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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Beton unterschiedlicher Dichte, insbesondere im Bereich von
800-2000 kg/m3, wobei die Kompressionsstärke hoch gehalten
werden kann, beispielsweise mehr als 12 MPa bei einer Dichte von
1600 kg/m³.
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Es wurde gezeigt, daß die Herstellung von Betonmasse
vorzugsweise in stationären Betonanlagen durchgeführt wird, und
daß die Betonmasse in situ in transportierfähige Formen gegossen
wird, oder in flüssiger Form zu den Gebäuden, zum Gießen und
Aushärten in Formen, transportiert wird. Die Vorteile sind
vielfältig. Unter anderem können erwähnt werden:
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1. Eine stationäre Anlage kann technisch vollständiger
ausgerüstet werden.
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2. Die Kapazität kann für eine stationäre Anlage größer
ausgelegt werden.
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3. Der Zugang zu Laborausrüstung zum Testen des verwendeten
Materials und des fertigen Produktes lässt die Herstellung eines
Betons höherer Genauigkeit zu.
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4. Der Arbeitsplatz braucht nicht mit Betonmischer, Zementlager
Ballast usw. blockiert zu werden.
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Deshalb haben die meisten industriellen Länder im Großen
und Ganzen vollständige Betonanlagen zur Lieferung von
Betonmassen auf den Bauplätzen.
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Der Beton mit dem größten Anwendungsbereich heutzutage
besteht aus einer Mischung aus Zement, Ballast, Wasser und
oftmals einigen Additiven zur Änderung der Konsistenz und so
weiter. Der Ballast besteht aus Sand, Kies, und Steinen wobei
sich die Dichte des Betons normalerweise bei etwa 2300 kg/m³
bewegt. Die Stärkenanfordernisse können variieren. Das
Testverfahren zur Bestimmung der Kompressionsstärke wurde
standardisiert und wird in der Art ausgeführt, daß ein Würfel mit einer
Seitenlänge von 150 mm, mit bestimmten Anforderungen an die
Seitenparallelität und Winkelgenauigkeit, gegossen wird. Nach
Aushärten des Würfels bei einer Temperatur von 20ºC nach
unterschiedlicher Anzahl von Tagen, meistens 8 und 28 Tagen, wird der
Würfel durch Pressen zwischen flachen Oberflächen getestet, und
der höchste Druck, bevor der Würfel zu brechen beginnt
registriert. Ein Kompressionsstärkenwert von um 60 MPa kann unter
bestimmten Umständen erreicht werden, maximale Werte von etwa
40 MPa sind jedoch die Norm.
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Für Strukturen mit geringeren Anforderungen kann der
Betonpreis, insbesondere durch Erhöhen des Gewichtsverhältnisses
zwischen dem beteiligten Wasser und Zement in der Betonmasse,
dem sogenannten Wasser-Zement-Faktor verbilligt werden. Dieser
wird gewöhnlicherweise als vct bezeichnet.
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Mehr und mehr Nachfragen bezüglich unterschiedlicher Dichte
unter anderem zum Erhalt leichterer Strukturen, nicht nur durch
Vergrößerung des Volumens der Struktur, kamen auf. Die ganzen
Dichtebereiche, zur Zeit von 2400 kg/m³ bei konventionellem
Ballastmaterial und geringer sind interessant, und als äußerst
interessant scheint zur Zeit eine Dichte von 1600 kg/m³ zu sein.
Gute Kompressionsstärken von wenigstens 12 MPa werden bei dieser
Dichte mit guter Reproduzierbarkeit erreicht.
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Diese Verringerung der Dichte erwies sich als schwierig zu
erhalten, sogar wenn Anforderungen, Kompressionsstärken von
wenigstens 12 MPa mit akzeptabler Reproduzierbarkeit zu
erhalten, nicht gestellt wurden. Dies gilt vorzugsweise in dem
Dichtebereich von 2000-800 kg/m³.
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Einblasen von Luft in die flüssige Betonmasse, um
Lufteinschlüsse
in dem Beton zu erhalten, wird unter anderem in Brücken
und Außenbalkonen durchgeführt, wobei der Beton weniger
frostanfällig wird. Einblasen von Luft wird ebenso zur Verringerung
der Dichte eingesetzt. Die Kompressionsstärke wird jedoch
dramatisch gesenkt, und die Einschlüsse sind so ungleichmäßig
verteilt, daß bereits bei einer Dichte von 2000 kg/m³ das
Verfahren fraglich erscheint.
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Mischen mit leichterem Ballast zur Verringerung der Dichte
wird ebenso getestet, bessere Ergebnisse werden in diesem Fall
jedoch nicht erreicht, bevor eine praktische Grenze für die
Kompressionsstärke erreicht wird.
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Es wurde jedoch gezeigt, daß ein Beton mit abgeschlossenen
Einschlüssen, der sogenannte poröse Beton, mit Dichten unter 500
kg/m³, durch Zugabe eines Schaummittels von Marken, die zur Zeit
am Markt erhältlich sind, zu Wasser mit nachträglicher Zugabe
einer bestimmte Menge Zement, erhalten werden kann. Dieser
poröse Beton muß bei dem Gießplatz hergestellt werden. Er
besitzt sicherlich einen kleinen Wärmeleitfähigkeitskoeffizient,
was manchmal von Vorteil sein kann, der Kompressionsstärkenwert
geht jedoch fast nie über 1,5 MPa hinaus. Um die Dichte des
porösen Betons auf über 500 kg/m³ zu erhöhen, wurde eine
bestimmte Menge Ballast zugegeben, der sich jedoch bereits bei 700
kg/m³ absetzt, wobei eine nicht akzeptable Betonqualität
erhalten wird.
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Die Dichtebereiche zwischen 800 und 2000 kg/m³ waren
demzufolge industriell nur schwer zu erhalten. Für Teile dieses
Bereichs vorgesehene Zementmixer sind sicherlich auf dem Markt
vorhanden, sie weisen jedoch viele Nachteile auf. Die
Herstellung der Betonmasse wird in Verbindung mit dem Gießplatz
durchgeführt. Gewöhnlich wird zuerst eine Mischung aus Zement,
Wasser und Ballast in der Maschine hergestellt. Wasser und
Schaummittel werden separat gemischt. Danach wird diese
Schaummischung in ein Auslaßrohr des Mixer überführt. Diese zwei
Mischungen werden sorgfältig vermengt und so bald wie möglich
in die Gießformen gebracht. Dieses Verfahren ist kompliziert,
und ein Unterbruch, unvorhergesehen oder nicht, verursacht
beträchtliche Mehrarbeit. In der Praxis hat sich auch gezeigt,
daß es kaum möglich ist eine Kompressionsstärke von 12 MPa zu
erreichen, und dies sicherlich nicht mit guter
Reproduzierbarkeit bei beispielsweise einer Dichte von 1600 kg/m3, der
Dichte, die heutzutage sehr begehrt ist. Dies hängt unter
Anderem davon ab, daß das Wasser Zement Verhältnis (vct) bei
Zugabe der Mischung aus Wasser und Schaummittel erhöht wird.
Dies durch einen niedrigen vct Faktor in dem ersten produzierten
Zement zu kompensieren funktioniert nicht, da dieser so viskos
wäre, daß dieses Verfahren nicht durchführbar ist.
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Überraschenderweise zeigte sich, daß ein Beton mit sehr
guten Stärkecharakteristika ebenso in dem Bereich von 800-2000
kg/m³ hergestellt werden kann, durch Zugabe eines
hohlraumerzeugenden Mittels aus Wasser, Zement und eines Schaummittels zu
beispielsweise einer konventionell hergestellten flüssigen
Betonmasse, aus z.B. in einer stationären Betonmaschine
vermischtem Zement, Ballast und Wasser, und gutem Vermengen.
Nach Gießen und Aushärten wird ein Beton erhalten, der kleine
Einschlüsse enthält und variable von den Mischbedingungen
abhängige Dichten zeigt. Hohe Werte für Kompressionsstärke werden
ebenso erhalten, wahrscheinlich deshalb, da die in dem Beton
gebildeten Poren sehr klein, hauptsächlich unter 3 mm, und
gleichmäßig verteilt sind, und da das Wasser Zement Verhältnis
(vct) sowohl in der Betonmasse, als auch in dem Hohlraum
bildenden Mittel tief gehalten werden kann. Die
Reproduzierbarkeit war bei der Standardisierung der Herstellung ebenso sehr
hoch. Die für das Gießen notwendige Betonmasse kann errechnet
werden und vollständig, wenn erwünscht in der Betonanlage, wenn
die Entfernung zum Gießplatz nicht zu groß ist hergestellt
werden. Anderenfalls kann die bei der Betonanlage hergestellte
Standard Betonmasse zu dem Arbeitsplatz transportiert, mit dem
hohlraumbildenden Mittel gemischt und gegossen werden. Das
Mischen der Standard Betonmasse und des hohlraumbildenden
Mittels ist eine einfaches Verfahren. Tests zeigen, daß das
Mischen des hohlraumbildenden Mittels schnell erfolgen soll. Die
Herstellung des Hohlraum bildenden Mittels wird, wie oben
erwähnt, in einer einfachen, möglicherweise transportierbaren
Mischvorrichtung separat ausgeführt.
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Die Erfindung wird in dem beigefügten Anspruch und den
untenstehenden Beispielen näher beschrieben, wobei
unterschiedliche Betone mit unterschiedlichen Dichten und
unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden. Daten und Ergebnisse
aus den Tests wurden in der beigefügten Tabelle dargestellt.
Kompressionsstärken wurden gemäß dem schwedischen Standard SS
13 11 11 - 13 bestimmt, wobei Würfel mit einer Seitenlänge von
150 x 150 mm gegossen und bei einer durch die schwedischen
Behörden anerkannten Betonanlage getestet wurden. Kompression
gemäß SS 13 11 12, 5,1 und 5,2 wurden ausgeschlossen, um die
Verteilung der Poren in dem Material nicht zu stören.
Aufbewahrung in Wasser gemäß 5,6 des gleichen Standards wurde aus den
gleichen Gründen ausgeschlossen. Dichtebestimmung wurde am
selben Platz gemäß SS 13 72 34 durchgeführt.
Beispiel 1. Proben Nr. 1-2
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Eine normale Betonmasse wurde im Labormaßstab in einem
einfachen Mischvorrichtung, mit dem Ziel eine Dichte von 2200
kg/m³ und eine Kompressionsstärke nach 28 Tagen von etwa 40 mPa
zu erreichen, hergestellt. Die Betonmasse wurde mit einer vct
= 0,45 hergestellt. Daneben wurde eine kleinere Menge
hohlraumbildenden Mittels hergestellt. Dies ebenfalls in einer kleineren
Mischvorrichtung, und in solch einer Weise, daß Wasser und ein
Schaummittel der Marke CELLEX mit einer kleineren Menge
Chemikalien zur Stabilisierung des Schaums gemischt wurde. Danach wurde
unter Rühren Zementpuder zugefügt, so daß ein vct von 48
erhalten wurde. Zu 6 Litern einer Betonmasse wurde unter Rühren
0,6 Liter eines hohlraumbildenden Mittels zugegeben. Testwürfel
wurden aus der Betonmasse, sowie aus der letzgenannten Mischung,
die mit dem hohlraumbildenden Mittel vermengt wurde, gegossen.
Die Würfel wurden bei einer anerkannten Betonanlage, sowohl auf
Kompressionsstärke, als auch die Dichte (nach 8 und 28 Tagen)
betreffend, gemessen. Das Ergebnis zeigt, daß innerhalb des
erwünschten Dichtebereichs, ein Beton mit guter
Kompressionsstärke bereits nach 8 Tagen Aushärtung erhalten wurde, welche
nach 28-tägiger Aushärtung Tagen sogar noch besser war. Die
Oberflächen des Bruchs zeigten, daß kleine Poren, keine über 3mm
in Ausdehnung, gleichmäßib über die Oberfläche des Bruchs
verteilt waren.
Beispiel 2. Proben Nr. 3-4
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Der Zweck hierbei war ebenso, Beton mit einer Dichte von
1600 kb/m³ zu erhalten. Die hergestellte Basis Betonmasse jedoch
wurde in einem konventionellen Betonmischer, wie er oftmals auf
Arbeitsplätzen zur Herstellung kleinerer Mengen Betonmasse
verwendet wird, hergestellt. Das hohlraumbildene Mittel wurde
während der Rotation des Mischbehälters direkt in die
Mischvorrichtung gegeben. Bei Probe Nr. 3 wurde mehr als 1 Minute vor
Zugabe gewartet, während bei Probe Nr. 4 das hohlraumbildende
Mittel sofort zugegeben wurde. Die gleichen guten Ergebnisse wie
in Beispiel 1 wurden für Probe 4 erhalten, d.h. bei schnellem
Zumischen des hohlraumbildenden Mittels, schlechtere Ergebnisse
wurden jedoch für Probe Nr. 3, d.h. bei verzögerter Zugabe,
erhalten.
Beispiel 3. Proben Nr. 5-9
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Eine Reihe Tests wurden, hauptsächlich in der gleichen Art
wie Beispiel 4 oben, ausgeführt, aber die Mischraten zwischen
der Anfangsbetonmasse und dem hohlraumbildenden Mittel wurden
in diesem Fall variiert. Wie aus dem Ergebnis ersichtlich ist,
wurde eine fertiger Beton in dem schwierig zu erreichenden
Dichtebereich von 2000 kg/m3 und 800 kg/m3 mit guten Werten der
Kompressionsstärke erhalten, die natürlich mit den niedriger
liegenden Dichtwerten ebenfalls kleiner waren.
Hohlraumbildendes Mittel
Betonmischung
Probe Nr.
Dichte
Kompressionsstärke
Ergebnisse
vct
Liter
Volumen Liter