DE2816102C2 - Betonmischung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Mischung, die unter Zusatz von Wasser zu Beton erhärtet, bestehend aas den Komponenten Zement als Bindemittel, Zuschlagstoffen, wie Sand, Schotter und Kies, und einem Zusatz zur Abbindebeschleunigung und Verbesserung der Eigenschäften des Betons.

Die Mischung kann in allen Teilgebieten des Bauwesens in weitem Umfang verwendet werden, beispielsweise im Wohnungsbau, Brückenbau, Industriebau, Wasserbau u. a. m.

Der hauptsächliche Rohstoff für die Herstellung von Betonen ist eine Mischung, welche aus Zement als Bindemittel, Zuschlagstoff, Wasser und verschiedenen Zusätzen besteht.

Die Zusätze verwendet man zur Regelung verschiedener Eigenschaften des Betons. Eine sachgemäße Verwendung von Zusätzen ermöglicht eine besonders einfache und bequeme Art zur Verbesserung der Eigenschaften der Betone.

In der AT-PS 1 18 238 ist ein Verfahren zur Beschleunigung des Abbindens und der Festigkeitsentwicklung von hydraulischen Bindemitteln mit Hilfe löslicher Kalziumsalze beschrieben, bei dem außerdem noch lösliche Aluminiumsalze, z. B. ein Nitrat oder Chlorid zugefügt wird. Durch Änderung des Mischungs-Verhältnisses zwischen Caiciumsalz und Aluminiumsalz können Abbindebeginn und Abbindezeit beliebig geregelt werden. Durch den Aluminiumchloridzusatz zum Calciumchlorid tritt eine Abbindebeschleunigung ein, so daß schon nach wenigen Stunden außerordentliehe Festigkeiten erzielt werden. Hierfür ist in der genannten Patentschrift angegeben, daß je nach Wahl des Zementes und der Mörtelmischung beispielsweise noch vor Ablauf von 12 Stunden Druckfestigkeiten von über 0,98 N/cm² ei reicht werden können. Diese Werte werden, wie die Ausführungsbeispiele zeigen, sowohl hinsichtlich der Abbindezeiten als auch hinsichtlich der Festigkeitswerte durch die vorliegende Erfindung beträchtlich übertroffen.

Über die Frostbeständigkeit, die Wasserundurchlässigkeit und die Beständigkeit gegenüber chemischen, aggressiven Medien sowie über einen verringerten Zementverbrauch in der Betonmischung ist in der genannten Patentanschrift nichts ausgesagt.

In der DE-AS 20 48 127 ist ein Zementzusatz zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit, der Frühfestigkeit, der Bindescherfestigkeit und der Schrumpfung auf der Grundlage eines sich hauptsächlich aus Calciumsulfoaluminat zusammengesetzten Minerals, welches bei Hydrzton Ettringit mit einem hohen Sulfatgehalt bildet, beschrieben, wobei der Zementzusatz aus 100 Gewichtsteilen dieses Minerals und aus 0,1 bis 2,6 Gewichtstpilen eines organischen Bindemittels, aus 0,005 bis 0,5 Gewichtsteilen eines Schäumemittels und aus 1,0 bis 6,0 Gewichtsteilen eines Dispergiermittels besteht Dieser Zementzusatz kann zusätzlich noch 0,5 bis 10 Gewichtsteile Abbindebeschleuniger enthalten, der aus ZnCl₂, AICI₃, CaCI₂, MgCl₂, FeCI₃, FeCI₂, NiCl₄, CoCl₄, MgBr₂, ZnJ₂, Ca]₂, CHCI₃ oder CCU besteht Die Hauptkomponente des Zementzusatzes ist somit Calciumsulfoaluminat, welches bei Hydration Ettringit bildet und dabei expandiert Der Zusatz an Abbindebeschleuniger von 0,5 bis 10,0Gew.-% ist auf die Menge des Calciumsulfoaluminat-Expandiermittels bezogen. Wenn ein solcher Zusatz mit Zement im Mischungsverhältnis von 5 bis 15Gew.-% Zusatz auf 95 bis 85 Gew.-% Zement gemischt wird, dann kann ein Mörtel erhalten werden, der im wesentlichen alle Eigenschaften eines guten Mörtels aufweist. Bei weniger als 5 Gew.-% kein zufriedenstellender Effekt erhalten, wird mehr als 15Gew.-% verwendet dann nimmt die Festigkeit des Mörtels ab. Die Auslegeschrift läßt nicht erkennen, welche Auswirkungen die Zusätze bei ihrer Anwendung in Betonmischungen ergeben. Außerdem unterscheidet sich die vorliegende Erfindung hinsichtlich der Art und Weise der Einführung des Zusatzes.

In dem Buch »Zement-Chemie« Band HI von H. Kühl, VEB-Verlag Technik Berlin, 1961, Seiten 302 und 303 ist die Wirkung einer großen Zahl von Salzen auf das Abbindeverhalten von Zement beschrieben. Eine spezielle Zusammensetzung einer Betonmischung, wie sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist in diesem Buch nicht beschrieben.

Es sind auch schon verschiedene andere Arten von Zusätzen bekanntgeworden, wie aktivmineralische, füllende Zusatzstoffe, oberflächenaktive Zusatzmittel, Abbindebeschleuniger, Abbindeverzögerer, Komplexzusätze.

Die Kenntnis des Wirkungsmechanismus der Zusätze und ihres Einflusses auf die technologischen und bautechnischen Eigenschaften der Betone macht es möglich, die Kennwerte der Betone zu variieren und Materialien mit einem Komplex vorgegebener nützlicher Eigenschaften zu erhalten.

Besonders verbreitet und bekannt ist eine Mischung auf der Basis von Zement und Sand, hergestellt unter Verwendung von Calciumchlorid als Abbindebeschleuniger (siehe W. N. Sisow et al. »Technologie der Beton- und Stahlbetonerzeugnisse«, Verlag »Hochschule«, Moskau, 1972, Seite 18, in Russisch).

Die Verwendung dieses Zusatzmittels verbessert solche wichtigen Eigenschaften der Mischung wie Abbindebeschleunigung und Erhärtungsbeschleunigung sowie Erhöhung der Festigkeit des Betons.

Ein wesentlicher Nachtei! dieses Zusatzes, der seiner Verwendung, beispielsweise bei der Herstellung von Stahlbetonerzeugnissen und Stahlbetonkonstruktionen, im Wege steht, ist die Korrosionsaggressivität des Calciumchlorids gegenüber der Stahlbewehrung bei def Verwendung von Calciumchlorid in Mengen, die seinen positiven Einfluß auf den Beton bewirken. Deshalb kann man diesen Zusatz in solchen Fällen nur zusammen mit Inhibitoren, beispielsweise mit Natriumnitrit, Natriumsulfat und anderen verwenden. Zur Verbesserung anderer Kennwerte des Betons muß man noch andere

Hilfszusätze, beispielsweise plastifizierende Mittel, Sulfitalkolholester und andere, zugeben.

Außerdem ist die Verwendung von Calciumchlorid begrenzt infolge seiner hohen Kosten und ungenügender Rohstoffbasis.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, einen solchen Zusatz zu der aus den Komponenten Zement als Bindemittel, Zuschlagstoffen, wie Sand, Schotter, Graphit, Keramsit, Schlackenbims und andere Zuschlagstoffe, und einem Zusatz zur Abbindebeschleunigung und Verbesserung der Eigenschaften des Betons bestehende Mischung zu wählen, der zugänglich und nicht teuer ist und der der Mischung hohe nützliche Eigenschaften erteilt, wie Lebensdauer, Festigkeit, Formbeständigkeit, Wasserundurchlässigkeit und Beständigkeit gegen aggressive Medien.

Diese Aufgabe ist, wie aus dem vorstehenden Anspruch ersichtlich, gelöst

Als Bindemittel können beliebige bekannte Zemente, als Zuschlagstoff Sand und Schotter, Graphit, Keramsit, Schlackenbims und andere Zuschlagstoffe verwendet werden.

Das Abfallprodukt der Chlormetallurgie der Titan-Magnesium-Herstellung stellt ein feindisperses Pulver der Fraktion 10 bis 100 μπι dar, welches folgende Verbindungen enthält: TiCI₄, CrCl₃, AlCl₃, NbCI₅, SiCI₄, VCl₅, TaCl₅, FeCl₂, FeCI₃, CaCl₂, ZrCl₄, MnCl₂, MgCl₂, WCl₃.

Dieses Abfallprodukt löst sich gut in Wasser auf und wird erfindungsgemäß in Form einer wässerigen Lösung verwendet.

In Abhängigkeit von der Betongüte wird die Menge aller genannten Komponenten in den angeführten Grenzen gewählt.

Der Zusatz wird in einer Menge von 0,5 bis 3,0 Gew.-% eingeführt, wobei das Gewicht des Chlorions, bezogen auf die der Mischung zugegebene Trockensubstanz, 1,5 Gewichtsprozent nicht übersteigen darf.

Die Zugabe des Zusatzes in einer Menge von weniger als 0,5 Gew.-% (bezogen auf die Trockensubstanz) gewährleistet keinen Komplex der notwendigen Eigenschaften der Mischung, während die Erhöhung der Zusatzmenge über 3,0Gew.-% (bezogen auf die Trockensubstanz) die Eigenschaften der Mischung verschlechtert, weil die anwesenden Chloride eine Korrosion der Bewehrung hervorrufen.

Der verwendete Zusatz ist polyfunktionell. Das ist auf seine chemische Zusammensetzung zurückzuführen. Das Vorliegen von Chloridionen in dem Zusatz erteilt der Mischung Plastizität und bewirkt gleichzeitig eine Beschleunigung der Erhärtung der Betonmischung.

Das in dem Zusatz enthaltene Eisen(II)-chIorid erhöht die Langlebigkeit des aus der erfindungsgemäßen Betonmischung bereiteten Betons und macht den Beton dichter und feuchtigkeitsundurchlässig. TiCl₄, NbCl₅, TaCI₅ erteilen der Betonmischung Korrosionsbeständigkeit

Außerdem ist der verwendete Zusatz ein gutes Bindemittel. Er macht es möglich, den Verbrauch von Zement um 15 bis 30% gegenüber den bekannten

ίο Betonmischungen zu senken. Im ganzen spielt der Zusatz eine wesentliche Rolle in der Erhöhung der Festigkeitswerte des Betons.

Die erfindungsgemäße Betonmischung besitzt verbesserte Kennwerte wie erhöhte Langlebigkeit, eine Druckfestigkeit in der Größenordnung 3351,60 N/cm2, eine Frostbeständigkeit der Größenordnung von 350 Zyklen, eine Wasserdurchlässigkeit von 8 bis 9% und Beständigkeit gegen chemische agressive Medien. Dabei sinkt der Zementverbrauch in der Betonmischung um das 1,3- bis 1,6fache gegenüber den bekannten Betonmischungen.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Betonmischung ist in der technologischen Ausführung einfach und wird wie folgt durchgeführt.

Das Abfallprodukt der Chlormetallurgie der Tiian-Magnesium-Herstellung hydrolysiert man mit Wasser auf einer Hydrolyseanlage bis zur Erzielung einer Lösung bestimmter Dichte. Die erhaltene Lösung führ! man einem Betonmischer zu, in den man vorher Zement und den Zuschlagstoff einbringt. Dem Betonmischer führt man gleichzeitig in erforderlichen Mengen Wasser zu. Die erhaltene Mischung wird verrührt.

Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend folgende konkrete Beispiele angeführt.

Beispiel 1

Man erhält eine Mischung der folgenden Zusammensetzung: Zement 10,0Gew.-%; Sand.+Schotter 89,5Gew.% (bei einem Gewichtsverhältnis 1 :2); Zusatz 0,5 Gew.-% (bezogen auf die Trockensubstanz). Das Abfallprodukt der Chlormetallurgie der Titan-Magnesium-Herstellung hydrolysiert man mit Wasser auf einer Hydrolyseanlage bis zur Erzielung einer Lösung mit einer Dichte von 1,02 g/cm³. Die erhaltene Lösung führt man einem Betonmischer zu, in den man vorher Zement, Sand und Schottet einbringt. Dem Betonmischer führt man gleichzeitig Wasser zu. Die erhaltene Mischung wird verrührt.

Die erhaltene Mischung weist folgende Eigenschaften auf (die Eigenschaften sind im Vergleich mit den Eigenschaften der nach ähnlicher Methodik unter Verwendung von Calciumchlorid als Zusatz erhaltenen Mischung angeführt):

Mischung

Abbindebeginn Std. min.

Abbindeende . Std. min.

Konussenkung

Feuchtigkeit %

Mit Calciumchloridzusatz 2 Std. 35 min. 4 Std. 50 min. 2 bis 3 10,2

Mit dem erfindungsgemäßen Zusatz 1 Std. 25 min. 4 Std. 40 min. 2 bis 3 6,7

Die aus Mischungen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Zusatzes beziehungsweise von Calciumchlorid erhaltenen Betone weisen folgende Kennwerte auf:

Frost besländigkeit, Zvklus

Druckfestigkeit, N/cm¹

Biegefestigkeit. N/cm-

Wasserundurchlässigkeit. %

Mit Calciumchloridzusatz 300

Mit dem erfindungsgemäßen Zusatz 350

2167,32
3395,87

219.66
354.02

12
8 bis 9

Beispiel 2

Man erhält eine Mischung der folgenden Zusammensetzung: Zement 15Gew.-%; Sand + Kies 82Gew.-% (bei einem Gewichtsverhältnis von 1 :1,8): Zusatz 3 Gew.-% (bezogen auf die Trockensubstanz).

Das Abfallprodukt der Chlormetallurgie der Titan- is Magnesium-Herstellung hydrolysiert man mit Wasser.

Die Herstellung der Mischung erfolgt nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methodik mit einer Ausnahme, daß man die wässerige Lösung des Abfallproduktes der Chlormetallurgie mit einer Dichte von 1,16 g/cm³ erhält

Die Eigenschaften der erhaltenen Mischung und des Betons sind analog den Eigenschaften der Mischung beziehungsweise des Betons des Beispiels 1.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mischung, die unter Zusatz von Wasser zu Beton erhärtet, bestehend aus 10 bis 15Gew.-% Zement als Bindemittel, 82 bis 89..5 Gew.-% Zuschlagstoffen, wie Sand. Schotter und Kies, und 0,5 bis 3 Gew.-% eines Zusatzes zur Abbindebeschleunigung und Verbesserung der Eigenschaften des Betons, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz eine durch Hydrolyse eines feindispersen Pulvers der Fraktion 10 bis ΙΟΟμιυ des Abfallproduktes der Titan-Magnesium-Herstellung, das die Verbindungen TiCl₄, CrCl₃, AlCl₃, NbCi₅, SiCI₄, VCl₅, TaCl₅. FeCl₂, FeCl₃, CaCl₂, ZrCl₄, MnCI₂, MgCI₂ und WCl₃ enthält, mittels Wasser auf eine Dichte von 1,02 bis 1,16 mg/cm³ eingestellte wäßrige Lösung ist