DE3622568A1 - Verfahren zur herstellung von vormoertel als ausgangsprodukt fuer die herstellung von moerteln und betonen mit erhoehter festigkeit - Google Patents

Description

Die bisher üblichen Mörtel und Betone werden bei zunehmend an Bedeutung gewinnenden neuen Bauverfahren und Bauaufgaben neu­ artigen oder verstärkten Beanspruchungen vielfach derart aus­ gesetzt, daß sie diesen nicht mehr zuverlässig standzuhalten vermögen.

Im Mauerwerksbau z.B. stellen die immer mehr zur Anwendung kom­ menden großformatigen, hoch wärmedämmenden Mauersteine, mit nur noch teilweise oder überhaupt nicht mehr vermörtelter Stoß­ fuge die herkömmlichen Mörtel - Putz gleichermaßen wie Mauer­ mörtel - vor völlig veränderte Bedingungen. Der größere Stein reduziert den Mauermörtelanteil, bringt aber gleichzeitig größ­ ere Kräfte aus seinem Schwind-Dehn-Verhalten in das Mauerwerk ein, die wiederum der Mauermörtel, ohne zu reißen, aufnehmen soll. Durch Einsparung bei der Vermörtelung der Stoßfuge wird aber der Mauermörtelanteil zusätzlich reduziert. Durch Unacht­ samkeit bei der Steinherstellung oder Steinvermauerung können derartige Stoßfugen im neuen Mauerwerk auch noch breit ausein­ anderklaffen. Risse im Mauerwerk entstehen zusätzlich verstärkt durch hoch wärmedämmende Steine, die durch Eigenspannungen von der Herstellung her oder durch Frosteinwirkung in der Bauphase selbst Sprünge bekommen können. Risse im Mauerwerk erfordern generell vom Putzmörtel rißüberbrückende Festigkeitseigenschaf­ ten, die jedoch übliche Mörtel so gut wie nicht aufweisen.

Eine Erhöhung der Festigkeit des Mörtels durch Zugabe von mehr Zement löst das Problem nicht, weil solche Mörtel an Elastizi­ tät verlieren und beim Abbinden zusätzlich Eigenspannungen auf­ bauen. Mauermörtel mit einem hohen Zementanteil bedürfen über­ dies einer sorgfältigen Nachbehandlung, damit sie nicht nur die angestrebte hohe, sondern überhaupt eine Festigkeit bekom­ men. Möglichst hohe Elastizität und möglichst wenig Eigenspan­ nung sollte ganz besonders der Putzmörtel besitzen. Dieser Putzmörtel ist ohnehin aufgrund der stark erhöhten Wärmedämmung moderner Mauersteine einer verstärkten Wärmespannung ausgesetzt, da die von der Sonneneinstrahlung verursachte Erwärmung nur in geringem Maße in das Mauerwerk abgeleitet werden kann.

Eine Möglichkeit, die Zugfestigkeit zu erhöhen, und zwar glei­ chermaßen von Mauermörtel wie von Putzmörtel, wäre die Unter­ mischung von Fasern zur Armierung. Laborversuche haben gezeigt, daß die Faserbewehrung nicht den gewünschten Erfolg bringt, weil die Einbindung im Mörtel nicht fest genug erfolgt; die Fasern haben nur wenig Halt und rutschen ohne großen Widerstand durch den sie umgebenden Mörtel. Schäden in der Praxis haben diese Erkenntnisse aus Laborversuchen bestätigt.

Statt herkömmlichen Mauermörtel könnte man Leichtmauermörtel vorsehen, da dieser im Schwind-Dehn-Verhalten den hoch wärme­ dämmenden Steinen besser angepaßt ist. Leichmauermörtel hat je­ doch eine so geringe Festigkeit, daß sich seine Verwendung in Anbetracht der erhöhten Kräfte aus den Mauersteinen auf den reduzierten Mörtelanteil (Großformat und nur noch teilweise Vermörtelung der Fugen) nicht empfiehlt.

Im Betonbau wird z.B. geringeres Schwinden (bedingt durch den Abbindeprozeß) und erhöhte Festigkeit bei den zunehmend zur Ausführung kommenden Sanierungs- und Verstärkungsbaumaßnahmen gefordert. Der neue Beton soll sich in Form von Überzügen oder Plomben mit dem alten Beton möglichst gut verbinden und mög­ lichst gut verbunden bleiben.

Um die Problematik des Schwindens von unter Verwendung von Zement hergestellten Mörteln und Betonen auszuschalten, wurden schon seit mehr als 60 Jahren sogenannte Quellzemente entwick­ elt. Ihre Wirkung beruht auf Treiberscheinungen im Zement­ stein. Soweit bekannt, wurden und werden dafür Kalk, Magnesia und Sulfat zur Auslösung der entsprechenden chemischen Reaktion in bestimmter Form und Menge zugegeben. Derartige Quellzemente haben sich auf dem Markt kaum, in Deutschland überhaupt nicht eingeführt. Sie sind sehr genau zusammenzusetzen und in den Beton unterzumischen, damit die Treiberscheinungen nicht zu stark wirken und den Beton zersprengen. Außerdem wurde bei allen Betonen mit Quellzement ein Festigkeitsverlust gegenüber Beton mit normalen Zementen festgestellt. Prof. Wichers führte dazu auf dem Deutschen Betontag 1969 aus: "Es ist ein Charak­ teristikum für alle Quellbetone, daß mit zunehmendem Quellmaß eine kleinere Druckfestigkeit erhalten wird". Quellbetone sol­ len aber gerade hohen Ansprüchen in jeder Richtung gerecht wer­ den können, weil sie in der Regel nur in solchen Fällen ihren höheren Preis zu rechtfertigen in der Lage sind.

Technische Möglichkeiten zur Erhöhung der Festigkeit von Mörteln oder Betonen durch Verbesserung der Haftung des Zementsteines am Zuschlag oder an Fasern haben Rehm, Diem und Zimbelmann in Heft 283 (1977) der Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton aufgezeigt. Obwohl in Laborversuchen die Haft­ festigkeit des Zementsteines am Zuschlag, gemessen nach 28 Tagen, um 200 bis 300% gesteigert werden konnte, war es bisher nicht möglich, ein Verfahren zur praxisgerechten Anwendung die­ ser Erkenntnisse zu finden. Das vorgesehene Aufziehen von Wasser­ glas auf den Zuschlag und das Zumischen eines Füllers mit latent hydraulischen bzw. puzzolanischen Eigenschaften zum Wasserglas vor der Zugabe des Bindemittels Zement wurde bisher noch nicht im großtechnischen Maßstab durchgeführt. Für die Sicherstellung des gewünschten Erfolges ist dafür noch kein geeigneter Weg gefunden worden.

Durch die Erfindung wird es möglich, das den Quellzementen zu­ grunde liegende System so mit den von Rehm, Diem und Zimbelmann vorgeschlagenen Möglichkeiten der Festigkeitssteigerung zu ver­ binden, daß mit einem in der Praxis gut anwendbaren Verfahren Mörtel oder Betone mit stark abgesenkter Schwindung beim Ab­ binden unter gleichzeitiger Verbesserung der Festigkeitseigen­ schaften hergestellt werden können, die überdies bei Zugabe von Fasern die damit angestrebte Wirkung einer Bewehrung in her­ vorragender Weise zur Geltung bringen. So ist es möglich, Mörtel und Betone hohen Anforderungen in der Praxis optimal an­ zupassen. Z.B. kann auch ein höherer Zementgehalt insgesamt und/oder ein Zement einer höheren Festigkeitsklasse vorgesehen werden, als man dies heute mit Rücksicht auf den Schwindungs­ vorgang beim Abbinden gestattet, weil dieser Vorgang durch die Quellwirkung weitgehend kompensiert wird. Fasern werden bei diesem Verfahren auf doppelte Weise vom Zementstein festgehal­ ten: durch die verbesserte Haftung und durch den Einspanneffekt der Quellung.

Um das vorgegebene Ziel zu erreichen, wird trockener oder feuch­ ter Sand in einem ersten Mischgang mit Wasserglaslösung umhüllt. Um den Feuchtegehalt abzusenken, wird in einem zweiten Misch­ gang Bindemittel bestehend aus latent hydraulischen oder puzzo­ lanischen Stoffen, wie z.B. Flugasche und gemahlener Hütten­ sand, unter Zugabe eines Anregers auf der Basis von Kalk oder Sulfat sowie eventuell weiterer trockener Sand so eingemischt, daß eine Vormörtelmischung entsteht, die leicht aus einem Silo ausfließt oder auch als blasbare Mischung sich leicht fördern läßt.

Zur Steuerung der unter späterer Zumischung von Zement und even­ tuell weiterem Zuschlag angestrebten Quellung des Mörtels bzw. Betons ist die Zugabe eines speziell gebrannten Klinkers in zu Mehl gemahlener Form als ganzer oder teilweiser Ersatz der la­ tent hydraulischen bzw. puzzolanischen Stoffe samt Anregerzu­ satz auf Kalk- oder Sulfatbasis unter Umständen vorteilhaft. In diesen Klinker kann Magnesia als Treibanreger aufgenommen werden. Als weiterer Treibanreger ist Kieselsäure, die mit den Alkalien der Mischung treibend reagiert, in Betracht zu ziehen. Diese wird direkt in den Vormörtel eingemischt. Die Treibung von Kalk und Sulfat läuft normalerweise dem Schwindprozeß des abbinden­ den Betons voraus. Die Alkali- und Magnesiatreibung verläuft demgegenüber langsamer.

Ein wesentlicher Effekt der geschilderten Herstellung des er­ findungsgemäßen Vormörtels ist die Vorvermischung der Kompo­ nenten des Vormörtels und die stattfindende Vorhydratisierung des Bindemittels auf der Basis von nur langsam reagierenden hydraulischen bzw. puzzolanischen Stoffen. Das Gemisch behält eine Restfeuchte. Es ist gerade so feucht, daß seine Verarbei­ tung mit industriellen Bauverfahren möglich ist. Ein Wasser­ gehalt im Bereich von 0,25 bis 2,5 Gew.-% wird als zweckmäßig angesehen.

Außerdem wird die Verteilung von eventuell zugesetzten Fasern im zur Anwendung kommenden Mörtel oder Beton durch das vorherige Einmischen in den feuchten Vormörtel zuverlässiger erreicht, als wenn alle Komponenten gleichzeitig vermischt werden.

Der zur Herstellung des Vormörtels verwendete Sand bzw. die Sande brauchen keine Anforderungen zu erfüllen, die über das in der Mörtel- bzw. Betontechnologie allgemein Bekannte hinaus­ gehen. Wasserglas als zugegebenes Bindemittel steht jedoch substantiell in einem engen Verwandschaftsverhältnis zu Sili­ katgestein, so daß bei diesem Material eine besonders gute Haftverbesserung erzielt wird. Um eine hohe Leistung des Vor­ mörtels in der Praxis sicherzustellen, wird ein Anteil an silikathaltigen Körnern im Sand der Vormörtelmischung von mindestens 50 Gew.-% für vorteilhaft gehalten. Die Rezeptwerte für den erfindungsgemäßen Vormörtel sind in Anlage A zusammen­ gestellt.

Anlage A

Rezepturwerte für erfindungsgemäßen Vormörtel in Gewichts­ prozenten:

Sand aus silikathaltigem Korn48-96% Wasserglas0,5-6% latent hydraulische/puzzolanische Stoffe2-14% Anregerzusatz auf Kalk- oder Sulfatbasis1-7% Restfeuchte0,25-3% Sand aus Körnern beliebiger mineralogi-
scher Zusammensetzung0-48%

Bei den angegebenen Spannen ist zu berücksichtigen, daß dem Vormörtel neben Zement später eventuell weiterer Zuschlag zugemischt wird.

Beim Einmischen von Fasern wird die Rezeptur so modifiziert, daß volumenmäßig 0,5 bis 10% des Sandes durch Fasern ersetzt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Vormörtel, der später unter Zugabe von Zement zu Mörtel oder Beton aufbereitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaften der mit dem Vormörtel hergestellten Mörtel und Betone durch die kom­ binierte Anwendung des die Haftung des Zementsteins am Zuschlag oder an Teilen des Zuschlags sowie an gegebenen­ falls zugesetzten Fasern steigernden Bindemittels Wasser­ glas mit einer Bindemittelkombination, die Quellwirkung auslösen kann, so beeinflußt werden, daß der erhärtete Bau­ stoff eine abgesenkte Schwindung bei gleichzeitig erhöhter Festigkeit aufweist.

2. Verfahren zur Herstellung eines Vormörtels mit geringer Restfeuchte, bei dem die natürliche Feuchte von Grubensand und die über eine Wasserglaslösung eingebrachte Feuchte durch Mischung mit einem latent hydraulischen oder puzzo­ lanischen Zusatzstoff mit gebranntem Kalk und/oder Gips oder mit Trägerstoffen von Kalk oder Gips sowie gegebenenfalls zusätzlich mit trockenem Brechsand soweit abgesenkt wird, daß eine rieselfähige Mischung entsteht, wobei darüber hinaus die Mischung soweit in der Feuchte abgesenkt werden kann, daß sie blasbar wird und damit über Schlauch- oder Rohrleitungen pneumatisch gefördert werden kann.

3. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß Faserstoffe in Mörtel oder Beton auf doppelte Weise fest eingebunden werden: Es wird die Haftung zwischen Zementstein und Faser erhöht. Außerdem wird einer Trennung des Verbundes während des Ab­ bindevorganges durch Schwinden des Zementsteins durch Zugabe eines speziellen Bindemittels mit Quellwirkung vorgebeugt. Durch die kombinierte Wirkung von Haftverbesserung und Quel­ lung ist eine optimale Verbindung des Faserzusatzes mit dem Zementstein im abgebundenen Mörtel bzw. Beton zu erreichen.

4. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die drei Bindemittel:

• - Wasserglas
• - latent hydraulische/puzzolanische Zusatzstoffe mit Zusatz eines Anregers bzw. Anregerträgers
• - Zement

in drei hintereinander geschalteten Mischarbeitsgängen in Teile des Zuschlags bzw. in den Zuschlag eingebracht werden.

5. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß durch die Herstellung eines Vormörtels gemäß Erfindung die zwei mit der geringe­ ren Menge zugesetzten Bindemittel von insgesamt drei Binde­ mitteln mit dem Sand oder Teilen des Sandes und eventuell zugesetzten Fasern eine Mischung darstellen und damit eine bessere Verteilung auch von der Menge her kleiner Binde­ mittel- oder Faserzusätze im später hergestellten Mörtel oder Beton erreicht wird, als wenn alle Komponenten gleich­ zeitig in einem Mischgang vermengt werden.

6. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein ohne großen Auf­ bereitungsvorgang und mit niedrigen Energiekosten her­ stellbares Bindemittel mit Quellneigung, bestehend aus einem latent hydraulischen oder puzzolanischen Stoff, wie z.B. Flugasche, gemahlener Hüttensand und Abfallstoffe aus der Müllverbrennung, sowie einem Anreger auf Kalk- und/oder Sulfatbasis, durch Vormischung bei Anwesenheit von Wasser vorhydratisiert und damit einen höheren Festigkeitsbeitrag für den daraus hergestellten Baustoff in der Anfangsphase des Abbindeprozesses (bis 28 Tagefestigkeit) leisten kann.

7. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Kalk- und/oder Sulfatträger aus einem speziell gebrannten Klinker gemahlen wird, um die Anregung der latent hydraulischen bzw. puzzo­ lanischen Zusatzstoffe im Vormörtel einerseits und die Quellwirkung im später herzustellenden Mörtel bzw. Beton unter Berücksichtigung des dabei noch zugemischten Zements andererseits zuverlässig steuern zu können.

8. Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß in den Vormörtel eine mit den Alkalien im Vormörtel und im später zugegebenen Ze­ ment reagierende Kieselsäure derart zugemischt wird, daß ein kontrolliertes Alkalitreiben im damit hergestellten Mörtel bzw. Beton ausgelöst wird, um die der Erfindung zu­ grunde liegende Quellung zu unterstützen oder ganz zu über­ nehmen. Das wird z.B. durch die Zumischung von 1 bis 6 Gew.-% Opal, Cristobalit oder Chalcedon, bezogen auf die endgültige Mischung, in einer Korngröße bis 0,25 mm erreicht.

9. Verfahren dadurch gekennzeichent, daß in den Vormörtel Mag­ nesia zur Iniziierung von Treiberscheinungen eingemischt wird, um die der Erfindung zugrunde liegende Quellung ganz oder teilweise zu bewirken. Dazu sind z.B. 2-6 Gew.-% zu Partikeln von mittlerer Größe erstarrte Periklasanteile, bezogen auf die endgültige Mischung, vorzusehen.