DE2649709B2 - Leichtbeton und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Leichtbeton und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Lciehtbetor mit niedriger
thermischer Leitfähigkeit und guten mechanischen Festigkeiten sowie ein Verfahren /u seiner Herstellung.
Es ist bekannt, daß man zur Herstellung thermisch gut isolierter Bauten einen Beton verwenden kann, dem
expandierte Zuschläge zugesetzt werden, um die thermische Leitfähigkeit zu erniedrigen. Darüber hinaus
hat ein solcher Beton den Vorteil, leichter zu sein als ein klassischer Beton, wodurch wesentlich leichtere, nichttragende
Elemente hergestellt werden können, welche den Aufwand an tragenden Baukörpern wesentlich
reduzieren.
Bei der Herstellung solcher Leichtbetone stößt man auf mehrere gleichzeitig auftretende Schwierigkeiten;
ί I. Man erhält, wenn man versucht, die Dichte des Betons zu sehr zu verringern, eine zu geringe mechanische Festigkeit
ί I. Man erhält, wenn man versucht, die Dichte des Betons zu sehr zu verringern, eine zu geringe mechanische Festigkeit
2. Die Verwendung von expandierten Zuschlägen, die dem Beton zugesetzt werden, bewirkt, daß mit einer
ι η Bauwerksfeuchte gerechnet werden muß, die wesentlich
über der Ausgleichsfeuchte liegt
3. Die Verwendung von expandierten porösen Zuschlagen bewirkt, daß der Beton durch Wasseraufnahme
der Zuschläge sehr schnell ansteift. Deshalb müssen die Zuschläge entweder vorgenäPt werden oder
man muß die Konsistenz durch erhöhte Wasserzugabe viel weicher einstellen, um beim Einbau die gewünschte
Konsistenz zu erreichen. Daraus folgt, daß der Beton sein Wasser nur sehr langsam verlien, daß das
jii Ausschalen erst nach längerer Zeit vorgenommen
werden kann und daß das Schwinden des Betons über einen zu langen Zeitraum erfolgt,
4. Die Zugabe von expandierten Zuschlägen zum Beton kann kaum einen homogenen Beton liefern, da im
Moment des Verdichtens des Betous eine Entmischung der Zuschläge erfolgt, die dazu führt, daß die leichteren
Zuschläge aufschwimmen und die Feinanteile sich im unteren Bereich zusammenballen. Dadurch entsteht ein
Beton mit heterogenen Eigenschaften und Verdich-
jo tungsporen.
Um die geschilderten Schwierigkeiten zu beheben, hat man bereits vorgeschlagen, in den Beton zusätzlich
zu den expandierten Zuschlägen, weiche die thermische Leitfähigkeit und seine Dichte verringern, einen Zusatz
)-, hinzuzufügen, der die Wassermenge, die zum Einbau des
Betons notwendig ist, erniedrigt. Solche Zusatzmittel mit wasserredu/i'-render Eigenschaft erlauben, unter
Beibehaltung aiii, übrigen Komponenten, die anzuwendende
Anmachwassennenge zum Erhalt eines einge-
ID bauten Kubikmeters Beton zu verringern: Daraus
resultiert, daß sich die Erhärtungszeit und damit die Ausschalfrist verringert, was sich durch eine Erhöhung
der mechanischen Festigkeiten nach I, 7 und 28 Tagen ausdrückt. Es ergibt sich daraus weiterhin, daß die
r> Periode des Schwindens des Leichisbetons verringert
wird, wobei sie von mehreren Jahren auf wenige Monate zurückgeht. Durch die Zugabe eines wasserreduzierenden
Zusatzmittels wird jedoch nicht vermieden, daß der Beton porös und seine Bauwerksfeuchte hoch
,.ι bleibt, so daß er als feuerhemmende Barriere ungeeignet
bleibt. Ferner läßt die Verwendung eines solchen Zusatzes nicht nur das Entmischen der expandierten
Zuschläge im Moment des Verdichtens des Betons nicht vermeiden, sondern führt darüber hinaus sogar zu einer
,-, Verminderung der Homogenität des Betons, was auf einem Verflüssigungseffekt beruht, welcher die Entmischungbegünstigt.
Um die Schwierigkeiten zu beheben, die sich aus der Porosität und der Kapillarität des Betons ergeben, hat
w) man auch bereits vorgeschlagen, dem Leichtbeton
außer dein wasserreduzierenden Mittel auch ein weiteres Ziisat/.mittei zuzufügen, das aus einem
hydrophobierenden Produkt, wie z. B. einem Stearat, besteht und einen synergistischen Effekt zeigt (Tonind.
h-, Ztg. 95 (1971). 49). Die Zugabe eines solchen Produkts
hydrophobiert den Beton derart, daß die Wiederaufnahme von Wasser nach dem Trocknen verhindert wird.
Diese Hydrophobierung verhindert jedoch das Trock-
nen nicht und erlaubt konsequenterweise den Abgang von Wasserdampf im Verlauf des Erhärtens des Betons.
Durch diesen Zusatz wurde der Leichtbeton zwar schon weitgehend verbessert, aber damit wurde noch nicht
verhindert, daß sich der Beton während des Verdichtens
entmischte und eine wenig homogene Masse bildete. Die vorliegende Erfindung hat daher zum Ziel, einen
Leichtbeton zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu
finden, welches das Problem der Entmischung der Betonkomponenten löst, indem erreicht wird, daß s;ich
die feinen Anteile um die grobkörnigen Zuschlagsstciffe so fest anordnen, daß auch beim Verdichten keiine
Entmischung erfolgt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen definierte Erfindung.
Als expandierte Zuschlagstoffe für den Leichtbeton kommen verschiedene natürliche und/oder künstlich
hergestellte Produkte in Frage. Zu den natürlich vorkommenden Mineralien sind beispielsweise zu
zählen: Bims, T'jff, Kieselgur, geblähte Mineralien wie Obsidian oder Schiefer. Zu den technisch herstellbaren
Zuschlagen zählen z. B. Hochofenschlacke, Vermiculit,
Perlit, Calciumsilikate, Schaumglas sowie organiüch geschäumte Stoffe auf Basis Polystyrol und Polyurethan. >i
Eine bevorzugte Zusammensetzung des Leichtbetons enthält pro Kubikmeter eingebauten Betons
100 bis 1501 Blähtonsand mit einem Größtkorn
< 2 mm und einer Rohdichte zwischen 0,70 und 0,78 kg/dm1
250 bis 3001 Blähtonsand einer Korngröße von 1 bis
3 mm jnd einer Rohdichte von 1 bis 3 mm und einer Rohdichte von 0,62 bis
0,75 kg/dm3
180 bis 250 I Blähton mit einem Korn-ufbau zwischen 4 >Ί
und 10 mm und einer Rohdichte von 0,47 bis 035 kg/dmJ
600 bis 7001 Blähschiefer mit einem Kornaufbau von 5
bis 10 mm und einer Rohdichte von 0,38 bis 0,45 kg/dm1 4n
Wesentliche Komponente der Erfindung ist das komplexe Zusatzmittel. Das wasserreduzierende Miltel
besteht mindestens aus einer Verbindung mit wr sssrreduzierender Wirkung. Mittel mit wasserreduzierender 4-,
Wirkung sind bekannt. Verwendung finden für diesen Zweck insbesondere Sulfonsäuregruppen aufweisende
Verbindungen wie Naphthalin-Formaldehyd- und Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte
bestimmter Molekülgröße und Sulfonatgruppengehalts, Ligninsulfonate
und Kombinationen von Salzen von Zuckersäuren mit Aminosäuren. Bevorzugt werden für die
Erfindung jedoch Sulfonsäuregruppen enthalterde Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte verwendet,
welche die Verdichtungswilligkeit des Betons -,-> erhöhen und somit dessen Verarbeitbarkeit verbessern.
Die Verwendung von Hydrophobierungsmitteln in Beton ist bekannt. Das hydrophobierende Mittel ist
mindestens aus einer Verbi idung mit hydrophobiercnder
Wirkung zusammengesetzt. Verwendet werden «> hierfür z. B. Paraffinöle, Wachse, Harze, natürliche
Fettsäuren sowie synthetisch hergestellte, geradkettige
und verzweigte Monokarbonsäuren mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen im Molekül. Zemente, die mit
solchen Produkten gemischt werden, verleihen dem <,>
Beton gute hydrophobierende Eigenschaften. Vorzugsweise verwendet man als Hydrophobierungsmittei
Metallsalze von höheren aliphatischen Fettsäuren.
insbesondere Zink-, Calcium- oder Magnesiumsalze der
Stearin-, Palmitin-, Laurin-, Caprin-, Capron-, ölsäure.
Mit gleichem Erfolg lassen sich auch Silikone als Hydrophobierungsmittel einsetzen.
Als Polyalkylenglyko! verwendet man bevorzugt ein Polyäthylenglykol mit einem Molekulargewicht von
100 000 bis zu über 5 Millionen. Bevorzugt verwendete Produkte weisen in wäßriger Lösung bei 25° C in
0,3-mol-%iger Konzentration eine Viskosität von
ungefähr 50 bis 150mPas und als l°/oige Lösuig eine
Viskosität von ungefähr 2500 bis 3500 mPas auf.
Mit Hilfe des mineralischen Trägermaterials, das bevorzugt in dem komplexen Zusatzmittel enthalten ist,
gelingt es, eine homogene Mischung der unterschiedlichen Komponenten herzustellen. Als mineralisches
Trägermaterial verwendet man mindestens eine vorzugsweise feingemahlene Verbindung wie Calciumcarbonat.
Calciumhydroxid, Dolomit, verschiedene Quarzqualitäten, Silikate oder Tone. Bevorzugt wird hierfür
Zement, z. B. Portlandzement, eingesetzt
Das zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leichtbetons
niedriger thermischer Leitfähigkeit und guter mechanischer Festigkeit besonders geeignete Zusatzmittel
enthält
von 10 bis 40 M.-Teile wasserreduzierendes Mittel
von 10 bis 40 M.-Teile hydrophobierendes Mittel
von 25 bis 100 M.-Teü*. mineralisches Trägermaterial
von 0,5 bis 5 M.-Teile Polyalkylenglykol.
von 10 bis 40 M.-Teile hydrophobierendes Mittel
von 25 bis 100 M.-Teü*. mineralisches Trägermaterial
von 0,5 bis 5 M.-Teile Polyalkylenglykol.
Aus dem angegebenen Bereich, der von 1,5 bis 5%
Zusatzmittel, bezogen auf die Zementmasse, geht, wählt man vorzugsweise ein Verhältnis zwischen 2 und 3
M.-°/o.
Bei einer bevorzugten Herstellungsweise für den erfindungsgemäßen Leichtbeton wird das komplexe
Zusatzmittel den expandierten Zuschlagen und dem Zement in trockenem Zustand zugefügt. Das notwendige
Anmachwasser wird erst später hinzugegeben. Man dosiert vorzugsweise 2 bis 3% des Zusatzmittels,
bezogen auf die Zementmasse. Der Wasserzementwert liegt zwischen 0,30 und 0,50 und vorzugsweise zwischen
0,34 und 0,40. Der verwendete Zement ist ein Portlandzement, z. B. vom Typ Portlandzement PZ 350
F. Zur Herstellung eines Kubikmeters verdichteten und eingebauten Betons verwendet man vorzugsweise 250
bis 300 kg Zement sowie expandierte Zuschläge, die aus einer Mischung verschiedener Produkte unterschiedlicher
Sieblinie zusammengesetzt sind.
Die erfindungsge.näß erhaltenen Vorteile beruhen auf der Verwendung eines komplexen Zusatzmittels,
welches bewirkt, daß sich die kleinen Zuschläge um die großen anordnen, und daß die Zuschläge vor Zugabe
zum Beton nicht befeuchtet werden müssen. Dadurch erreicht man eine Reduzierung der Rohdichte des
erhaltenen Bstons. Die erfindungsgemäße Verwendung eines homogenisierenden Zusatzmittels, kombiniert mit
Zusätzen mit wasserreduzierender und hydrophobierender Wirkung, führt nicht nur dazu, daß die
qualitativen Vorteile, die jedem der Zusätze zugesprochen werden, aufrecht erhalten bleiben, sondern daß
man zusätzlich einen synergistischen Effekt erreicht, so daß man einen Leichtbeton erhält, der eine gute
thermische Isolation aufweist, homogen ist, schnell ausgeschaltet werden kann und eine gute Festigkeit
besitzt.
Erfindungsgcmaß erhält iiuni einen homogenen
Leichtbeton, der eine Rohdichte nach 7 Tagen erreicht.
die gleich oder niedriger als 1 ist und der gute mechanische Eigenschaften aufweist. Das Erhärten des
Betons findet in einer genügend kurzen Zeit statt und man erhält mechanische Eigenschaften nach 7 Tagen,
die deutlich über denen eines Betons liegen, der bei 5 ansonst gleicher Zusammensetzung nur ein Mittel mit
hydrophobierender Wirkung nach dem Stand der Technik enthält Die Wirksamkeit des komplexen
Zusatzmittels bei der Herstellung eines Leichtbetons beruht darauf, daß die kleinen Körner der expandierten
Zuschlagstrffe die großen Teile dicht umhüllen, ohne daß irgendwelche Entmischung sichtbar wird.
Das erfindungsgemäß verwendete, homogenisierende Zusatzmittel verleiht dem Beton thixotrope Eigenschaften.
Dadurch erhält der erfindungsgemäße Beton π beim Einbau eine gewisse Steifheit, so daß er auch von
einer leicht geneigten Unterlage niciit abläuft, aber trotzdem über einen Zeitraum von wesentlich mehr als 1
Stunde gut verarbeitbar und einbaufähig bleibt.
Um die Erfindung und die dadurch erzielten Vorteile näher zu erläutern, wurden Vergleichsversuche durchgeführt.
Hierau wurden unter völlig gleichen Bedingungen und Zusammensetzungen vier Leichtbetone hergestellt,
deren Eigenschaften verglichen wm Jen.
Zur Herstellung der Betone mischt rnnn bei jedem 2ί
Versuch in einem Zwangsmischer mit vertikaler Achse mit 350 U/Minute zunächst 30 Sekunden lang 280 kg
Zement (Portlandzement CPA der Klasse 400) mit 1290 Litern expandierenden Zuschlägen und dem eventuell
verwendeten Zusatzmittel. Danach gibt man das j» Anmachwasser in solcher Menge hinzu die gerade
ausreicht, nach einer Mischzeit von weiteren 2 Minuten eine zum Einbau des Betons ausreichende Verarbeitbarkeit
zu erzielen.
Die Zuschläge haben in allen Fällen die folgende r, Zusammensetzung:
1001 Blähtonsand
mit einer Korngröße < 2 mm
3001 Blähton 4"
3001 Blähton 4"
rrv1 einer Sicblinie zwischen 1 und J mm
2401 Blähton
2401 Blähton
mit einer Sieblinic zwischen 4 und 10 mm
6501 Blähschiefer
6501 Blähschiefer
mit einer Sicblinie zwischen 5 und 10 mm. 4l
Der so erhaltene Beton wird nach klassischen Methoden eingebaut und verdichtet.
Der Beton des Beispiels I wurde ohne Znsatzmittcl
hergestellt.
Der Beton des Beispiels 2 enthält zusätzlich 7 kg eines
Ziisatzmittcls bestehend aus
a) 1,4 kg eines Sulfonsäurcgruppcn enthaltenden Kondcnsationsprodiiktcs aus Melamin und Formaldehyd,
wie es z.B. in der DH-PS 23 59 291 beschrieben wird.
b) 0,035 kg Poiyäthylenglykol mit einer Viskosität von 100 mPas in einer 0,3 M.-%igen wälirigen Lösung.
c) 5,565 kg eines pulverförmigen mineralischen
Trägermaterials (Zement).
Der Beton des Beispiels 3 enthält die unter Beispiel 2 angegebene Menge des Sulfonsäuregruppen aufweisenden
Melamin-Formaldehyd-Kondensationsproduktes sowie zusätzlich 2,24 kg Calciumstearat und 3 36 kg
Zement.
Die Beispiele 1 bis 3 sind Vergleichsbeispiele.
Das Beispiel 4 entspricht dem erfindungsgemäßen Verfahren. Den Zuschlagsstoff und dem Zement werden
7 kg des Zusatzmittels zugegeben, das folgende Zusammensetzung aufweist:
a) 1,4 kg eines Sulfonsäuregruppen enthaltenden Melamin-Formaldehyd-Kondensationsproduktes
b) 2,24 kg Calciumstearat
c) 0,035 kg Poiyäthylenglykol
d) 3,325 kg Portlandzement als mineralisches, pulverförmiges
Trägermaterial.
Wie in den Beispielen 1 b\r- 3 wurde soviel
Anmachwasser zugegeben, daß nach einer Mischzeit von weiteren 2 Minuten eine ausreichende Verarbeitbarkeit
zum Einbau des Betons erzielt wurde.
Die nachfolgende Tabelle 1 gibt die Versuchsergebnisse der nach den Beispielen 1 bis 4 erhaltenen Betone
wieder. Die Werte der Zeile 1 zeigen, daß durch Verwendung von Zusatzmitteln nach dem Stand der
Technik zur Erzielung einer gleichen Verarbeitbarkeit weniger Anmachwasser benötigt wird als für einen
Beton ohne Zusatzmittel. Ohne weitere Erhöhung des Anteils an wasserreduzierendem Zusatzmittel wird
durch Zugabe des erfindungsgemäßen, mehrere Komponenten enthallenden Zusatzmittels der Bedarf an
Anmachwasser deutlich weiter verringert. Diese gleichzeitige Verwendung der Zusätze in dem mehrere
Komponenten enthaltenden Zusatzmittel belegt den synergistischen Effekt, der erfindungegem?ß erhalten
wird.
Zeile 2 zeigt, daß der crfindurigsgemäß zusammengesetzte
Beton länger verarbeitbar bleibt als ein Beton ohne Zusatzmittel.
Aus den Zeilen 2 und 4 ist ersichtlich, daß die 7- und
28-Tage-Druckfcstigkciten des erfindungsgemäßen Betons höher sind als die jedes Verglcichsbctons Dies gilt
auch für die I-. 7- und 28-Tagc-Bicgezugswerte, wie die Ergebnisse der Zeilen 5,6 und 7 beweisen. Dabei sind die
Rohdichtc-Wcrtc nach 7 und 28 Tagen des erfindungsgemäßen Betons niedriger als die der Vcrglcichsbctonc
(Zeilen 8 und 9).
Dementsprechend besitz! der crfinclungsgemäßc Beton die günstigste thermische Leitfähigkeit.
Bei Unterwasscrlagcrung hat der erfindungsgemäße Beton nach 28 Tagen weniger als 5% Feuchtigkeit
aufgenommen Die Vei jrlcichsbctonc zeigen höhere
Massenzunahmen.
Tabelle I | Beispiel I | Beispiel 2 | Beispiel 3 | Beispiel 4 |
145 W) |
121 75 |
121 40 |
101 75 |
|
I) Minimal notwendige Wasscrmcngc (in Litern) 2) Mögliche Verarbeitungszeit (in Minuten) |
||||
Fortsetzung
Beispiel I | Beispiel 2 | Beispiel 3 | Beispiel t | |
3) 7-Tage-Druckfesti|skeit (in N/mm2) |
9,7 | 10,7 | 9,8 | 12,0 |
4) 28-Tage-Druckfestigkeit (in N/mm2) |
9,4 | 10,9 | 10,0 | 17,0 |
5) 24-Stunden-Biegej:ugfestigkeit (in N/mm2) |
1,0 | 0,9 | 0,8 | 2,0 |
6) 7-Tage-Biegezugfestigkeit (in N/mm2) |
1,6 | 1.8 | 1,7 | 2,4 |
7) 28-Tage-Biegezugfestigkeit (in N/mm2) |
2.0 | 2,2 | 2,1 | 3,0 |
8) Rohdichte nach 7 Tagen (in kg/dm') |
1.03 | 1,02 | 1,03 | 0,93 |
9) Rohdichte nach 2S! Tagen (in kg/dm1) |
1.02 | 1.02 | 1,02 | 0,89 |
10) Wänne-Leitrahigkeit (in W/m2) |
0.32 | 0,33 | 0,32 | 0,24 |
II) Entmischung | stark | schwach | mittel | keine |
12) Feuchtigkeitsaufnahme (Unterwasserlagerung während 28 Tagen) |
>I5M,% | >10M,% | <5 M.-% | <5 Ni.-" |
Claims (9)
1. Leichtbeton mit niedriger thermischer Leitfähigkeit und guten mechanischen Festigkeiten auf
Basis von Zement, expandierten Zuschlagen, Anmachwasser, Mitteln mit wasserreduzierender Wirkung
und Mitteln mit hydrophobierender Wirkung, dadurch gekennzeichnet, daß er in frischem
Zustand je Kubikmeter verdichteten und eingebauten Betons UOO bis 14001 expandierte
Zuschläge, 200 bis 350 kg Zement, 70 bis 175 kg Anmachwasser und 1,5 bis 5 Massen-%, bezogen auf
die Zementmassc, eines komplexen Zusatzmittels enthält, welches aus dem Mittel mit wasserreduzierender
Wirkung, dem Mittel mit hydrophobierender Wirkung, Polyalkylenglykol und gegebenenfalls
einem mineralischen Trägermaterial besteht.
2. Beton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel 10 bis 40 Massen-Teile
eines wasserreduzierenden Mittels, 10 bis 40 fviassen-Tei'e eines hydrophobierenden Mittels, 0,5
bis 5 Massen-Teile Polyalkylenglykol und 25 bis 100 Massen-Teile mineralisches Trägermaterial enthält.
3. Beton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserreduzierende Mittel
des komplexen Zusatzmittels ein Sulfonsäuregruppen enthaltendes Melamin-Formaldehyd-Kondensationsproduktist.
4. Beton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobierende Mittel
des komplexen Zusatzmittels ein Silikon oder Metallstearat, vorzugsweise Calciumstearat ist.
5. Beton nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Polyäthylenglykol einer
Viskosität von 50 bis 150mPas in 0,3mol-%iger wäßriger Lösung bei 25° C.
6. Beton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er 2 bis 3
Mol-% des komplexen Zusatzmittels, bezogen auf die Zementmasse, enthält.
7. Beton nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die enthaltenen expandierten Zuschläge
Blähprodukte von natürlich vorkommenden Mineralien sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines Betons gemäß
Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Zusatzmittel trocken mit den expandierten
Zuschlagen und dem Zement vormischt und das notwendige Anmachwasser danach hinzugibt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Betons nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Wasserzementwert /wischen 0.30 und 0,50. vorzugsweise
zwischen 0.34 und 0.40 eingestellt wird.
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OAP | Request for examination filed | ||
OD | Request for examination | ||
OGA | New person/name/address of the applicant | ||
8235 | Patent refused |