DE2600697A1 - Verfahren zum herstellen einer betonmischung und danach hergestellte mischung - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen einer Betonmischung und danach hergestellte Mischung Priorität: 14. Januar 1975 - ISRAEL - Nr. 46 433 Die Erfindung betrifft hauptsächlich ein Verfahren zum Herstellen einer Betonmischung, und Aufgabe der Erfindung ist es, die mechanischen Qualitäten von Beton zu verbessern.
• Allgemein gesprochen, werden erfindungsgemäß gewisse Zusätze in die Betonmischung eingebracht, die einen unmittelbaren Effekt auf die physikalischen Bindungen oder Verbindungen zwischen den Betonbestandteilen haben, d.h., den Zuschlägen. Genauer gesagt, wird durch das Verfahren und die Mittel nach der Erfindung die molekulare Struktur des Wassers modifiziert, das im Beton nach dessen Verfestigung verbleibt.
• Es wird theoretisch untermauert und experimentell gezeigt, daß durch die Anwendung der Erfindung Betonelemente beliebiger Form und Grdße hergestellt werden können, die eine erheblich gesteigerte Festigkeit gegen Beanspruchungen haben, von denen bisher angenommen wurde, daß Beton sie nicht aushalten kann, wie Zugbeanspruchung und Scherbeanspruchung, gleichgültig, ob statisch oder dynamisch,(im folgenden allgemein als untragbare Beanspruchungen" genannt).
• Traditionell werden hauptsächlich zwei Verfahren verwendet, um Betonbalken, Betonplatten und dergl. auch in Fällen anwendbar zu machen, in denen untragbare Beanspruchungen auftreten können, hauptsächlich wenn Biegekräfte auftreten.
• Das erste und am weitesten verbreitete Verfahren ist es, das Betonelement durch metallische Stäbe oder Drähte in der Weise zu verstärken, daß die untragbaren Beanspruchungen praktisch von den metallischen Verstärkungen aufgenommen werden, die in den Beton eingebettet sind, während der letztere nur Druckkräften unterworfen ist.
• Ersichtlich ist dieses Verfahren unbequem und erhöht die Baukosten erheblich. Weiterhin ergibt sich ein ernsthaftes Korrosionsproblem innerhalb der Struktur, das eine spezielle Beachtung beim Entwurf, dem Betrieb und der Unterhaltung der Konstruktion erfordert.
• Das Verfahren, Beton vor- oder nachzuspannen, ist tatsächlich im Hinblick auf die Nachteile und Mängel des Verstärkungsverfahrens entwickelt worden. Es ist durch anfängliche Druckkräfte gekennzeichnet, die im Betonelement durch äußere Einrichtungen erzeugt werden, wie hoch zugfeste Stahlseile oder -stäbe. Die Größe der Druckbeanspruchung wird so festgelegt, daß die vektorielle Summe der untragbaren Beanspruchungen für die Entwurfsbedingungen niemals die Druckbeanspruchung übersteigt.
• Die Anwendung dieses Verfahrens schließt spezielle Bearbeitungsvorgänge ein und kann kaum an einen weiten Bereich von Anwendungsallen angepaßt werden.
• Wie oben gesagt, beruht die Erfindung auf einem neuartigen Lösungsweg, mit dem die Nachteile der konventionellen Verfahren beseitigt werden, nämlich in einer gewissen Behandlung des eigentlichen Betons speziell im Hinblick auf intermolekulare und andere physikalische Kräfte und Reaktionen, die innerhalb der Komponenten vorherrschen. Festigkeitseigenschaften können in einer solchen Weise modifiziert werden, daß die gewünschten Ziele ohne Zuhilfenahme externer Einrichtungen erreicht werden können.
• Im folgenden wird versucht, die notwendigen Uberlegungen und die Theorie anzugeben, die zur Erfindung geführt haben. Es ist Jedoch zu betonen, daß die Erfindung keinesfalls dadurch begrenzt oder beschränkt werden soll, daß sie an die hier dargestellte Theorie ganz oder teilweise angepaßt wird. Die Erfindung ist als selbsttragend anzusehen, unabhängig von der wissenschaftlichen Gültigkeit irgendwelcher Angaben, Annahmen, Gedanken oder dergl., die im folgenden vorgetragen werden. Ersichtlich können auch die hier dargestellten Konzepte leicht als Grundlage oder Ausgangspunkt für den Entwurf anderer Durchführungsverfahren verwendet werden, um die verschiedenen Zwecke der Erfindung zu erreichen, so daß solche ebenfalls unter die Erfindung zu fallen haben.
• Es ist auch zu erwähnen, daß die Beispiele und anderen technischen Daten, die im folgenden gegeben werden, lediglich zur allgemeinen anschaulichen Information aufgenommen wurden, soweit es erforderlich oder hilfreich war, ein besseres Verständnis der wesentlichen Merkmale der Erfindung zu erzielen.
• Fig. 1 zeigt eine typische Probe oder ein Muster einer Betonmischung, die aus Kies G, Sand S, Zementpartikeln C und Wasser W besteht, wobei das letztere die Hohlräume und Poren zwischen den Festkörperbestandteilen füllt.
• Normalerweise hat der Kies größenordnungsmäßig 1 cm oder mehr Korngrößendurchmesser, die Korngrößendurchmesser des Sandes variieren zwischen 0,1 und 1,0 mm und die Zementpartikel haben eine Größe von 1 bis 10 micron.
• Der Prozeß der Betonhärtung läuft wie folgt ab: Der Zement ist ein hoch hygroskopisches Material und absorbiert das Wasser mit erheblicher Saugkraft von größenordnungsmäßig 1.000 kg/cm2.
• Die Absorption des Wassers durch die Zementpartikel ist ein kontinuierlicher, länger dauernder Prozeß, der etwa 28 Tage dauert, in welcher Zeit eine vorgegebene Wassermenge mit dem optimalen Verhältnis von 0,4 bis 0,5 des Gewichtes des Zements vom Zement absorbiert oder gefangen wird und angrenzend daran gehalten wird. Restliches Wasser in der Mischung, wenn solches vorhanden ist, läuft ab oder verdampft.
• Die Erfahrung hat gezeigt, daß in Fällen, in denen das anfängliche Verhältnis Wasser/Zement höher als 0,4 - 0,5 lag, die Festigkeitseigenschaften des Gusses erheblich verschlechtert sind; das Gleiche gilt in den Fällen, in denen weniger Wasser in der Mischung verwendet wird. Dieses Verhältnis ist deshalb kritisch insoweit als die endgültigen Qualitäten des Betongusses betroffen sind. Ungeachtet dessen ist das Ergebnis des Härtungsprozesses, unabhängig von höherem oder niedrigerem Wasserkonzentrationsverhältnis, die vollständige, irreversible Verfestigung der vorher pastösen Mischung, d.h., was als Bindung der Betonzuschläge durch den Zement angesehen wird, der seinen Absorptionszyklus beendet hat.
• Eine engere Prüfung der Grenzflächen Zement/Zuschlag und Beobachtung der darin auftretenden Erscheinungen liefert die folgende Erläuterung für den Härteprozeß sowie für einige der Festigkeits- und anderen mechanischen Eigenschaften von Beton.
• Es wird angenommen, daß eine gewisse Wassermenge (im folgenden als Restwasser bezeichnet) immer nach vollständiger Absorption einerseits und Auspressen und/oder Verdampfung andrerseits Ubrigbleibt und zwischen benachbarten Oberflächen irgendeines Zementpartikels und eines anderen Zuschlagsbestandteils gefangen wird, nämlich Kies oder Sand. Die Dicke der Restwasserschicht Wr (vergl. Fig. 2) kann größenordnungsmäßig kleiner als 100 Moleküle sein. Es ist bekannt, daß unter solchen Bedingungen Oberflächenspannungskräfte vorhanden sind, die in Richtung der Pfeile ST in der dargestellten Weise wirken. Je kräftiger Wasser in den Zementpartikel C gesaugt wird, umso weniger Restwasser bleibt verfügbar. Eine Reduzierung des Restwassers an irgendeiner Stelle zeigt sich selbst in einer Reduzierung des Meniskusradius (vergl.- beispielsweise Mir1, MR2 und MR3 in Fig. 2).
• Im schließlich erreichten Gleichgewichts zustand nehmen die vom Zement ausgeübten Saugkräfte im wesentlichen die gleiche Größe und entgegengesetzte Richtung wie die Oberflächenspannungskräfte ST an. Es kann daraus abgeleitet werden daß die Kräfte ST ebenfalls eine spezifische Spannung in der Nähe von 1.000 kgcm2 erzeugen.
• Aus dieser Beschreibung folgt, daß während des Härteprozesses die Distanz zwischen benachbarten Partikeln der Betonzuschläge allmihlich kleiner wird. Das ist ein Teil dessen, was als t'Schrumpfen" des Betons bezeichnet wird.
• Wird nun der molekular Zustand des Restwassers betrachtet, ist leicht zu verstehen, daß unter den relativ großen, in einer Richtung wirkenden Zugkräften (die weitaus größer als die Schwerkraft sind) die an den Zementpartikeln befestigten Moleküle als in Ebenen arretiert beschrieben werden können, die normal zur Oberfläche der Partikel liegen, jedoch frei, in Ebenen parallel zu diesen Dberflächen zu spinnen, während Moleküle, die einen gewissen Abstand vom Zement haben, allmählich ihren normalen, dreidimensionalen Freiheitsgrad erlangen. Das Wasser verliert teilweise seine Strömungsmitteleigenschaften und wird in einen mesomorphen Zustand oder Phase transformiert. In jedem Falle bleiben, unter normalen Druck- und Temperaturbedingungen, die Moleküle immer frei, wenigstens um Achsen zu spinnen, die sich normal zu der Zuschlagstoffoberfläche erstrecken.
• Die im vorangegangenen vorgeschlagene Analyse liefert eine vernunftige Erklärung für die experimentell festgestellte Tatsache, nämlich die niedrige Festigkeit von Beton, der untragbaren Beanspruchungen ausgesetzt ist, hauptsächlich Scherspannungen.
• Es ist ein bekanntes Theorem im Gebiet der Festigkeitslehre, daß durch einfache Zug- oder Druckkräfte erzeugte Beanspruchungen für irgendeinen Elementquerschnitt, der zur Achse der Kraft geneigt ist, eine Scherbeanspruchungskomponente erzeugen, nämlich Beanspruchungen, die tangential zur Oberfläche dieses Querschnitts wirken. Der Effekt von Scherbeanspruchungen ist definitionsgemäß zwei auf molekularer Ebene aneinander grenzende Lagen aneinander in entgegengesetzten Richtungen zu verschieben.
• Es ist auch gut untermauert, daß die Deformation eines Bauelementes unter einem Biegemoment gewöhnlich Druckbeanspruchungen in irgendeiner Querschnittszone des Elementes hervorruft, die auf einer Seite der neutralen Linie liegen, und Zugbeanspruchungen auf der anderen Seite dieser neutralen Linie, normalerweise mit Maximalwerten an den äußersten Fasern des Elementes relativ zur neutralen Linie. Scherbeanspruchungen, die sich in irgendeinem Querschnitt entwickeln, haben einen Maximalwert an der neutralen Achse und Minimalwert (null) an den äußersten Fasern.
• Diese eben beschriebene Strukturtheorie soll jetzt dazu verwendet werden, die bekannte empirische Tatsache zu erläutern, daß der Widerstand von Beton gegen Zugbeanspruchungen kleiner ist als etwa 20 Vo der zulässigen Druckbeanspruchungswerte.
• Wenn die durch die Pfeile Y in Fig. 2 angedeuteten Zugkräfte betrachtet werden, ist ersichtlich, daß die Oberflächenspannungskräfte überwunden werden müssen, um die vom Restwasser gebildete Bindung zu trennen. Es müßte deshalb eine Zugbeanspruchung in der Nähe von 1.000 kg/cm2 entwickelt werden, was ein sehr hoher Wert ist, der in praktischen Entworfen nie verwendet wird. Wenn solche Kräfte angelegt werden, sollte das Restwasser nachgeben und sich verformen, so daß der Meniskusradius wächst, was bedeutet, daß die Zugkräfte kleiner werden, abhängig von der Trennung der benachbarten Zuschläge, bis die Verbindung bricht.
• Das wäre die Situation, falls keine Scherbeanruchungen vorhanden sind, wobei zu beachten ist, daß die tatsächliche maximal zulässige Zugbeanspruchung etwa das 0,2-fache der Druckbeanspruchung beträgt. Die Scherkräfte X-X wirken in Kräften parallel zu den Zuschlagsstoffoberflächen. Es ist leicht zu verstehen, daß praktisch die Restwasserkörper wenig Widerstand gegen eine Relativbewegung zwischen dem Zementpartikel C und dem Kieskorn G bieten, oder, genauer, zwischen seitlichen Wassermolekülschichten des eigentlichen Restwassers. Damit ist gezeigt, daß die Scherbeanspruchungen den Kardinalfaktor bilden, der die beträchtliche Herabsetzung der Zugfestigkeit von Beton verursacht.
• Es ist zu erwähnen, daß, obwohl Scherbeanspruchungen in gleicher Weise auch im Fall der Druckbelastung wirken, der relative Effekt durch die Tatsache herabgesetzt wird, daß die Druckverformung zunächst dafür sorgt, daß der Meniskusradius kleiner wird, so daß die Oberflächenspannungskräfte wachsen, ehe ein Teil des Restwassers herausgepresst wird, wodurch die Bindung zwischen benachbarten Partikeln zerstört wird.
• Bei der genaueren Berechnung oder Abschätzung des negativen Effekts der Scherbeanspruchung auf die Festigkeit von Beton muß auch der statistische Faktor der Zuschlagsoberflächenorientierung berücksichtigt werden.
• Es ist also vermutlich nachgewiesen, daß der Hauptgrund dafür, daß sich Beton unter Zugkräften so schlecht verhält, darin liegt, daß die einzelnen Komponenten hauptsächlich mit unidirektionalen Verbindungen miteinander verbunden sind, und daß in anderen Richtungen die Bindekräfte schwächer sind. Es wird deshalb in Erwägung gezogen, daß zur Beseitigung dieses Mangels Möglichkeiten entwickelt werden sollten, den Restwasserkörpern Festigkeit auch in anderen Richtungen oder Dimensionen zu verleihen.
• Allgemein kann diese Forderung erfindungsgemäß dadurch erfüllt werden, daß das Restwasser durch eine modifizierte Wasserformation ersetzt oder in eine solche umgewandelt wird, die einen dreidimensionalen Widerstand gegen Kräfte hat, die dazu neigen, die molekularen Bindungen aufzubrechen. Die bevorzugte effektive Weise, dieses Resultat zu erreichen, besteht erfindungsgemäß in der Verwendung der Flüssigkristallformation (manchmal "Polywasser" genannt) anstelle des "natürlichen Restwassers.
• Wie bekannt, werden Flüssigkristalle durch Flüssigkeitsmoleküle gebildet, die zusammen Ketten bilden, die sich statistisch in allen Richtungen erstrecken, in einer Weise und einem Muster, das dem der Polymerketten ähnlich ist. Das Flüssigkristall eliminiert jedoch nicht die Strömungsmittelcharakteristik, und es ist tatsächlich gezeigt worden, daß in irgendeinem beliebigen Wasserkörper unter beliebigen Bedingungen Flüssigkristalle enthalten sind, die etwa 3 o,b des Volumens ausmachen und über die ganze Wassermenge dispergiert sind. Es folgt daraus, daß in jedem einzelnen Restwasserkörper, wo immer er sich auch befindet, bereits Kristalle verfügbar sind, die dazu bereit sind, den Scher- oder Rollwiderstand zu erhöhen, und zwar aufgrund der kombinierten dreidimensionalen, relativ hohen Molekular-Bindekräfte der Ketten.
• Um dieses Konzept in die Praxis umzusetzen, mußte ein Weg gefunden werden, die einzelnen Flüssigmoleküle des Restwassers zu entfernen, während die Flüssigkristalle auf die gewünschte Lage eingeschränkt werden. Erfindungsgemäß enthält das der Betonmischung hinzugefügte Wasser bereits irgendein geeignetes Material, das leicht mit dem Wasser der Betonmischung mischbar ist und dazu neigt, innerhalb dieses Restwasserkörpers und um diesen herum eine Filterschicht zu bilden, die dazu geeignet ist, einzelnen Wassermolekülen den Durchtritt zu erlauben, jedoch zusammengesetzte, in Ketten gebundene Moleküle zurückzuhalten, die die Flüssigwasserkristalle des Restwassers bilden. Materialien, die diese Forderungen erfüllen, werden im folgenden als "Filtermaterialien" bezeichnet.
• Experimente haben gezeigt, daß die geeignetsten Filtermaterialien solche aus der Familie der Polymere sind, vorzugsweise Harze oder Fasern.
• In Eig. 3a und 3b wird eine bildliche Darstellung des Effekts des Filtermaterials auf die Molekularstruktur des Restwassers gegeben; die beiden Figuren repräsentieren die tatsächliche gewünschte Situation, wenn sie aufeinander gelegt werden, sie sind nur der Klarheit halber getrennt.
• Fig. 3a zeigt den gewünschten Zustand eines Restwasserkörpers, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden soll.
• Es werden zwei Typen von Wassermolekülen gezeigt, nämlich einfache H20-Moleküle (eingekreist) und Ketten von H-O-H-O-H, die sich statistisch nach allen Richtungen erstrecken.
• Der relativ kleine Anteil von einzelnen Molekülen, die im Wasser vorhanden sind, ist das Resultat des Filterprozesses, der durch die Verdampfung und die Absorptionskräfte hervorgerufen wird, die vom ZementpartikelC ausgeübt werden, und zwar durch das Netzwerk der Polymerketten, die schematisch in Fig. 3b dargestellt sind. Die Konvergenzrate der Polymerketten hängt von der Konzentration des Polymermaterials ab, das in das Wasser der Betonmischung gemischt ist, und kann deshalb so vorbestimmt werden, daß der erforderliche Abstand zwischen benachbarten Ketten erreicht wird, d.h., um Einzelmolekülen den Durchtritt zu erlauben, die zusammengesetzten,in Ketten gebundenen Wassermoleküle, die die Flüssigkristalle bilden, jedoch zurückzuhalten.
• Es ist empirisch festgestellt worden, daß die effektive Menge an Polymer-Filtermaterial zwischen 1 und 10 Gew.% der Gesamtmischung liegt.
• Wenn den Wassermolekülen Energie zugeführt wird, wird ein Teil davon im Verflüchtigungsprozeß einzelner Moleküle verbraucht.
• Die Verflüchtigungsenergie muß eine solche Größe haben, daß sie die Kohäsionskräfte überwindet, d.h., die physikalischen Bindekräfte, die zwischen irgendeinem beliebigen Molekülpaar wirken.
• Während eine relativ kleine Energiemenge dazu erforderlich ist, ein Einzelmolekül zu verflüchtigen, wird eine wesentlich höhere Energie benötigt, um ein Polymer zu verdampfen, da es zunächst einem Zersetzungsprozeß unterworfen werden muß, ehe ie Verdampfung stattfinden kann. Mit anderen Worten, der Dampfdruck von Polymeren, ebenso wie von Flüssigkristallen, ist erheblich höher als der Verflüchtigungsdruck für einzelne Moleküle. Es wird damit gewährleistet, daß das umgebende Polymer-Filtermaterial während des Absorptionsprozesses des Zementes und der hohen Kontraktionskräfte, die während dieses Prozesses aktiv werden, wie oben erläutert, nicht geändert, beschädigt oder in anderer Weise beeinflußt wird. Denn solange der Absorptionsprozeß weitergeht, werden überschüssige Einzelmoleküle kräftig ausgesiebt und aus der Restwassermasse herausgestoßen, die stärker und stärker konzentriert wird, in dem Sinne, daß sie einen größeren Prozentsatz kettengebundener Moleküle enthält. Das Restwasser soll schließlich eine höhere Konzentration von Kristallen haben, die den höchsten verfügbaren Oberflächenspannungskräften unterworfen sind (minimaler Meniskusradius) unter den speziellen physikalischen Bedingungen, die zwischen irgendeinem Paar von Zuschlagsstoffoberflächen vorherrschen.
• Es ist hier zu erwähnen, daß von einem chemischen Standpunkt die oben erwähnten physikalischen Bindekräfte gegenüber chemischen Bindungen von sekundärer Größenordnung sind.
• Diese physikalischen Kräfte sind jedoch die Kräfte, die für die Scherfestigkeit des Betons maßgebend sind, während irgendwelche chemischen Bindungen, die vorhanden sein können, nur bevorzugte Widerstandskräfte addieren. Es kann deshalb als ein zusätzlicher "Sicherheitsfaktor" angesehen werden,für die Zwecke de s des Konstruktionsentwurfs Beton zu verwenden, der nach den Lehren der Erfindung hergestellt ist.
• Die praktische Anwendung der Erfindung schließt deshalb ein, ein Filtermaterial hinzuzufügen, vorzugsweise Polymer-Material, das in das Wasser der Betonmischung eingemischt oder in anderer Weise dispergiert wird. Die Wasser-Polymer-Mischung kann zweckmäßigerweise eng im Zusammenhang mit der Herstellung der Betonmischung hergestellt werden.
• Es ist zwar theoretisch denkbar, für den fraglichen Zweck nach der Erfindung irgendwelche beliebigen Arten und Typen von Polymeren zu verwenden, vorausgesetzt, daß sie mit Wasser mischbar sind und nicht selbst die Festigkeit der Betonmischung beeinflussen, Experimente haben jedoch gezeigt, daß Polymere besonders gute Resultate ergeben, die zur Familie der Harze und Fasern gehören, wie noch in den Beispielen erläutert wird.
• So kann beispielsweise Epoxyharz verwendet werden, nämlich Epichlorohydrin, das mit Bisphenol A kondensiert ist, oder Diphenylolpropan. Andere Hydroxyl-haltigen Verbindungen wie Resorcinol, Hydrochinon, Glykole oder Glycerin, können das Bisphenol A ersetzen. Das Härtemittel kannen Polyamin, Polyamid, Harnstoff, Phenolformaldehyd, Säuren und dergl. sein.
• Zweckmäßigerweise ist hier hervorzuheben, um jeden Zweifel zu beseitigen, daß keine Analogie zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und konventionellen Verfahren der Verwendung des Epoxyharzes als Substitut für Zement zu ziehen ist, oder zur Behandlung von Betongüssen mit Epoxyharzen, wie Oberflächenbeschichtung, Druck-Imprägnierung oder -Anhaftung von Epoxyharzen. In solchen Fällen wird das Epoxyharz nach dem Härten des Betons aufgebracht, und es besteht deshalb wenig Möglichkeit für das Polymer, die Lage in Restwasserkörpern zu erreichen und Filternetzwerke aufzubauen.
• Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist, daß die dynamische Festigkeit des Betons, d.h., die Fähigkeit, Stoßbeanspruchungen und Schocks zu widerstehen, ebenfalls erhöht werden kann. Zu diesem Zweck sollte das Filtermaterial ein zusätzliches Polymer vom Fasertyp enthalten, vorzugsweise mit kurzen Fasern. Versuche haben gezeigt, daß die Hinzufügung von beispielsweise Polypropylen in Form von kurzen Fasern (in Längen zwischen 1 cm und 10 cm) in sehr kleinen Mengen, zwischen 0,1 und 0,4 Gew.% der Mischung aus Beton und Harz, in Kombination mit dem Filtermaterial die Stoßfestigkeit besser erhöht hat als die Verwendung von sehr großen Mengen von Stahl oder anderen Verstärkungen (vergl. Beispiel II).
• Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Vorhandensein von Polymerketten, die gleichmäßig in die Betonmischung vor der Polymerisation verteilt werden, zur Bearbeitbarkeit der Betonmischung beiträgt, und zwar während der Handhabung und des Gusses.
• Es ist bereits erwähnt worden, daß das Verhältnis Wasser/Zement optimal 0,4 beträgt, und Abweichungen in der einen oder anderen Richtung die Qualität des Gusses beeinträchtigen. In der Praxis wird jedoch ein höheres Verhältnis, beispielsweise 0,5 - 0,6, verwendet, wenn auch unter merklicher Beeinträchtigung der Endfestigkeit des Betons, um die Mischung weniger viskös zu machen und damit bequemer und effektiver handhabbar, insbesondere in Fällen von größeren Handhabungsdistanzen oder kompliziehtcr# ,e; Versuche haben gezeigt, daß die Hinzufügung des Polymer-Filtermaterials, selbst in einem so niedrigen Verhältnis wie 2 % in Form von sich frei bewegenden Ketten, d.h., vor der Polymerisation, etwas ergibt, was als System von "Lagern" beschrieben werden kann, das die glatte Förderung der Betonmischung durch Kanäle oder dergl. erleichtert, selbst in Fällen, in denen das Wasserverhältnis herabgesetzt wird, um sich dem Optimum von 0,4 zu nähern.
• Es kann daraus geschlossen werden, daß die Erfindung eine einzigartige, leicht anwendbare, bemerkenswert effektive und relativ billige Lösung für Probleme hinsichtlich der Festigkeit und der Bearbeitbarkeit verfügbar macht, die traditionellerweise den naturgegebenen Eigenschaften von Beton zugerechnet werden und deshalb als unlösbar betrachtet wurden.
• Um nur einige wenige der überraschenden und hervorstechenden Vorteile der Erfindung anzugeben, sollen erwähnt werden die Einsparung an Material, Verstärkungen, Transportkosten von vorgegossenen oder vorgespannten Betonelementen, und die stark erhöhte Belastungsfähigkeit, die größere Spannweiten und geringere Investitionen in Gründungen und Säulen ermöglicht.
• Beispiel I Es wurde zunächst eine Betonmischung aus folgenden Bestandteile hergestellt: 1. Harter, sauberer, trockener Kies in Größen über 1 cm (von einem 9,5 mm Sieb (3/8") zurückgehalten) im Gewicht von 27,5 kg, was 50 °% des Gesamtgewichtes aller Zuschläge ausmachte; 2. Harter, sauberer, trockener Kies in Größen kleiner als 1 cm, jedoch größer als 2,4 mm (zurückgehalten von Sieb Nr. 7 entsprechend etwa 2,5 mm Öffnung) im Gewicht von 8,25 kg (15 % des Gesamtgewichtes der Zuschläge); 3. Harter, sauberer Quarzsand größer als 0,6 mm (zurUckgehalten von Sieb Nr. 25 (Sieböffnung etwa 0,63 mm)) im Gewicht von 5,5 kg (10 ,4 des Gesamten); 4. Harter, sauberer, trockener Sand größer als 0,3 mm (zurückgehalten von Sieb Nr. 52 = Sieböffnung etwa 0,3 mm) ebenfalls im Gewicht von 5,5 kg (wieder 10 % der Gesamtmenge); 5. Dünner trockener Sand (zurückgehalten von Sieb Nr. 100 entsprechend etwa Öffnung 0,15 mm) im Gewicht von 5,5 kg (10 % der Gesamtmenge); 6. Sehr kleiner Sand und andere Partikel, kleiner als 0,15 mm, d.h., von Sieb Nr. 100 (Sieböffnung 0,15 mm) durchgelassen, im Gewicht von 2,75 kg (5 % der Gesamtmenge); Das Gesamtgewicht der Zuschläge betrug 55,0 kg.
• 7. Frischer, trockener, gewöhnlicher Zement (Type 1") im Gewicht von 20,0 kg und 8. 7 1 (tatsächlich 7,0 kg) sauberes Zapfwasser.
• Der Herstellungsgang war folgender: A. Ehe das Wasser hinzugefügt wurde, um die Betonmischung zu bilden, wurden 2,0 kg einer Epoxyharzmischung präpariert, wobei handelsübliche "Basis"- und Härter-Komponenten verwendet wurden.
• Das Epoxyharz hatte eine relativ niedrige Viskosität, etwa 600 C.P.S. bei der Umgebungstemperatur von 250 C. Das spezifische Gewicht betrug 1,12 nach dem Mischen der beiden Komponenten, entsprechend den Angaben der Herstellers. Die angegebene "Topfdauer" betrug 1/2 - 3/4 Stunde.
• B. Wasser wurde den Betonzuschlägen hinzugefügt und 10 Minuten lang ordentlich gemischt, so daß 82,0 kg einer gewöhnlichen Betonmischung gebildet wurden, die ein Wasser/Zement-Verhältnis von 0,35 hatte (etwas weniger als das Optimum).
• C. Die Betonmischung wurde in zwei gleiche Partien aufgeteilt, von je 41 kg. Eine der Partien (im folgenden "Mischung 1" bezeichnet) wurde in einen ersten Formsatz gegossen, während ein identischer Satz hergestellt war, der bereit war, die andere Partie (Mischung 2") aufzunehmen.
• D. Das Epoxyharz wurde dann der Mischung II hinzugefügt und weitere 10 Minuten gründlich gemischt, bis das Epoxyharz und Wasser ununterscheidbar waren. Die Mischung 2 wurde dann in den zweiten Formsatz gegossen und beide Sätze wurden durch Vibration komprimiert.
• Proben sowohl von der Mischung t als auch der Mischung 2 wurden für übliche Festigkeitstests genommen (Druck, Zug, Scherung, Biegung und Schocks) nach den folgenden Zeitspannen: (a) 24 Stunden; (b) 7 Tage; (c) 28 Tage und (d) 3 Monate, und es ergaben sich folgende Resultate: Die Druckfestigkeit der beiden Probentypen unterschied sich nach 28 Tagen nicht erheblich voneinander. Es ergab sich jedoch ein deutlicher Unterschied der Festigkeit für Scherung und Zug.
• Während bei den Proben der Mischung 1 (gewöhnlicher Beton) die Festigkeit für reine Zug- und Scherbeanspruchung in bekannter Weise etwa 10 % der Druckfestigkeit entsprach, hatte sie in Proben der Mischung 2 den hohen Wert von 40 % dieser Festigkeit, weiterhin wurde für Proben der Mischung 2 die Festigkeit gegen Zug beim Biegen - gewöhnlich in der Größenordnung von 20 % der Druckfestigkeit - gemessen; sie erreichte etwa 80 %.
• Weiterhin falterten" die Proben der Mischung 2 schneller als die anderen und erreichten eine höhere Festigkeit - selbst nahezu die Endfestigkeit - in den Zeitspannen zwischen (a) und (b), während die Proben der Betonmischung 1 ihre maximale Festigkeit erwartungsgemäß in den Zeitspannen zwischen (c) und (d) erreichten.
• Beispiel II Das Vorgehen nach Beispiel I wurde wiederholt, mit den folgenden beiden Modifikationen: 1. Ein Belüftungsmittel wurde in die Gesamtmischung (Phase (B) in Beispiel I) eingeführt, so daß es etwa 10 % des Volumens ergab (eine extrem hohe Rate - die normal zulässige Rate beträgt 2 %).
• 2. Eine Menge Polypropylenfasernwurde dem Epoxyharz hinzugefügt, das für die Mischung 2 präpariert wurde (Phase (A)). Das Gewicht der Polypropylenfasern betrug 50 g (0,1 % des Gewichtes des Harzes).
• Die Mischungen 1 und 2 wurden in Formen wie in Beispiel I gegossen (nur daß diesmal ein Nadelvibrator beim Gießen verwendet werden mußte) und verglichen, und die Resultate waren wie folgt: (a) Der Beton der Mischung 1 hatte etwa 50 % der Festigkeit der Mischung 1 in Beispiel I, in jeder Hinsicht.
• (b) Die Druckfestigkeit des Betons der Mischung 2 betrug im Mittel 75 °% derjenigen des Beispiels 1. Das mittlere Verhältnis der Festigkeit bei Scherbeanspruchung oder Zug betrug wieder etwa das Vierfache oder sogar mehr von demJenigen der Proben der Mischung 1.
• (c) Stoßprüfungen wurden dadurch durchgeführt, daß zwei ähnliche Proben jeder Mischung gegeneinander geschlagen wurden, unter gleichen Bedingungen, bis eine der Proben sich auflöste.
• In allen Fällen brach die Probe der Mischung 1, während die andere praktisch intakt blieb.
• (d) Eine Probe der Betonmischung 2, 10 cm dick, wurde mit einer Probe der Mischung 1, 20 cm dick, (die anderen Dimensionen beider Proben waren gleich) geschlagen, bis eine Probe brach.
• Es war die dickere Probe der Mischung 1, die sich auflöste.
• Es ist zu erwähnen, daß das Verhältnis der Widerstandsmomente der beiden Proben 22:1 oder 4:1 betrug, was bedeutet, daß bei Stoß die Erhöhung der Festigkeit wieder im gleichen Verhältnis erfolgte wie die Erhöhung der Zug- und Scherfestigkeit, nämlich um den Faktor 4.
• Beispiel III Zwei Partien von je 8,2 kg Gewicht wurden ähnlich wie in den beiden vorangegangenen Beispielen präpariert, das Epoxyharz sowie die Polypropylenfasern der Mischung 2 wurden jedoch durch ein anderes Polymermaterial ersetzt, das nicht zur Gruppe der Harze und Fasern gehört, und zwar entsprechend folgenden Angaben: Gewicht Inhalt Prozent des Gesamtgewichts 1) 1,0 kg Toluol Diisocyanat 10 % 2) 735 g Triäthylen Glykol 7,35 96 3) 30 g Diazetonalkohol 0,3 5' 4) 10 g Adipinsäure 0,1 5' 5) 15 g L-531 oberflachen- 0,15 5' aktives Mittel 6) 10 g Kastoröl 0,1 5' Das Gesamtgewicht der Mischung 2 betrug 10 kg.
• Die Resultate aller Festigkeitsversuche waren denen der Beispiele I und II vergleichbar.

Claims (30)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer Betonmischung, die aus Zuschlägen, Zement und Wasser besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit einem Filtermaterial gemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ein Polymer ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisationszeit des Polymers (Topfdauer) zwischen 1/4 und 1 Stunde liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Harz ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Epoxyharz ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Epichlorohydrin ist, das mit Bisphenol A kondensiert ist, oder Diphenylolpropan.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bisphenol A durch andere hydroxylhaltige Verbindungen ersetzt ist, wie Resorcinol, Hydrochinon, Glykole oder Glycerin.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial 1,0 bis 10 Gew.5' der gesamten Betonmischung ausmacht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymer der Fasergruppe mit dem Filtermaterial kombiniert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserpolymer zwischen 0,1 und 1,0 Gew.% der gesamten Betonmischung ausmacht.

11. Betonmischung, bestehend aus Zuschlägen, Zement und Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser ein Filtermaterial enthält.

12. Mischung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ein Polymer ist.

13. Mischung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisationszeit des Polymers (Topfdauer) zwischen 1/4 und 1 Stunde beträgt.

14. Mischung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Harz ist.

15. Mischung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Epoxyharz ist.

16. Mischung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Epichlorohydrin ist, das mit Bisphenol A kondensiert ist, oder Diphenylolpropan.

17. Mischung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bisphenol A durch andere hydroxylhaltige Verbindungen ersetzt ist, wie Resorcinol, Hydrochinon, Glykole oder Glycerin.

18. Mischung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial zwischen 1,0 und 10,0 Gew.% der gesamten Betonmischung ausmacht.

19. Mischung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymer der Fasergruppe mit dem Filtermaterial kombiniert ist.

20. Mischung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserpolymer zwischen 0,1 und 1,0 Gew.5' der gesamten Betonmischung ausmacht.

21. Verfahren zur Erhöhung der Konzentration von kettengebundenen Molekülen im Restwasser von Beton, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filtermaterial mit dem Wasser gemischt wird und das Wasser der Betonmischung hinzugefügt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial ein Polymer ist.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisationszeit des Polymers (Topfdauer) zwischen 1/4 und 1 Stunde beträgt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Harz ist.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Epoxyharz ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz Epichlorohydrin ist, das mit Bisphenol A kondensiert ist, oder Diphenylolpropan.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Bisphenol A durch andere hydroxylhaltige Verbindungen ersetzt ist, wie Resorcinol, Hydrochinon, Glykole oder Glycerin.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial 1,0 bis 10 Gew.5' der gesamten Betonmischung ausmacht.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polymer der Fasergruppe mit dem Filtermaterial kombiniert ist.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Faserpolymer zwischen 0,1 und 1,0 Gew.5' der gesamten Betonmischung ausmacht.