Rezeptur, welche mit 30 mm Wassereindringtiefe und über 20 N/mm² nach 28 Tagen getestet wurde und einem L-tr10 von 0,181 W/mK (L-r von 0,2). Es ist also bevorzugt, das Volumen der Leichtzuschläge so zu senken, dass 50 mm Wasserendringtiefe nicht überschritten werden und besonders bevorzugt nicht 30 mm.
Da der Zementgehalt in einem bevorzugten Bereich von 260 bis 300 kg/m³ und aus bereits geschilderten Gründen bewußt niedrig angesetzt werden soll, ergeben sich Kornvolumina von unter 600 ltr. Im konkreten Fall von Anlage 1 541 ltr. Zum Vergleich: Normalbetone haben typisch 660 ltr. bis 700 ltr. Kornvolumen der Zuschläge.
Im Umkehrschluß gilt auch gegenüber der Rezeptur von Anlage 1, dass weitere Erhöhungen des Volumens von Leichtzuschlägen im genannten Verhältnis dazu führen, dass die Wärmeleitfähigkeit noch mehr sinkt. Wenn im konkreten Beispiel die Trocken-Wichte der Matrix 1,16 kg/ltr. beträgt und die Wichte der Leichtzuschläge 0,72 kg/ltr., dann ergibt jede 100 ltr. Volumenerhöhung der Leichtzuschläge eine Gewichtsersparnis von ca. (1,16 – 0,72) × 100 = 44 kg/m³.
Nach der Faustformel reduziert sich damit das zu erwartende L-R um 0,04 W/mK je 100 kg Differenz und damit um 0,018 W/mK je 100 ltr Volumenerhöhung des Leichtzuschlags.
Für Innenbauteile wird in DIN 1045-2 ein Mindest-Zementgehalt gefordert von 240 kg/m³, ein Wert, den man auch betontechnologisch ungern unterschreitet. Gegenüber den 280 kg/m³ von Anlage 1 ergibt dies eine näherungsweise Matrix-Volumen-Reduzierung von 14%, also 14% × 459 ltr = 66 ltr.
66 ltr. × 0,018 W/mK = 0,011 W/mK ist damit eine vernünftige untere baupraktische Grenze eines minimalen bevorzugten L-tr-10 von 0,0181 (Anlage 1) – 0,011 = 0,168 W/mK. Für Innenbauteile liegt dies noch voll innerhalb der EN 206-2/DIN 1045-2. Für Außenbauteile ist eine befriedigende Wassereindringtiefe durchaus (und je nach Zusatzmitteln) denkbar und gewollt, jedoch dann zumindest in Europa durch besondere bauaufsichtliche Genehmigungen zu überprüfen.
Weitere Unterschreitungen sind dann nur noch durch noch besser dämmende Leichtzuschläge wie Blähglas möglich, bevorzugt dann als Ersatz für den recht schweren Blähton-Sand. Hier kann wieder die 0,04 W/mK je 100 kg Faustformel für die Abschätzung der Wirkung dienen.
Was damit dann zu erreichen ist, wird an der Rezeptur gemäß Anlage 1 erläutert: ein ganz oder teilweiser Ersatz der Fraktion 0/4 durch Blähglas mag praktisch zu einer darstellbaren Gewichtsreduzierung von 100 kg/m³ führen. Die bereits oben zitierten L-r Werte von 0,168 könnten dann nochmals um ca. 0,04 unterschritten werden, also ist ein L-r von 0,128 ein Zielwert.
Da die isolierenden, einschaligen Bauteildicken bei gegebenen U-Werten praktisch linear von den L-r Werten abhängen, ist offensichtlich, welch dramatische Einsparung der Wanddicken durch hoch wärmedämmende Leichtzuschläge zu erwarten sind, mit allen Folge-Auswirkungen auf den Baubereich.
Anlage 1: Mischungsberechnung vom 16.5.2008 (Var. 2 1):
Anlage 1 zeigt eine Betonrezeptur mit ausschließlicher Verwendung von Liapor L und Liapor 3 Zuschlägen. Mit nur 1,22 bzw. 0,60 kg/m³ Kornwichte sind diese für Blähton besonders leicht. Wir erwarten eine Festigkeit von 24 N/mm² nach 56 Tagen und ein L-tr von 0,181.
Es wird mit dem CEM II/A-S 42,5 R ein gut verfügbarer Zement eingesetzt und mit dem „Monotherm-LP” ein Gemisch aus Microsilika und LP-Bildner.
Da 50 mm Wassereindringtiefe maximal sicher nicht überschritten werden, ist der Korrosionsschutz mit XC4 projektiert, erwartet werden jedoch < 30 mm mit dann entsprechend besseren Einstufungen.
Der Luftporengehalt liegt bei 22,5% die erwarteten Mikro-Luftporen bei etwa 4%.
Die gleiche Rezeptur ohne das Zusatzmittel ist haufwerksporig und fällt auseinander, läßt sich also nicht auf Baustellen verarbeiten. Ähnliche Rezepturen werden im Fertigteilbereich selten eingesetzt, wo schwere Walzenkonstruktionen den „Pfefferkuchen” zu Beton verdichten.
Eine ähnliche Rezeptur in Anlage 3 mit sogar 335 kg/m³ Zementgehalt, jedoch mit Schäumen als Zusatzmittel, ist bei der Wassereindringtiefe durchgefallen (d. h. >>> 50 mm).
Das Gewicht (Wasseranteil) wird sich unter Umgebungsfeuchte noch reduzieren.
Bemerkenswert ist die hohe Zielfestigkeit von 24 N/mm² nach 56 d, die wir durch die Microsilika erwarten.
Anlage 2
Diese Rezeptur wurde mit 30 mm Wassereindringtiefe sowie L-r = 0,181 W/mK getestet und wird nach 56 Tagen über 20 N/mm² erreichen. Die Wichte unter Umgebungsfeuchte betrug 850 kg/m³.
Hier ist als Zusatzmittel bereits der LP-Bildner zugegeben, der vor allem die gute Wassereindringtiefe gewährleistet.
Anlage 3
Diese Rezeptur ist mit einem Schaumbildner gefertigt und zeigt trotz guter Festigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit keinerlei Widerstand gegen Wassereindringen. Bemerkenswert ist, dass hier 335 kg/m³ Zement enthalten sind, über 300 kg/m³ also, was in Heft 321 als Untergrenze für eine dichte Zementsteinmatrix genannt wurde. Dies stellt sich hier als für den Korrosionsschutz unzureichend heraus und ist möglicherweise sogar der falsche Denkansatz überhaupt. Beton Mischrezeptur
Beton Mischrezeptur
Beton Mischrezeptur
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/104166 A2 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 1520 [0004]
DIN EN 1520 [0004]
DIN EN 1520 [0005]
DIN 1045 [0010]
Prüfnorm DIN EN 12390 T8 [0010]
Din 1045 [0011]
DIN 1045-2 [0011]
Din 1045-2 [0012]
DIN 1045 [0020]
DIN 1045-2 [0028]
DIN 1045-2 [0031]
DIN 4108 [0036]
DIN 1045-2 [0041]
DIN EN 206-1 [0042]
DIN 1045-2 [0042]
DIN 1045-2 [0046]
EN 206-2 [0047]
DIN 1045-2 [0047]

Claims

Wärmedämmender Beton mit Leichtzuschlägen bevorzugt, Blähton, dadurch gekennzeichnet, dass er als festigkeitserhöhendes Zusatzmittel Microsilica aufweist, eine Lambda-R Wärmeleitung von unter 0,25 W/mK und eine Mindestfestigkeit von über LB 8/9 nach DIN 1045-2 aufweist, bevorzugt von LB 12/13, und besonders bevorzugt von LB 16/18.
Wärmedämmender Beton nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Lambda-R Wärmeleitung unter 0,22 W/mK aufweist.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine maximale Wassereindringtiefe von maximal 50 mm, bevorzugt von unter 35 mm aufweist.
Wärmedämmender Beton nacheinem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass er eine Trocken-Wichte von unter 1,0 t/m³, bevorzugt unter 0,9 t/m³, bevorzugt über 750 kg/m³ aufweist.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Zementgehalt von mindestens 250 kg/m³, bevorzugt über 270 kg/m³ und/oder einem Maximalgehalt von 330 kg/m³ aufweist.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er nicht mehr als 20% Zumahlstoffe im Zement aufweist.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ein aufschäumendes Mittel aufweist, bevorzugt einen LP Bildner und/oder über 100 ltr. erzeugte Poren je m³ Festbeton aufweist bevorzugt über 180 ltr./m³, insbesondere bevorzugt einen Micro-Luftporengehalt von über 2,5 Vol.%, noch bevorzugt über 4%.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Matrix-Trockenwichte von maximal 1,3 t/m³, bevorzugt unter 1,25 t/m³ aufweist.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass er Microsilica in einer Menge nicht über 10 kg/m³, bevorzugt um die 5 kg/m³ aufweist.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil Siebdurchgänge unterhalb der A-Linie der Fuller Kurve um mindestens 30% reduziert ist, bevorzugt um mehr als 50% reduziert ist, bevorzugt durch Unterschreitung des Volumentanteils im Kornbereich unter 4 mm um mehr als 1/3, bevorzugt durch Unterschreitung um mehr als die Hälfte.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Größtkorn von über 8 mm aufweist, bevorzugt mit einem Volumenanteil von über 200 ltr./m³, und/oder einem Überkornanteil von über 20 mm von unter 40 ltr./m³ aufweist.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine gegen Flaschenrüttlerverdichtung sedimentationsstabil Viskosität aufweist.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Konsistenz von F4, bevorzugt F3 besitzt und oder eine minimale Konsistenz von F1, und besonders bevorzugt eine minimale Konsistenz F2.
Wärmedämmender Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ausschließlicher mit Blähton als Leichtzuschlag gebildet ist oder der Volumenanteil anderer Leichtzuschläge außer Blähton von unter 100 ltr./m³ beträgt.
Wärmedämmender Beton nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eingelegten Bewehrungsstahl aufweist, insbesondere gegen Korrosion nicht extra geschützten Stahl.
Wärmedämmender Beton, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Korrosionsschutzklasse mindestens XC2 aufweist, bevorzugt von XC3 und besonders bevorzugt von XC4.
Gebäudehülle mit einem wärmedämmenden Beton nach einem der vorherigen Ansprüche, bevorzugt frei von zusätzlichen Putzschichten an mindestens einer Seite und/oder frei von separaten Dämmschichten mit einem L-r von unter 0,10 W/mK.