DE2538009C2

DE2538009C2 - Verwendung einer Betonmischung für Tresore oder Tresorräume

Info

Publication number: DE2538009C2
Application number: DE19752538009
Authority: DE
Inventors: Harry J. Centerville Ohio Wurster
Original assignee: MOSLER SAFE Co HAMILTON OHIO US
Current assignee: MOSLER SAFE Co HAMILTON OHIO US
Priority date: 1974-08-26
Filing date: 1975-08-22
Publication date: 1983-05-11
Also published as: JPS5076129A; JPS5852940B2; DE2538009A1

Description

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Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Mischung gemäß dem Patentanspruch zur Herstellung von \s Beton für Tresore und Tresorräume.

Aus der DE-OS 23 14 352 ist eine Betonmischung bekannt, die aus einem hydraulischen Zement, z. B. einem schrumpfkompensierten Zement, Verstärkungsfäden und weiteren Zuschlagstoffen besteht

Als Verstärkungen können gemäß der GB-PS 12 30 238 auch Metalldrähte verwendet werden.

Speziell bei der Herstellung von Tresoren oder Tresorräumen treten besondere Probleme auf, wenn man hierbei Hohlräume mit Beton ausgießt

Zunächst setzt das freie Wasser die Wandungen eines Tresors der Korrosion aus. Ferner hat sich gezeigt daß freies Wasser manchmal ein Schwitzen bewirkt das dem Inhalt des Tresors abträglich ist Beim Aushärten des Betons sickert das freie Wasser in den Beton ein und » tritt aus den Betonoberflächen aus. Das einsickernde Wasser muß während der Herstellung entfernt werden und behindert die Wirksamkeit Außerdem ist es nahezu unmöglich, den genauen. Prozeß'.satz des freien Wassers in der Betonmasse zu bes'immen, ohne die Konstruktion des Tresors aufzubrechen. Wenn · !as freie Wasser in der Betonmasse über mehrere Jahre verbleibt erfolgt gewöhnlich ein Schrumpfen, das ein Brechen der Betonmasse zu Folge hat Ein Schrumpfen erfolgt auch während des Erhärtens von gewöhnlichem oder normalen Betonzusammensetzungen und dies bewirkt daß der Zement von den Innenwandungen oder dem Gehäuse der Tresorkonstruktion wegschrumpft Ein -solches Schrumpfen verhindert ein formpaßgereciites Zusammensetzen und erleichtert das Eindringen verschiedener Einbruchswerkzeuge.

Außerdem besteht ein größerer Nachteil der bekannten Betontresorwandungen in der ungenügenden Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe durch Azetylenflammen oder andere Mittel mit hohen Temperatu- so ren. Beim Aussetzen bekannter Betonmassen einer Azetylenflamme versuchen diese Massen zu splittern, zu zerspringen oder auch zu explodieren. Das Splittern oder Auseinanderbrechen des Betons durch Flammen macht den Beton dann sehr empfindlich für ein Durchdringen mit einem Meißel, Hammer, Bohrer oder mit anderen Werkzeugen.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer ganz speziellen — im Anspruch gekennzeichneten — Mischung werden diese Nachteile beseitigt μ

Die Erläuterung der Zusammenhänge soll nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erfolgen. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Tresors und F i g. 2 einen Vertikalschnitt der Tresortür. '65

Die Tür in F i g. 1 ist in der öffnung des Tresors 4 durch entsprechende, nicht dargestellte Mittel, angebracht Die Vorderseite 5 der Tür besteht aus rostfreiem Stahl und die Rückseite 6 ist hier der Sicherheitsbeton 7, Der Querschnitt in Fig.2 zeigt nicht die anderen inneren Teile der Tresortür. Der Tresor besitzt Wände, die im einzelnen nicht dargestellt sind. Sie können ebenfalls aus der Sicherheitsmischüng nach der Erfindung hergestellt sein.

Eine Beschreibung der zur Anwendung kommericJen Zemente ist von der Firma American Institute Committee 223 mit der Bezeichnung Expansive Cement Concretes, Publication SP-38,1973 (Library pf Congress Catalog Card No. 73-77 948) herausgegeben worden. Grundsätzlich enthält ein solcher Zement eine gewöhnliche Portlandzementkomponente und eine dehnbare Komponente. Die dehnbare Komponente besteht beispielsweise aus stabilem KalziumsulfoaJuminat (CaO)4(Al2O3)3SO3 in Form eines Ternärsystems oder komplex mit dehnbarem beigegebenem KaIk(CaO) und dehnbarem anhydrischem Kalziumsulfat (CaSO₄). Der Kalk wird durch das Verfahren ASTM C114-58 und das beigegebene anhydrische Kalziumsulfat durch das Verfahren von Forsen bestimmt das von Manabe abgeändert und im A.C.I. Journal, Vo. 31, No. 7 vom Januar 1960 unter der Bezeichnung »Determination or Calcium Sulfoaluminate in Cement Paste by Tracer Technique« herausgegeben worden ist Die besonderen Einzelheiten dieser Zusammensetzungen sind in Spalte 1 der US-PS 32 521 701 insbesondere in den Zeilen 19 bis 55 und in Spalte 3, Zeile 26 bis Spalte 9 beschrieben. Somit enthält ein besonderer bevorzugter dehnbarer, schrumpfkompensierender hydraulischer Zement eine größere Menge Portlandzement und eine kleinere Menge einer dc-iinbaren Komponente in einer Menge, die mindestens zum Kompensieren der Schrumpfung des Portlandzementes ausreicht um die dehnbaren Eigenschaften zu erhalten, wenn diese Komponente hydriert wird.

Wasser ist in bisherigen Zementen als unerwünscht festgestellt worden, weil es — wie dargelegt — das Splittern und Zerfallen bewirkt Im vorliegenden Fall nehmen die hydrierfähigen dehnbaren Zemente das überschüssige Wasser der Mischu/ig durch Reagieren mit diesem auf und liefern ein hydriertes Bindesystem. Es werden durch Verwenden von solchen dehnbaren Zementbindern Druckfestigkeiten in der Größenordnung von 630 bis 770 kg/cm² bei Sicherheitsmischungen nach der Erfindung erzielt Diese Festigkeiten ergeben eine undurchdringbare Wand für Hammer und Stoßwerkzeuge eines Einbrechers. Wenn sich der Sicherheitsbeton setzt verbindet sich der dehnbare Zementbinder mit den Stahldrähten und gleichzeitig bewirkt die Ausdehnungsreaktion eine volumetrische Ausdehnung des Betons. Da der Beton mit den Stahldrähten gebunden ist wird die Ausdehnung in dieser Hinsicht die Drähte in Spannung und den Beton in Druck versetzen. Der Beton wird vorkomprimiert aber in einem Maß, das viel geringer als das übliche Vorbelasten ist Die Dehnungsreaktion erfolgt in den ersten Tagen des Härtens des Betons. Später, wenn der Beton dem Trocknen ausgesetzt ist wird er ebenso wie normaler Portlandzementbeton schrumpfen. Im Gegensatz zu diesem bewirkt das Schrumpfen eine leichte Vorkomprimierung und baut keine Zugspannungen auf.

Nun zum Quarzit: Ein Beispiel hierfür ist der Norm 20-30 Ottawa-Sand (ASTM C-190) mit einer US-Sieb-Analyse von nicht mehr als etwa 5%, der durch ein 30-Maschensieb hindurchgeht Dieser Sand besitzt die erforderliche Charakteristik zum Erhalten der Dichte, Härte, Abriebfestigkeit und Stoßfestigkeit und besteht

im wesentlichen aus StG*

Ein wichtiger Grund für den Gebrauch von Quarzit ist, daß er keine Feuchtigkeit aufnimmt Quarzit absorbiert kein Wasser aus dem Wasserzusatz zur Beionmischung und vermeidet somit das Einschließen s von Feuchtigkeit

Die zur Verwendung nach der Erfindung geeigneten Verstärkungsfasern sind von der Art, die eine biegsame Festigkeit und eine spannfähige Festigkeit für die Sicherheitsbetonmasse ergeben.

Die Verstärkungsfasern erbringen zusammen mit dem Zement etwa ein Selbstspannen des Betons zum Erzeugen einer Sicherbeitskonstruktion, die übermäßig kräftig ist und hohe Druckfestigkeit in der Größenordnung von 560 bis 770 kg/cm² besitzt Es wird die Verwendung von metallischen Fasern als Verstärkungselementen in der Sicherheitsbetonmasse bevorzugt, weil diese eine ausreichende innere Beanspruchung zum Erzielen von Druckfestigkeiten, Flexibilität und Zugfestigkeit der Betonmasse ergeben. Ferner hat sich herausgestellt daß diese Metalldrähte in der Betonmasse bei der Wirkung einer Azetylenfiamme sich an der Spitze der Flamme niederschlagen und versuchen diese zu zerstören. Die bevorzugte Art von Metalldrähten wird in der US-PS 34 29 094 beschrieben. Diese Veröffentlichung betrifft Feinstahldrähte, die für die Verwendung nach den Lehren der Erfindung bevorzugt werden, worauf hier Bezug genommen wird. Insbesondere sind die Stahldrähte praktisch gerade und können in der Länge von 12 mm bis 38 mm variieren, und besitzen Durchmesser von höchstens 8 mm und vorzugsweise von 0,15 bis 1,8 mm. Das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Drahtes liegt zwischen 40 und 120 und der Draht besitzt vorzugsweise einen Elastizitätsmodul im Bereich von 1,9 und 22 Million kg/ cm². Diese Drähte können leicht gekräuselt cein, um ihre Bindewirkung in der Betonmasse zu erhöhen. Es können aber auch andere metallische Drähte als Verstärkung im Sicherheitsbeton verwendet werden. Die Drähte können auch rund, flach oder ähnlich sein. Es können verschiedene Metalldrähte und Metall-Legierungsdrähte benutzt werden. Ferner können solche Fasern oder Drähte beschichtet sein, um sie korrosionsfest zu machen.

Die zur Anwendung kommenden Komponenten werden bei Beispielen verwendet, die sich durch Mischen in einen Tonnenmischer mit Schaufeln ergeben. Die trockenen Materialien werden einige Minuten im Mischer gemischt und dann wird Wasser in 20% Stufen mit wenigen Minuten Abstand zwischen jeder Zugabe zugegeben. Nach dem Zugeben aller Materialien wird der Mischer einige weitere Minuten betrieben. An dieser Stelle wird das Stück mit der ASTM-Technik (ASTM C 143-39) gemessen. Bei einem Stück im Bereich von etwa 140 bis 165 mm wird die formbare Mischung der Bestandteile unter ausreichendem Schütteln gegossen, um das Fü«on des Tresorhohlraumes, d.h. der Tür, der Wandungen und dergL zu gewährleisten.

Unter Verwendung des allgemeinen, vorstellenden Mischverfahren werden Quarzit dehnbarer Zement Typ K₁;? mm Stahldrähte mit etwa 0,4 mm Durchmesser, Wasser mit oder ohne andere Stoffe gemischt und unter Viörieren zum Sicherstellen des Füllens eines Formhohlraumes gegossen. Die Meialltür 3 der F i g. 1 kann den Hohlraum bilden.

Die Tabelle 1 zeigt Mengen und Arten der verschiedenen, in den beschriebenen Beispielen enthaltenen Materialien:

Tabelle I	Materialien	Zement	Stahldrähte	gedehntes Metall	Grar.it- späne	Verstär kungs- Stangen »12,5 mm«	Latex- Binder	Glas- Fasern	Wasser in Liter
Beispiel	Cuarzit ASTM C-190	80	29,5	-	-	—	—	_	18
	86	80	29,5	ja	-	-	-	-	18
1	86	57	29,5	-	-	-	-	-	16
2	86	80	29,5	-	59	-	-	-	18
3	32	80	29,5	-	-	ja	-	-	18
4	86	80	-	-	-	-	14,5	2,7	18
5	86	80	29,5	ja	-	-	-	-	18
6	86	80	29,5	-	59	ja	—	-	18
7	32
8

Die Materialmengen sind in Kilogramm angegeben und in bestimmten Beispielen werden gedehntes Metall, Granitstückchen, Verstärkungsstangen und Latex-Binderglasfasern verwendet Die Verwendung von Latexbinder und Glasfasern dient zum Erhöhen der Stoßfestigkeit Die Betonbeispiele werden bei Umgebungsbedingungen gehärtet und es wurde kein Aussikkern von Wasser beobachtet. Nach dem Zeitablauf wurden die Druckfestigkeiten der Beispiele 1 bis 8 7 Tage; 14 Tage und 28 Tage nach dem Gießen Bemessen.

Tabelle II Beispiele

Druckfestigkeiten [kg/cm²] 7 Tage 14 Tage

28 Tage

1	490	515	635
2	490	545	645
3	490	605	580
4	417	460	575
5	490	575	605

Fortsetzung

Beispiele Druckfestigkeiten |kg/cm²)

7 Tage 14 Tage 28 Tage

6	99	119	140
7	445	513	595
8	425	426	450

Wie Tabelle II zeigt, wurden die Druckfestigkeiten aller Mischungen nach 28 mit Ausnahme des Beispiels 6 zwischen 420 und 648 kg/cm² gemessen. Das Beispiel 6 enthielt Glasfasern und Latexbinder. Beispiel 6 besitzt eine Druckfestigkeit von weniger als 140 kg/cm². ιί

Die Tabelle II zeigt somit, daß die Druckfestigkeiten, die hauptsächlich in der Größenordnung von 560 bis 700 kg/cm² liegen, mit den Sicherheitsbetonmischungen, mit Stahldrähten nach der Erfindung erhalten werden können. Die Me.nae an Glasfasern und Latex im :o Beispiel 6 ergab hier nicht diese hohe Druckfestigkeit und deshalb werden diese besonderen Mischungen nicht dort bevorzugt werden, wo hohe Druckfestigkeiten erwünscht sind.

Die Betonproben der Beispiele 1 bis 8 wurden dann mit einer Azetylenflamme mit einer Temperatur von 1850⁰C getestet. Tests mit einem Diamantkernbohrer und Hammer wurden ebenfalls vorgenommen. Die Tabelle III zeigt die Ergebnisse dieser Prüfungen, wobei die Figuren unter der Flammenabbrandsäule dem Materialvolumen zugefügt werden konnte, das aus den Proben entnommen worden war. Der Diamantkernbohrer wurde uni" einem konstanten Druck von etwa 22 kg bei einem Bohrer mit 50 mm Durchmesser angesetzt. Die Figuren in der Bnhrtestspalte sind die Tiefe in cm pro Minute. Der Hammertest enthielt einen Fall von 32 kg aus 1,2 Metern mit einem 25 mm Stumpfnasenmeißel und 5 Schlagen an derselben Stelle. Die Figuren in der Hammertestspalte sind die Eindrinetiefe in cm nach der Prüfune.

Tabelle	III	Bohrtest	Hammertest
Beispiel	Flammen
	brand	(cm/min)	(Tiefe/cm)
	(ml/min)	12,5	2,5-2,2
1	21	14,0	2.5-1,9
2	31	10,3	2,5-2,2
3	27	0.4	5,1-1,9
4	8	0,75	Meißelbruch nach
5	17		3 Schlägen
			Schlag 2 war
			2,5 bis 0,8
		5,8	7,5-1,2
6	5	0,8	5,1
7	19	0,76	5,1-0,96
8	7

Wie Tabelle III zeigt, wiesen die Sicherheitsbetonmischungen nach der Erfindung eine höhere Flammenwiderstandsfähigkeit im Bereich von 5 ml/min bis etwa 31 ml/min auf.

Die Tabelle III zeigt auch, daß der Diamantkernbohrer während des Flammenabbaus nach Beispiel 6, der sich in einer kleineren Größenordnung befand, beim Fehlen von St?hldrähten, den Abbau einer größeren Menge von Material von den Betonproben erleichtert hat Ferner wurde das Beispiel 5 ohne Stahldrähte ebenso wie auch die Beispiele mit Stahldrähten einem Hammertest unterzogen. Demnach soll zum Erhalt des vollen Spektrums von Vorzügen nach der Erfindung die Betonkonstruktion ein temperaturbeständiges Aggregat, dehnbaren Zement und Verstärkungsfasern möglichst Metallverstärkungsfasern, enthalten. m>

Bei der Verwendung von Stahl- oder Metalifasern oder -drähten ergibt der dehnbare Zement Typ K eine Schrumpfkompensation und Selbstzugbelastung der Betonmasse. Somit werden sehr vorteilhafte Druckfestigkeiten erhalten. Auch ergibt die Schrumpfkompen- £■> sation eine formpassende Zusammensetzung von Zement und Stahlgehäuse oder anderen tragenden Materialien.

Um die bevorzugte Wahl eines nicht feuchtigkeitsaufnehmenden, feuerfesten Aggregats im Beton nach der Erfindung zu zeigen, wurden mehrere Betontestproben unter Verwendung von Mischungen ähnlich den Beispielen 1 bis 8 vorbereitet, aber verschiedene Arten von Sand verwendet. Bei der einen Probe war der Sand der bevorzugte Quarzit der erwähnten Ottawa-Art und bei der anderen Fluß- oder natürlicher Sand. Dit Proben hatten eine Dicke von etwa 300 · 300 · 150 mm. Dann wurde der Azetylenflammentest durchgeführt

Die Proben mit dem FhiBsand versuchten sich zu spalten oder zu zerfallen, aber noch bei einer geringeren Geschwindigkeit als bekannte Normbetone. Dagegen wurde kein Spalten oder Zerfallen mit Quarzit beobachtet Somit ist Quarzit mit nicht feuchtigkeitsaufnehmender Eigenschaft besonders kritisch beim vollständigen Vermeiden von Sputtern und Zerfallen. Es hat sich gezeigt, daß die Feuchtigkeit im Fluß-Sand die Proben abblättern IaBt Dies ergab sich nachdem eine zweite Probe mit Fhiß-Sand drei Tage lang bei 65° C vor dem Flammentest getrocknet worden war. Die Probe explodierte nicht und es ergab sich ein sehr geringes Abblättern. Demnach kann die Eigenfeuchtigkeit in dem porösen Fluß-Sandteilchen in der Betonmischung

eingeschlossen werden, die dann ein Abblättern und einen Zerfall der Betonmasse bei hohen Temperaturen bewirkt oder zu bewirken versucht. Somit wird nach den am meisten bevorzugten Grundsätzen der Erfindung ein nicht feuchtigkeiisaufnehmendes Aggregat verwendet, um das Zerfallen des Betons vollständig zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verwendung einer Mischung aus 80—175 Teilen schrumpfkompensierten Zement, 120—190 Teilen Quarzit, 40—65 Teilen Metalldrähten mit einer s Länge von 12—18 mm und einem Durchmesser bis 7,5 mm und 30—75 Teilen Wasser zur Herstellung azetylenflammwiderstandsfähigem Beton für Tresore oder Tresorräume.