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Seewasserfester Beton Die Erfindung betrifft seewasserfesten Beton
und daraus hergestellte Formkörper, wie Betonsteine, sowie das Verfahren zur Herstellung
des Betons.
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Bei Beton, der Seewasser ausgesetzt ist, ergeben sich insbesondere
Probleme hinsichtlich der Haltbarkeit. Dies gilt insbesondere in der sogenannten
Wechselwasserzone, also in dem Bereich, der zeitweilig von Wasser überspült und
dann wieder der Luft ausgesetzt ist. Hier besteht in besonderem Maße die Gefahr
chemischer Veränderung des Betons, was sich z. B. durch Ausblühen zeigen kann, und
zu Zerstörung des Betons führen kann. Dieses .Problem existiert z. B. bei Deichsteinen,
bedingt durch Ebbe und Flut, aber auch bei sonstigen Betonbauten oder Betonfundamenten,
die der Wirkung der Gezeisten oder von Wellenschlag ausgesetzt sind. Das Problem
wird durch die zusätzliche Wirkung von Frost noch vergrößert.
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Es gibt zahlreiche Vorschläge zur Lösung dieses Problems, wobei man
vor allem davon ausging, den Beton möglichst dicht zu machen, so daß keine Poren
vorliegen, in welche Wasser eindringen könnte, um chemische Veränderungen oder Frostbeschädigungen
hervorzurufen (vergleiche Ullmanns Encyclopädie der technischen Chemie, 3. Auflage,
Band 4, Seite 220).
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch dabei, insbesondere in der sogenannten
Wechselzone, durch die immer wiederkehrende Austrocknung im ständigen Wechsel mit
einer Wiederanfeuchtung die Bildung von Schädigungssalzen nicht vermieden werden
kann, die dann auskristallisieren und es zur Sprengwirkung und damit Schädigung
im betroffenen Bauwerk kommt. Selbst wenn die Sättigungsgrenze nicht erreicht wird,
wird allmählich das Bindemittel herausgelöst.
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Meerwasser enthalt neben den Alkalichloriden den am stärksten schädigenden
Anteil Magnesiumsulfat, wobei die Schädigungsgrenze bei etwa 200 mg MgO/1 sowie
bei 200 mg 504/1 liegt.
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In Betonbauteilen werden durch Einziehen des hindurchsic ernden Meerwassers
das freie Alkali in Form von Lalk und Calciumhydroxid ausgewaschen und schädigende
Salze angelagert, z. B.
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Magnesiumsulfat.
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Aufgabe der Erfindung ist nun eine Betonzusammensetzung sowie das
Verfahren zur Herstellung dieses Betons, die es ermöglichen, daß betonierte Formsteine
sowie im Ortbeton hergestellte Betonflächen bessere Eigenschaften aufweisen und
sie meerwasserbeständig sind, und zwar insbesondere auch in der Wechsel-Zone.
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Es wurde gefunden, daß dies dann möglich ist, wenn a) als Zuschlagstoff
ein chemisch inertes Material, insbesondere Basalt, Haldenhochofenschlacke oder
Quarz b) als Bindemittel eine Mischung aus C3A-freien oder -armen Zementen und c)
als chemischer Zusatzstoff ein bifunktionierender, reaktiver Metallseifenbildner
und ein Luftporenbildner im Beton verwendet werden, wobei eine bestimmte Reihenfolge
bei
der Herstellung des Betons einzuhalten ist.
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Wesentlich ist es dabei, daß das Bindemittelgemisch, das aus mindestens
zwei verschiedenen Zementen besteht, mit den chemischen Zusatzstoffen, in einer
Stabrohrschwingmühle, Kugelmühle oder ähnlich arbeitenden maschine zuerst naß vermahlen
wird, bevor zu diesem Zementleim der Zuschlag zugegeben wird.
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Bei dieser Vermahlung wird das Bindemittel stark verfeinert und die
Oberfläche vergrößert und das Zusatzmittel intensiv eingearbeitet. Die spezifische
Oberfläche von Zement, die normalerweise ca. 7 000 bis4 000 cm2/g beträgt, wird
beim Mahlen auf 8000- iber 9000 cm2/g vergrößert, Dadurch wird, ohne den Bindemittelgehalt
unnötig zu vergrößern, eine optimale Bindekraft erreicht. Diesem derart gemahlenen
Zementleim wird dann wie üblich in der jiischtrommel trockener oder erdfeuchter
Zuschlagstoff, z. B. aus 4 Kornsilos, aus denen er zudosiert wird, zugefügt und
wie üblich eingemischt.
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Bei dieser Arbeitsweise kann der Wasser-Zementfaktor extrem niedrig
gehalten werden.
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Bei dem auf diese Weise hergestellten Beton lbu.ft die Arbeitsweise
der Zusatzstoffe nach der Vermischung des flüssigen Zementgemisches mit den Zuschlagstoffen
in einem Schnellmischer in zwei Phasen ab.
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In der Anfangszeit des Abbindeprozesses, also in der ersten Woche,
verhält sich der neu erstellte Betonkörper hydrophil und bildet seine hydrophoben
Eigenschaften zu einem späteren Zeitpunkt, wahrend des Erhärtungsprozesses aus,
also innerhalb der zweiten bis vierten Woche. Durch deu Reibeprozeß in der Mühle
werden die idealen Voraussetzungen für die notwendige
Integration
des chemischen Zusatzstoffes zum Zementgetaisch geschaffen. Die Anreibung des Zement-
und chemischen Stoffgemisches ist mit einer Wärmetönung verbunden, welche den Reaktionsbeginn
erheblich beschleunigt. Die Festigkeitseinbußen, die gewöhnlich bei Jedem Betonkörper
durch Beimischungen von Zusätzen zu beobachten sind, werden bei der hier beschriebenen
Verfahrenstechnik und Formulierung nicht festgestellt. In der Abbindeperiode von
etwa vier Wochen gehen die, auf mechanischem Weg gut eingearbeiteten chemischen
Zusätze mit den auskristailisierten Salzhydraten eine chemische Verbindung ein.
Es kommt zur Bildung von Calciumstearat. Es ist wichtig, daß Betonformkörper oder
Ortbeton während der ersten vier Wochen nicht der Sonne oder trocknenden Medien
ausgesetzt werden, damit das Hydratationswasser nicht vorzeitig entzogen wird. Der
Formkörper oder Ortbeton muß also abgedeckt werden.
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Nachdem im erfindungsgemäßen Beton ein sehr niedriger Wasser-Zementfaktor
möglich, Wer fast den theoretischen Faktor erreicht, soll die in den Beton gegebene
Wassermenge möglichst beibehalten bleiben. Der ideale Wasser-Zementfaktor beträgt
ca. 0,4, also 40 % Wasser, bezogen auf Zementgewicht, wovon 25 % chemisch gebunden
und der Rest vor 15 % physikalisch gebunden werden. hit dem erfindungsgemäßen Beton
ist es möglich, insbesondere bei Ortbeton, nahe an diesen Wert zu kommen.
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Im folgenden werden die drei Bestandteile Zuschlag, Zement und chemischer
Zusatz näher erörtert.
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Als Zuschlagstoff eignen sich seewasserfeste, chemisch inerte Gesteine
mit hoher Dichte, insbesondere Basalt und alle geeigneten doppelt gebrochenen Körnungen,
z. B. Haldenhochofenschlacken sowie Quarz sand. Grundsätzlich müssen die Zuschläge
frei von schädlichen Beimengen sein. Als schädliche Stoffe kommen
insbesondere
in Betracht: Lehm, Ton, organische und humusartige Stoffe, Kohlen, besonders Braunkohlenteile,
Stücke mit groß@asigen, schaumigen und glasigen Gefügen in der Hochofenschlacke
sowie Schwefelverfindungen.
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Die bevorzugte Sieblinie ist für gebrochene Körnungen etwas verschieden
von der Sieblinie für Rundkörnung (Fluß- und Grubenkies) und ist wie folgt: Sieblinie
für gebrochene Körnungen: Korngruppen in % ergibt Körnungsziffer 0 - 0,2 mm = 15
% ~ 15 % 0,2 - 2 mm = 28 % = 43 2 - 5 mm = 20 % = 63 5 - 12 mm = 21 % = 84 12 -
22 mm - 16 % = 100 ° 305 = K 3,05 Sieblinie für Rundkörnung, Fluß- und Grubenkies:
0 - 0,2 mm = 9 % = 9 % 0,2 - 1 mm = 15 % = 24 % 1 - 3 mm = 19 % = 43 % 3 - 7 mm
= 17 % = 60 % 7 - 15 mm - 22 % = 82 % 15 - 30 mm = 18 % G 100 % 318 = K 3,18 Es
ist wichtung, daß im Beton die Mehlkornanteile 400 bis 450, insbesondere etwa 430
kg/m3 einschließlich Zement ausmachen.
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Wenn aus dem Beton Formteile, z. B. Steine, gefertigt werden sollen,
darf die größte Körnung nicht größer sein als die halbe kleinste Abmessung des Formkörpers.
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Als Zement darf grundsätzlich keine Zementsorte verwendet werden,
die mehr als 30 % Portlandklinkeranteil aufweist.
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Derartige Zement sind als CfA-freie oder C3A-arme Zemente definiert
und unter verschiedenen handelsüblichen Bezeichnungen erhältlich, s. B. Aquament
PZ - 350 L - NW - HS, Antisulfat - PZ -450 F - HS, beide von den Portlandzementwerken
Heidelberg.
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Von der Firma Dykerhoff ist erhältlich: HS" hochsulfatbeständig und
"HS-NB" ilüttenzement, Sulfadur und Aquadur. Es ist immer eine Mischung von mindestens
zwei Zementen einzusetzen, wobei vorzugsweise 70 bis 80 % z. B. Antisulfat oder
Sulfadur oder Aquament oder Aquadur ist, und 20 bis 30 0% Trasszement.
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Alle Hochofenzemente und Hochofenschlackenzemente haben mindestens
25 % Portlandklinkeranteil, also ziemlich viel Aluminat, was einer der Gründe für
die hier getroffene Auswahl der Zemente ist. Außerdem ist zu berücksichtigen, daß
Zemente, wie z. B. Sulfanex zu Schwindrissen neigen. Daher wird 20 bis 30 % Trasszement
verwendet, insbesondere wenn Basalt als buschlag eingesetzt wird.
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Als chemische Zusätze kommt ein Seifenumbildner, insbesondere eine
Ammonium-(Amin-)seife von hydrophobierenden Fettsäuren zur Verwendung. Hydrophobiert
wird nac'l der Methode der doppelten Umsetzung. Es wird in einem organischen Lösungsmittel
ilthaltenden Lösungsmittelgemisch verseift, das Jedoch in jedem Verhältnis mit Wasser
verdünnbar ist. Statt Natronlauge wird eine organische Base verarendet. Diese Uinbildner
reagiert nit den alkalischen Bestandteilen unter Ausbildung vJasserabstoßender Calciumseifen.
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Für die Bildung von Luftporen wird ein organischer LP-Bildner eingesetzt,
dessen Vertraglichkeit mit dem Umbildner gegeben sein muß, was, wenn sie nicht bekannt
ist, durch Ausprobieren festgestellt werden muß.
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Da durch das Vermahlen die Zementoberfläche sehr stark vergrößert
wird, vorzugsweise auf 9 000 cm2/g oder mehr, kann sehr viel Seifenbildner zugesetzt
werden, und zwar bei Bedarf über 2 %, ja bis zu 3 %, was bei normalen Zementen nicht
möglich ist, wo die Obergrenze bei höchstens 1,2 % liegt. Es ist auf jeden Fall
eine Untergrenze von 0,6 % erforderlich.
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Das folgende ist ein-Beispiel für eine Betonmischung@ Zuschlag r 1833
kg Zement - 345 kg Wasser - 154 kg.
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Dies entspricht einem Wasser-Zementfaktor von 0,45. Falls Steine hergestellt
werden sollen, kann eine Erhöhung des Wasser-Zementfaktors nötig esein. Der Wasser-Zementfaktor
kann bis auf 0,50 erhöht werden.
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Als Zement für die Herstellung von Steinen wird vorzugsweise folgende
oder eine ähnliche Zusammensetzung verwendet: 70 % Antisulfat oder Sulfadur und
30 % Trasszement.
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Für die Herstellung von hlassenbeton wird folgende Zusammensetzung
oder eine ähnliche bevorzugt: 80 0% Aquament oder Aquadur und 20 % Trasszement.
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Der Seifenumbildner wird mit 2 % zum Gesamttrockengemisch (Zuschlagstoff
und Zement) im flüssigen Zustand dem Wasser-Zementgemisch in die Nühle, vorzugsweise
eine Stabrohrschwingmühle, zugegeben. Auch der organische lP-Bildner wird hierbei
zugegeben
und zwar in einer Dosierung, das etwa 7 % Iuftporen gebildet werden.
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Das Zemeftgomisch wird mit dem Seifenumbildner und dem LP-Bilder in
de Schwingmühle gemahlen, wobei die Laufzeit oder Mahlzeit in Abhängigkeit von der
Kapazität steht. Es soll eine spezifische Oberfläche von etwa 9 000 cm2/g erreicht
werden.
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Dann wird der Zementleim in eine Mischtrommel eingeführt und der Zuschlag
zugegeben.
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Diese Mischung ergibt Ortbeton oder Steine von ausgezeichneter Seewaswer-Wechselfestigkeit.
Es wird angenommen, daß durch den Anreibungsprozeß es möglich ist, alle durch die
agressiven Vorgänge zerstörbaren Betontilchen zu schützen.
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In der Praxis beträgt die I1ahlaauer, die natürlich von der Intensität
der verwendeten Mühle abhängt, 2 bis 5 Minuten, insbesondere 2 bis 3 Minuten, in
einer 1000-1-Maschine.
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Das früher genannte Beispiel für eine Betonmischung ist eine besonders
bevorzugte Mischung. Die Zusammensetzung der Mischung kann jedoch mit Vorteil im
folgenden Bereich liegen: Zuschlag: 70 - SO Gew.% Zement: 12 - 20 Gew.% Wasser:
5 - 10 Gew.% Seifenumbildner: 1 - 7 Gew.% wobei der Wasser-Zementfaktor möglichst
nahe an 0,4 gebracht wird. Die IS-Bildnermenge wird mit Vorteil so eingestellt,
daß 5 - 9 % Luftporen gebildet werden.
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Patentansprüche -