DE2405913B2

DE2405913B2 - Fuellmasse oder baumaterial aus beton oder einem anderen sich verfestigenden traegermaterial

Info

Publication number: DE2405913B2
Application number: DE19742405913
Authority: DE
Inventors: Alan; Hymers William; Chelmsford Essex Freeman (Großbritannien)
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1973-02-07
Filing date: 1974-02-07
Publication date: 1976-10-07
Also published as: FR2216244A1; GB1445611A; NO142906C; CA1025201A; CH584665A5; DE2405913A1; NO740400L; JPS5427851B2; NL177483C; US3962142A; IT1004885B; JPS49111931A; NL7401623A; NO142906B; FR2216244B1; AU6522074A

Description

Die Erfindung betrifft eine Füllmasse oder ein Baumaterial aus Beton oder einem anderen sieh verfestigenden Trägermaterial mit daruntergemischiem elektrisch leitendem, vorzugsweise kohlenstoffhaltigem Material.

Derartige Füllmassen oder Baumaterialien sind aus der US-PS 33 01 799 bekannt. Bei diesem bekannten Baumaterial aus Beton, bei dem es sich speziell um Zement zur Herstellung von F.rdungsverbindungen handelt, wird dem Zement Acetylenruß beigegeben, um tue erforderliche elektrische Leitfähigkeit zu erhalten. Nachteilig bei diesem bekannten Baumaterial ist jedoch, daß die Mischung von Zement mit Acetylenruß sehr kritisch ist. da ein übermäßiges Mischen ein..:: /.usammenbruch der Struktur verursacht und die elektrische Leitfähigkeit zerstört, während ein un/ürji chendcs Mischen /u einen". Material führ., das JL Anforderungen hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit nicht erfüllt. Außerdem ist ungünstig, daß sich Jure!. Jic Beigabe einer /ur Frziclung der benötigten elektrischen Leitfähigkeit ausreichenden Menge an Acetylenruß eine Verringerung der mechanischen 913

Festigkeit des Baumaterials ergibt, die häufig nicht in Kauf genommen werden kann.

Diese Nachteile sind derart gravierend, daß in dieser ■US-Patentschrift vorgeschlagen wird, für Erdungsverbinuungen einen Zuschlagstoff für Zement zu verwenden, der aus einer kolloidalen Dispersion vor» Graphit, insbesondere in Latexgummi besteht. Ein derartiges Vorgehen führt aber wiederum zu einer beträchtlichen Erhöhung des Aufwands und überdies zu keiner Beseitigung der vorhandenen Nachteile hinsichtlich der mechanischen Festigkeit des Baumaterials.

Zur Herstellung von Erdungsverbindungen ist es auch bekannt, eine Elektrode in einen runden Hohlraum zu stecken, der dann mit einer elektrisch leitenden Füllmasse aufgefüllt wird, wob-.-i diese Füllmasse einen Elektrolyten darstellt und sich demgemäß eine als lonenleitung zu bezeichnende elektrische Leitfähigkeit ergibt. Bei derartigen Erdungsverbindungen, die im allgemeinen als »chemische Erdungen« bezeichnet werden, ist Voraussetzung, daß die Füllmassen ^feucht sind und bleiben. Daraus ergibt sich auch bereits der entscheidende Nachteil dieser Erdungsverbindungen, der dann zu sehen ist. daß nach erfolgter und praktisch kaum zu verhindernder Austrocknung der Füllmasse die Erdung unbrauchbar w ird.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Füllmasse oder ein Baumaterial der eingangs angeführten Art zu schaffen das äußerst wirtschaftlich herzustellen ist. im praktischen Einsatz seine Eigenschaften im wesentlichen nichi verändert und eine besonders gute Leitfähigkeil gewährleistet, ohne daß Einbußen hinsichtlich dct Festigkeit der Füllmasse oder des Baumaterials in Kanl genommen werden müssen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung d.idurel gelöst, daß das elektrisch leitende Material so klassier ist. als ob es ein normaler in eine Grundbetonmisehunt einzuführender Zuschlag w äre.

Überraschenderweise wird durch diese Maßnahme praktisch ohne Einbußen hinsichtlich der mechanische! Festigkeit ein Material erhalten, dessen spezifisch Widerstandswerte wesentlich unter 10 Ohm cm liegei und sogar kleiner als I Ohm cm sein können.

Vorzugsweise ist die Klassierung des eleklrisel leitenden Materials derart gewählt, daß das Spcktrun der Größen innerhalb der äußersten Grenzwerte de kombinierten Spezifikationen der britischen Norm 882 der deutschen Norm DIN 1045 und der amcrikanischei Norm ASTM C33 liegt.

Füllmassen oder Baumaterialien nach der Erfinduiij haben einen breiten Anwendungsbereich. Sie könnet z. B. für die Herstellung von Eidungsverbindungen fü Radioantennen, Encrgieerzeugungsanlagen, industnelli Anlagen usw. verwendet werden. Auch im Zusammen hang mit Gebäudewänden, welche abschirmend' Eigenschaften besitzen sollen, sind derartige Baumalen alien von Bedeutung. Weitere vorteilhafte Anwcn dungsfällc sind die Schaffung von antistatische Fußböden in Gebäuden und die Herstellung vo Blitzableitern für Gebäude, wobei ein Abschnitt der sie bis /ur vollen Höhe des Gebäudes erstreckenden Wan .ms einem erfindiingsgemäßcn Baumaterial hergestel! vjin kann.

Ausfiihrungsbeispicle de: Erfindimg werden ir .olgcüJen unter Bezugnahme auf die Zeichnung nähe erläutert; in der Zeichnung /eigen

I■ i g. 1 bis 6 verschiedene nationale Normen für di Klassierung von Teilchengröße!) konventionelle Zuschlagsstoffe,

Fig. 7 eine Darstellung der Spektrumsgrenzwerte der britischen Norm 882, der DIN 1045 und der JS-Norm ASTM C33,

F i g. 8 eine Tabelle von Beispielen von klassiertem Zuschlag aus kalziniertem Ölkoks, der dem sich verfestigenden Material zugesetzt werden kann,

Fig. 9(A-C) eine Zusammenstellung eines Berich tes über Normfestigkeitsuntersuchiingen an einem Baumaterial gemäß Beispiel 7 aus F i g. 8 und

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der elektrischen Eigenschaften eines weiteren Baumaterials gemäß der Erfindung.

Auf dem konventionellen Gebiet der Bctonhcrstellung ist es Dekannt, den Zuschlag zu dem Zemempulver klassiert zuzumischen, um die Zwischenräume zwischen den Zuschlagteilchen zu vermindern, so daß eine maximale mechanische Festigkeit erhalten wird.

Es gibt auch international anerkannte Nonnen, nach * eichen das Spektrum der Teilchengröße, über das der Zuschlag für eine vorgegebene mechanische Festigkeit klassiert sein sollte, bestimmt werden kann.

Die Γ i g. 1 bis b erläutern die Empfehlungen für das klassieren von Zuschlagicilehengrößen gemäß der britischen Norm BS 882, Zone 1 (Fig. 1). britische Norm BS 882, Zone 2 (F i g. 2), britische Norm BS 882. Zone i (I ig. 3). britische Norm BS 882. Zone 4 (Fig. 4). deutsche Norm DIN 1045 (F i g. 5) sowie amerikanische NorniASTMC3J(Fig.6).

In diesen Diagrammen sind jeweils die oberen und unteren Grenzen des Spektrums gezeigt, wobei ein Zuschlag diese Normen erfüllt, wenn seine Spektrumslinie /wischen diesen Grenzen zu liegen kommt.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine /ementhaltige Masse einen Zuschlagsstoff, der aus leitfähigen Teilchen besteht — in den aufgeführten Beispielen kalzinierter Ölkoks — welche so klassiert sind, «ils ob sie ein normaler, in eine Grundbetonmischling einzuführender Zuschlag waren.

Durch Anwendung der Prinzipien des Klassierens aul kalzinierten Ölkoks ergeben sich η ich ι nur Betonarten, welche eine zufriedenstellende mechanische Festigkeit besitzen, sondern welche ebenfalls einen extrem niedrigen Widerstand aufweisen, normalerweise wenigstens mit so niedrigen Werten wie 2 Ohm · cm.

Obwohl gelim.ien wurde, daß die besten Ergebnisse durch Klassieren des kalzinierten Ölkoks in Übereinstimmung mit einer oder mehreren der obenerwähnten Normen erhalten werden, da hierdurch maximale Festigkeit und minimaler elektrischer Widerstand erzielt werden können, kann der kalzinierte Ölkoks auch über ein Spektrum von Teilchengrößen klassiert sein, welches außerhalb der oben diskutierten Empfehlungen liegt, falls /.. B. das Baumaterial als Estrich oder Rohbewurf verwendet werden soll, bei weichem die mechanische Festigkeit nicht von überragender Wichtigkeit ist. Das Klassieren der Teilchengrößen dos kalzinierten Ölkokses über ein Spektrum von Teilcheniiiößen, welches eine Verteilung von Teilchengrößen niclii m Übereinstimmung mit einer der nationalen Normen ergibt, kann, wie gelundcn wurde, dennoch eine vorteilhafte Verminderung des spezifischen Widerstandes ergeben, im Vergleich z. B. mit einem Beton, der lh; zugesetztes leitfähiges Material mit gleichartig; leiii i-.engröße enthält.

In der F i g. 7 sind die Spcktrumsgreii/werte dei BS b82. der DIN 1045 und der ASTM CiS /.i.sümmen in einem Diagramm dargestellt. Für eine z.ulriedenstellende mechanische Festigkeit und einen zufriedenstellenden niedrigen Widerstand kann es als ausreichend angesehen werden, die Teilchengrößen des kalzinierten Ölkokses über ein Größenspektrum zu klassieren, welches irgendwo innerhalb der äußersten Grenzwerte der in der F i g. 7 dargestellten, kombinierten Spezifikationen bzw. Normen fällt.

Im folgenden werden spezifische Beispiele von Zuschlagstoffen betrachtet, die aus kalzinierten Ölkoks- teilchen bestehen, welche eine Größenverteilung zwischen relativ großen und relativ kleinen Teilchen besitzen.

Beispiel 1

Es wurde eine Menge von Ölkoks verwendet, deren Teilchengrößen von 0,i52mm bis 0.9525mm sortiert waren. Teilchen mit Nenngrößen von 0,15 mm. OJ mm. 0,6 mm, 1,2 mm. 2,5 mm, 4,8 mm und 9.5 mm waren in den folgenden Prozentsätzen, in Gewicht, welche durch Siebe entsprechend der britischen Norm BS 410 hindurchiraten, vorhanden.

C,roUe(BS41üSiebyroUe)

9.)	mm
4.H	mm
2,5	mm
1.2	mm
0.6	min
0.3	mm
0.1	5 mm

Ciew	.-"/».dun	htretenil
BS4i0-SiL-h
du re
i00
90
5b
25
12	5
5
1.

Der so gebildete Zuschlag weist, wie sich .ms der rechten, voll ausgezogenen Linie in dem Diagramm der F i g. 7 ergibt, ein Spektrum von Teilchengrößen aul. welches an der Grenze der kombinierten, empfohlenen Normen liegt. Falls zu gewohnlichem Portlandzement eine Menge dieses klassierten Zuschlages aus kalziniertem Ölkoks hinzugegeben wird, der z. B. 25"/o. in Trockengewicht, des Zements gleich ist, zusammen mit einer Wassermcrge, welche 20°/» in Trockengew icht der Feststoffe gleich ist, ergibt sich ein Beton, der eine gute mechanische Festigkeil und einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzt, der jedoch mehl alle nationalen Normen erfüllt.

Beispiel 2

Eine Ölkoksmcnge mit Teileheiigrößen, klassiert wil in Beispiel I, wurde zusammengestellt, wobei jedoch tlit Teilchengrößen in den folgenden Prozentsätzen ir Gewicht vorlagen, welche durch Siebe der britischer Norm BS 410 hindurchiraten:

(US 410Siebgiöße)

9,5	mm
4,8	mm
2.5	mm
1,2	mm
O.b	mm
0.3	mm
0.1	:j mm

Gew.-%.duiY BS 410-Sieb
durchtretend

100
100
100

20

Der so gebildete Zuschlag weist, λ ic sich .ms tie linken, voll ausgezogenen Linie ties Diagramms de

F i g. 7 ergibt, ein Teilchengrößenspektrum auf, welches innerhalb der Grenzwerte der empfohlenen britischen Norm liegt, jedoch nicht vollständig innerhalb der Grenzwerte der kombinierten, durch die F i g. 7 dargestellten Normen. Wiederum ergibt sich ein Beton, falls dieser Zuschlag mit Zement und Wasser entsprechend Beispiel 1 vermischt wird, der gute mechanische Festigkeit und niedrigen elektrischen Widerstand besitzt, der jedoch nicht alle nationalen Normen erfüllt.

Diese Beispiele 1 und 2 können in unterschiedlichen Prozentsätzen miteinander vermischt werden, um Spektren vor. Teilchengrößen zu liefern, welche zwischen den zwei ursprünglichen Spektren liegen. Dies wird in der in der F i g. 8 gezeigten Tabelle erläutert, welche unterschiedliche Mischungen der Beispiele 1 und 2 zeigt. Diese Mischungen ergeben die Beispiele 3 bis 11.

Die Beispiele 3 bis 11 könnten natürlich auch direkt zusammengestellt werden. Oftmals ist es jedoch einfacher. Proben eines vorgegebenen Kokszuschlages zu analysieren und die verschiedenen Zuschläge in der in der F i g. 8 gezeigten Weise miteinander zu kombinieren.

Wie sich hieraus ergibt, erfüllen die Beispiele 3 bis 11 in tier F i g. 8 die britische, deutsche und amerikanische NiMHi u ic folgt:

Beispiel	BS882	DIN 1045	ASTM CiJ
3	Zone 3	nein	nein
4	Zone 3	nein	nein
5	Zone 2	nein	ja
b	Zone 2	ja	ja
7	Zone 2	ja	ja
8	—	ja	ja
9	Zone 1	ja	ja
10	Zone 1	ja	nein
11	Zone 1	ja	nein

30

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Um die strukturelle Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Betonarten zu zeigen, wurde eine .Standardreihe von Untersuchungen an verschiedenen Mischungen eines Betons durchgeführt, der aus gewöhnlichem Portlandzement (O.P.C.) und einem Zuschlag aus kalziniertem Ölkoks gemäß dem oben aufgeführten Beispiel 7. d. h. einem Kokszuschlag, der die BS 882 Zone 2 erfüllte, und Wasser hergestellt w orden war.

Die Zusammensetzung dieser drei Bctonarten und die Lrgcbnisse dieser Standarduntersuchungen sind in der in F i g. 9 enthaltenen Tabelle zusammengestellt. Wie sich hieraus ergibt, enthalten die Betonsorten 9 bis 12 in F i g. 9 kleine Mengen von Acetylenruß. Wie sich hieraus ergibt, bestand der Zuschlag in jedem Falle lediglich aus leitfähigen Teilchen aus Acetylenruß und/oder kalziniertem Ölkoks. Keine konventionellen Zuschlagmaterialien bildeten einen Teil des Zuschlages.

In der Tabelle der Fig. 9 bedeulen-N/mm-¹ = 10.2kg/cm2 = 145,5 Ibf/in*.

In allen Fällen wurden sehr niedrige Werte für den

s;k /."«.vhcsi Widersic^d erhalten. So wurden beispielsweise im Fall der Mischungen 2.4, 5,6. 7.8 und 12. die in der F i g. 9 aufgeführt sind, zumindest so niedrige Werte des spezifischen Widerslandes wie 2 Ohm ■ cm beobachiei.

In allen Füllen wurde gefunden, daß die erhaltenen Werte des spezifischen Widerstandes sehr stabil waren. Im I all eines Betons gemäß Beispiel 7 zeigte der Beton z. B. einen spezifischen Anfangswiderstand von 0.52 Ohm ■ cm. gemessen bei 300 Hz, der auf 0,62 Ohm cm nach 150 Stunden nach dem Hartwerden anstieg, und während der nachfolgenden 2000 Stunden zwischen

ίο einem Maximalwert von 0,66 Ohm · cm und einem Minimalwerl von 0,61 Ohm · cm variierte.

Ein weiteres Beispiel eines gleichartigen Betons wurde thermischen Untersuchungen unterworfen. Hierbei wurde gefunden, daß er eine spezifische Wärme von 2,77 kcal/kg°C für eine maximale Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 70°C/sec, eine Stromdichte von 24.8 A/cm² und einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes in der Größenordnung von 0.16%/ C aufwies, wie dies auch durch das Diagramm der Fig. 10 dargestellt ist.

Wenn Koks mit klassierter Teilchengröße nicht direkt von einer Rohöl destillierenden Firma erhältlich ist. können natürlich größere Koksteilchen in an sich bekannter Weise zerkleinert werden.

Im folgenden werden die F i g. 11 und 12 der Zeichnung näher erläutert, wobei die Fig. 11 eine teilweise geschnittene Ansicht einer elektrisch leitfähigen Struktur, in diesem Falle einer Erdungsverbindung ist und die Fig. 12 einen Schnitt längs der Schnittlinie A-A von F i g. 11 darstellt.

Bei den F i g. 11 und 12 soll ein Leiter 1 mit der Erde verbunden werden. Um dies zu bewerkstelligen, wird der Leiter 1 durch Nieten oder Schweißen mit einer Kupferplattcnclektrode 2 verbunden, welche in einer Masse aus Beton 3 eingebettet ist, die einen (nicht dargestellten) Hohlraum, der in der Erdoberfläche ausgebildet wurde, ausfüllt. Die Betonmasse 3 wird gemäß Beispiel 7 in der Tabelle der Fi g 9 angesetzt

Um die in bestimmten Fällen vorhandene Möglichkeit des Eindringens von Feuchtigkeit in die Betonmasse herabzusetzen, wodurch eine elcktrolytische Reaktion z\\ isehen dem leitfähigen Material der Plattenelektrode 2 und den lcitfähigen Teilchen in der Betonmasse 3 hervorgerufen werden könnte, sind die Plattenelektrode 2 und ein Teil des Leiters 1. wo er mit der Elektrode 2 verbunden ist. durch eine relativ kleine Masse aus Beton 4 eingekapselt. Die Betonmasse 4 besteht ebenfalls aus der Mischung entsprechend Beispiel 7 der F i g. 9. wobei dem Gemisch jedoch ein wasserdichtmachendes Mittel zugesetzt wurde.

Ferner wäre es auch möglich, ein wasscrabdichtcndc; Mittel in die größere Masse 3 aus Beton einzugeben unc die einkapselnde Schicht 4 wegzulassen. Die Verwendung einer einkapselnden Schicht, wie der Schicht 4, ir welche die Plattenelektrode 2 in einer Vorstuff eingesetzt wird, ist jedoch oft einfacher durchzuführen. Der die Masse 3 bildende Beton enthält al« Expandiermittel oder Treibmittel Aluminiumpulver, da; in einer Menge von 8 g/kg des trockenen Zementpul vers hinzugesetzt wurde, wodurch jede Neigung de= Betons 7,'jm Äbschrumofcn von den Wänden ·:!·■-■ Hohlraums in der Erdoberfläche beim Erhärier vermieden wird.

Hierzu I ^ Blatt /eichininiicn

Claims

24 Patentansprüche:

1. Füllmasse oder Baumaterial aus Beton oder einem anderen sich verfestigenden Trägermaterial mit daruntergemischtem elektrisch leitendem, vorzugsweise kohlenstoffhaltigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Materia! so klassiert ist, als ob es ein normaler in eine Grundbetonmischung einzuführender Zuschlag to wäre.

2. Füllmasse oder Baumaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Zuschlag aus Teilchen einer solchen Größenverteilung besteht, daß die Neigung der graphischen Darstellung des logio des Prozentsatzes de,· durch die verschiedenen Siebe hindurchiretenden Teilchen gegen den logio der Maschengröße in Mikron dieser Siebe im Bereich von 0,35 bis 0,65 liegt.

3. Füllmasse oder Baumaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klassierung des elektrisch leitenden Materials derart gewählt ist, daß das Spektrum der Größen innerhalb der äußersten Grenzwerte der kombinierten Spezifikationen der britischen Norm 882. der deutschen Norm DIN 1045 ;s und der amerikanischen Norm ASTM C'33 oder deren Äquivalenten liegt.

4. Füllmasse oder Baumaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschlag aus Teilchen mit einer solchen Größenverteilung besteht, daß das Spektrum der Größen vollständig innerhalb einer für konveniionelle Zuschlagsstoffe geltenden nationalen Norm liegt.

5. Füllmasse oder Baumaterial .lach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichtict, daß das elektrisch leitfähige Material wenigstens 20 Gew.-% des Feststoffgehaltes bildet, berechnet auf Trockengewichtsbasis der erhärtbai en Masse.

6. Füllmasse oder Baumaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- \o net, daß das elektrisch leitfähige Material kalzinierter Ölkoks ist.