DE202019103998U1

DE202019103998U1 - Frischbeton für die spritztechnische Betonverarbeitung

Info

Publication number: DE202019103998U1
Application number: DE202019103998.1U
Authority: DE
Original assignee: RAILBETON HAAS KG; Willi Jebok Maschb Baumaschinen oHG; Willi Jebok Maschinenbau Baumaschinen oHG
Current assignee: RAILBETON HAAS KG; Willi Jebok Maschb Baumaschinen oHG; Willi Jebok Maschinenbau Baumaschinen oHG
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2029-07-20

Abstract

Frischbeton für die spritztechnische Betonverarbeitung, mindestens enthaltend Zement, Gesteinskörnung und Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass der flugaschefreie Frischbeton eine Rohdichte im Bereich von 2000 kg·m^-3 bis 2400 kg·m^-3 und einen Anteil der Gesteinskörnung im Bereich von 800 kg bis 1500 kg je Kubikmeter Frischbeton aufweist, wobei Gesteinskörnung eine kontinuierliche Kornverteilung mit einem Körnungsexponent im Bereich von 0,3 bis 0,5 besitzt und die Korngrößen der Gesteinskörnung im Bereich von 0,1 mm bis 2,0 mm liegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Frischbeton, der sich zur spritztechnischen Verarbeitungen eignet, sowie Faserbetonelemente, die aus dem mit Kurzfasern angereicherten Frischbeton erhältlich sind.
Bekannt ist die Nutzung der Spritztechnik im Bausektor in Form der Spritzputztechnik unter Verwendung von Spritzmörtel oder zur Applikation von Spritzbeton im Tunnelbau. Grundsätzlich wird bei den Spritzverfahren zwischen Nass- und Trockenspritzverfahren unterschieden. Während beim Nassspritzen eine fertige (nasse) Mischung mittels einer Spritzdüse bzw. eines Injektors unter Zugabe von Luft und Erstarrungsbeschleunigern verspritzt wird, erfolgt beim Trockenstrahlen erst am Injektor die Wasserzugabe zur (trockenen) Mischung.
Der grundlegende Stand der Technik in Bezug auf Zusammensetzungen von Beton bzw. Spritzbeton geht aus den Normen DIN EN 206-1 und DIN 18551 hervor.
Eine spritztechnisch verarbeitbare Betonzusammensetzung ist beispielsweise in WO 2014/009417 A1 beschrieben. Demnach erfolgt das Nassspritzen des Spritzbetons unter Verwendung von modifizierter und/oder chemisch derivatisierter, natürlicher oder biotechnologisch hergestellter Stärke, gegebenenfalls in Mischung untereinander und mit als Baustoffzusatzmittel bekannten Additiven als Zusatzmittel, wobei das Zusatzmittel im Bereich einer den Spritzbeton abgebenden Düse in einen den wässrigen Beton transportierenden Druckluft-Förderstrom eingebracht wird.
DE 697 18 705 T2 offenbart ein Verfahren zum Spritzen von Beton, welches unter Zugabe eines nicht-kaustischen Beschleunigers zur Zementzusammensetzungen durchgeführt wird.
Eine fließfähige Zementmischung, die sich insbesondere auch für die spritztechnische Verarbeitung von Faserbeton eignet, ist aus DE 43 24 334 A1 bekannt. Demgemäß wird Beton oder Mörtel modifiziert, indem man einerseits ein wasserlösliches Polyalkylenoxid und andererseits ein Fließmittel einsetzt.
Die am Markt verfügbare Spritztechnik zur Herstellung von Faserbetonelementen erfordert im Regelfall den Einsatz kostenintensiver Hochleistungsmischungen. Im Regelfall enthalten bekannte Betonzusammensetzungen Anteile an Flugasche und/oder Mikrosilica sowie Verzögerer, die sich je nach Anwendung unterscheiden.
Die Eigenschaften der Betonzusammensetzungen variieren in Bezug auf Zementart und -menge, Gesteinskörnungen, d. h. deren Menge, Korngröße, Kornform und chemische Bestandteile, und Zusätze zum Teil stark - je nach regionaler Verfügbarkeit dieser Bestandteile und den Eigenschaften der verwendeten Ausgangsstoffe. Insbesondere die Verwendung von Flugasche führt zu starken Qualitätsschwankungen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Frischbeton bzw. eine Frischbetonzusammensetzung bereitzustellen, der bzw. die eine kostengünstige spritztechnische Verarbeitung mit langer Verarbeitungsdauer ermöglicht und sich insbesondere für die spritztechnische Herstellung von komplexen dünnwandigen Freiformelementen aus Faserbeton eignet.
Diese Aufgabe wird durch einen Frischbeton mit den kennzeichnenden Merkmalen nach dem Anspruch 1 gelöst; zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 aufgeführt. Ein Faserbetonelement, welches aus dem mit Kurzfasern angereicherten Frischbeton erhältlich ist, beschreibt Anspruch 15.
Der Frischbeton bzw. die Frischbetonzusammensetzung enthält offenbarungsgemäß mindestens Zement, Gesteinskörnung und Wasser. Zusatzstoffe und/oder Zusatzmittel können zur Modifikation der Verarbeitungs- und späteren Produkteigenschaften beigefügt sein. Die Bezeichnung Frischbeton schließt vorliegend die Bezeichnung Frischmörtel ein.
Nach Maßgabe der Erfindung ist der Frischbeton ein flugaschefreier, vorzugsweise verzögererfreier Frischbeton mit einer Rohdichte im Bereich von 2000 kg·m^-3 bis 2400 kg·m^-3. Er weist einen Anteil der Gesteinskörnung im Bereich von 800 kg bis 1500 kg je Kubikmeter Frischbeton auf, wobei die Korngrößen der Gesteinskörnung im Bereich von 0,1 mm bis 8,0 mm, bevorzugt im Bereich von 0,1 mm bis 2,0 mm, liegen. Die Gesteinskörnung besitzt eine kontinuierliche Kornverteilung mit einem Körnungsexponent im Bereich von 0,3 bis 0,5., d. h. die Gesteinskörnung ist möglichst frei von Ausfallkörnungen. $A (d) = {(\frac{d}{d_{max}})}^{q}$
Vorzugsweise liegt die Kornverteilung der Gesteinskörnung nahe der Siebline B nach DIN 1045-2; dies entspricht einem Körnungsexponent von ca. 0,35.
Der erfindungsgemäße Frischbeton ist - infolge Beschränkung der Bestandteile und der Auswahl der Gesteinskörnung - unempfindlich gegenüber regionalen Unterschieden der Ausgangsstoffe.
Zudem kann die Frischbetonzusammensetzung - innerhalb der vorgegebenen Grenzen - flexibel an spritztechnische Aufgaben (insbesondere beim Faserbetonspritzen) angepasst werden. Diese Anpassung erfordert - auch für Erstanwender - kaum bzw. keine Optimierungen im Produktionsprozess.
Der Frischbeton eignet sich insbesondere für die spritztechnische Herstellung von Faserbetonelementen mittels des sogenannten Doppelstrahlverfahrens, bei dem das Spritzen eines Beton-Luft-Gemisch in Form zweier sich verbreiternder bzw. sich erweiternder, überlappender Beton-Luft-Strahlen erfolgt, wobei ein Kurzfaser-Luft-Gemisch in Form eines Kurzfaser-Luft-Strahls zentrisch in den Überlappbereich der beiden Beton-Luft-Strahlen zugeführt und von diesen unter Ausbildung des Beton-Kurzfaser-Luft-Gemisches eingeschlossen wird.
Zudem zeichnet sich der Frischbeton durch einen langen Verarbeitungszeitraum, in dem der Frischbeton noch kein Erstarrungsverhalten zeigt, von über 40 Minuten und eine geringe Mischzeit nach Zugabe aller Trocken- und Flüssigkomponenten von weniger als 5 Minuten aus. Die Verarbeitung erfolgt in der Regel mit Intensivmischern.
Die Herstellung des Frischbetons ist auch mittels Mischanlagen mit geringem Aufschluss, zum Beispiel mit Schwerkraftmischern, Zwangsmischern oder manuell mittels Mörtelkübel und Quirl, durchführbar.
Der Frischbeton liegt nach Verarbeitung im Zwangsmisch- oder Intensivmischverfahren als eine entmischungsfreie, pumpbare Masse vor, die sich durch ein niedriges Rückprallverhalten, eine hohe Klebrigkeit, eine geringe Segregation sowie eine hohe Grünstandfestigkeit nach dem Materialaustrag mittels Nassspritzverfahrens auszeichnet.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der Zement des Frischbetons ein Portlandzement (CEM I), ein Portlandkompositzement (CEM II) und/oder ein Hochofenzement (CEM III), wobei verschiedene Festigkeitsklassen (32,5; 42,5; 52,5) zum Einsatzkommen können; besonders bevorzugt kommt Portlandzement (CEM I) zum Einsatz.
Weiterhin kann der Frischbeton als Zusatzstoff Mikrosilica (Silikastaub) und/oder Gesteinsmehl zur Verbesserung der Pumpbarkeit enthalten. Bei Zusatz von Gesteinsmehl liegt dessen Anteil vorzugsweise im Bereich 100 kg bis 300 kg je Kubikmeter Frischbeton. Das Gesteinsmehl als ressourcenschonender Sekundärrohstoff ist insbesondere zur teilweisen Substitution des Mikrosilica-Anteils - in der entsprechenden Menge - vorgesehen.
Der Frischbeton weist vorzugsweise eine plastische bis fließfähige Konsistenz auf. Insbesondere ist der Frischbeton bzw. die Frischbetonzusammensetzung so eingestellt, dass dieser ein Setzmaß nach DIN EN 1015-3 im Bereich von 350 mm bis 410 mm und/oder ein Ausbreitmaß nach DIN EN 1015-3 im Bereich von 15 mm bis 25 mm aufweist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Gesteinskörnung bevorzugt abgerundete Körner auf. Sie besitzt zudem eine möglichst hohe Packungsdichte.
Der Mehlkornanteil des Frischbetons liegt vorteilhafterweise im Bereich von 500 kg bis 1200 kg je Kubikmeter Frischbeton, vorzugsweise von 700 kg bis 1200 kg je Kubikmeter Frischbeton.
Durch die Einstellung des Mehlkornanteils, u. a. mittels der Zusatzstoffe, und die Einstellung der Konsistenz wird die Pumpbarkeit verbessert und es werden Segregationseffekte beim Pumpen vermieden.
Ferner kann der Frischbeton Kurzfasern enthalten, wobei deren Anteil im Frischbeton im Bereich von 0,1 Vol.-% bis 5 Vol.-% liegt. Die Kurzfasern können zum Beispiel beim Spritzen zugegeben werden. Als Kurzfasern eignen sich vor allem alkaliresistente Glasfasern, Carbonfasern und/oder Basaltfasern. Die Faserlänge einer der Kurzfasern liegt im Vorzugsbereich von 5 mm bis 50 mm.
Vorzugweise dient der die Kurzfasern enthaltende Frischbeton zur Herstellung von Faserbetonelementen. Faserbetonelemente, die nach Aushärtung aus diesem Frischbeton erhältlich sind, zeichnen sich durch hohe Festigkeiten aus. Insbesondere beträgt die Druckfestigkeit über 80 MPa und/oder die Biegezugfestigkeit über 10 MPa.
Im Rahmen der spritztechnischen Verarbeitung werden die Kurzfasern dem Frischbeton beim Verspritzen im Injektor zugegeben. Die Steuerung der Kurzfaserbeigabe ermöglicht die Modifikation der Frischbetonzusammensetzung während des Spritzprozesses. So können faserfreie Gel-Coat-Schichten für Sichtbeton, Schichten ohne Faserbeimengung für nicht biegebeanspruchte Zonen oder kurzfaserbewehrte Schichten, insbesondere solche mit 5 mm bis 50 mm langen Kurzfasern und einem Anteil im Bereich von 0,1 Vol.-% bis 5 Vol.-%, in kurzer Abfolge beim Betonspritzen erzeugt werden.
Der offenbarungsgemäße Frischbeton zeichnet sich in diesem Zusammenhang auch dadurch aus, dass unabhängig von der Beimengung an Kurzfasern zum Frischbeton, die sonst übliche Anpassung des Zementleimanteils an die Kurzfasermenge bzw. die Hydratationswärme durch Einstellung der Bindemittelgehalte und des Wasserzementwertes (w/z-Wert) entbehrlich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/009417 A1 [0004]
DE 69718705 T2 [0005]
DE 4324334 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 206-1 [0003]
DIN 18551 [0003]
DIN EN 1015-3 [0022]

Claims

Frischbeton für die spritztechnische Betonverarbeitung, mindestens enthaltend Zement, Gesteinskörnung und Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass der flugaschefreie Frischbeton eine Rohdichte im Bereich von 2000 kg·m^-3 bis 2400 kg·m^-3 und einen Anteil der Gesteinskörnung im Bereich von 800 kg bis 1500 kg je Kubikmeter Frischbeton aufweist, wobei Gesteinskörnung eine kontinuierliche Kornverteilung mit einem Körnungsexponent im Bereich von 0,3 bis 0,5 besitzt und die Korngrößen der Gesteinskörnung im Bereich von 0,1 mm bis 2,0 mm liegen.
Frischbeton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement des Frischbetons ein Portlandzement, ein Portlandkompositzement und/oder ein Hochofenzement ist.
Frischbeton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Zusatzstoff Mikrosilica enthält.
Frischbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Zusatzstoff Gesteinsmehl enthält.
Frischbeton nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Gesteinsmehl im Bereich 100 kg bis 300 kg je Kubikmeter Frischbeton liegt.
Frischbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine plastische bis fließfähige Konsistenz aufweist.
Frischbeton nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Setzmaß nach DIN EN 1015-3 im Bereich von 350 mm bis 410 mm aufweist.
Frischbeton nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Ausbreitmaß nach DIN EN 1015-3 im Bereich von 15 mm bis 25 mm aufweist.
Frischbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinskörnung abgerundete Körner und ein hohe Packungsdichte aufweist.
Frischbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Mehlkornanteil im Bereich von 500 kg bis 1200 kg je Kubikmeter Frischbeton.
Frischbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser verzögererfrei ist.
Frischbeton nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner Kurzfasern enthaltend, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Kurzfasern im Frischbeton im Bereich von 0,1 Vol.-% bis 5 Vol.-% liegt.
Frischbeton nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfasern alkaliresistente Glasfasern, Carbonfasern und/oder Basaltfasern sind.
Frischbeton nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzfasern eine Faserlänge jeweils im Bereich von 5 mm bis 50 mm aufweisen.
Faserbetonelement, erhältlich nach Aushärtung von Frischbeton nach einem der Ansprüche 11 bis 13.