DE60005553T2

DE60005553T2 - Mikrogranuläre betonzusammensetzung mit metallischen verstärkungsfasern

Info

Publication number: DE60005553T2
Application number: DE2000605553
Authority: DE
Inventors: Pierre-Claude Aitcin; Andre Lerat; Jean-Claude Weiss
Original assignee: HOLCIM (BELGIQUE) MONS-OBOURG; Holcim Belgique SA
Current assignee: HOLCIM (BELGIQUE) MONS-OBOURG; Holcim Belgique SA
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: EP1232128A1; DE60005553D1; EP1248751B1; EP1248751A1; FR2801049B1; AU2014101A; EP1232128B1; ATE250564T1; WO2001036345A1; ES2207562T3; DE60010337T2; DE60010337D1; AU1867201A; ATE265402T1; FR2801049A1; WO2001036343A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betonzusammensetzung mit metallischen Verstärkungsfasern.
Es ist bekannt, daß man zur Verstärkung einer mikrogranulären Betonzusammensetzung aus Zement und mikrogranulären Zuschlagstoffen, dem Beton üblicherweise Metallfasern, wie beispielsweise Stahlfasern, zugibt, um dem Beton insbesondere mehr Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Zugbeanspruchung zu verleihen und das Entstehen von Rissen im Beton beim Biegen zu vermeiden.
Herkömmlicherweise wird man häufig kurze Fasern, vorzugsweise Fasern mit einer Länge von unter 20 mm oder sogar unter 5 mm, einsetzen. Diese Fasern lassen sich leicht mischen, überdecken sich jedoch gegenseitig nicht ausreichend, um eine wirkliche Kontinuität in der Aufnahme einer auf den Beton wirkenden Kraft, wie einer Zug- oder Biegekraft, bieten zu können.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusammensetzung anzugeben, die eine höhere Festigkeit gegenüber einer Zug- und Biegebeanspruchung aufweist und dabei ausreichend gut mischbar ist.
Erfindungsgemäß ist eine mikrogranuläre Betonzusammensetzung angegeben, umfassend Zement und mikrogranuläre Zuschlagstoffe, wobei die Zusammensetzung ferner 1 bis 80 Teile Metallfasern enthält, die zumindest teilweise zu einer ersten Gruppe von Fasern gehören, deren Länge zwischen 20 und 100 mm und deren Durchmesser zwischen 100 und 500 μm liegt, wobei die übrigen Metallfasern zu einer zweiten Gruppe von Fasern gehören, deren Länge zwischen 1 und 20 mm und deren Durchmesser zwischen 100 und 300 μm liegt.
Es hat sich gezeigt, daß es, sogar wenn alle Metallfasern zur ersten Gruppe gehören, möglich ist, ein effizientes Mischen zu realisieren und daß sich die Fasern in dem Beton verteilen, wobei sichergestellt ist, daß diese eine gegenseitige Überdeckung über eine Länge gewährleisten, die mehrere Dutzend Male dem Durchmesser der Fasern entspricht, wodurch die Kräfteübertragung in einem Balken begünstigt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gehören die Fasern zu mindestens 15% zur ersten Gruppe. So wurde festgestellt, daß eine beträchtlich verbesserte Festigkeit eines Balken erzielt wird, wobei das Mischen dennoch weiterhin sehr einfach ist.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Zusammensetzung ausgehend von einem Schlackenzement hergestellt, das heißt aus einem Zement, der zu 20 bis 80%, vorzugsweise zu 60% aus Feinschlacke, und im übrigen aus Klinker und/oder Schlackeaktivatoren, wie beispielsweise alkalischen, calciumhaltigen oder organischen Zusammensetzungen besteht, wobei der Schlackenzement einen D50 von 8 μm hat. Auf 100 Gewichtsteile (p) der Zementschlacke gerechnet, umfaßt die bevorzugte Zusammensetzung 30 Teile puzzolanartiger Mikroelemente mit einer Korngröße zwischen 0,1 μm und 0,5 μm. Diese Mikroelemente können sowohl aus Mikroasche, die bei der Rückgewinnung von Feinkorn in Elektrofiltern eines Heizkraftwerks entsteht, als auch aus zerkleinerter Flugasche, Siliciumdioxid geothermalen Ursprungs, aus Siliciumdioxid-Rauch oder aus einer Mischung aus diesen bestehen. Ferner umfassen die Mikroelemente 30 Gewichtsteile Mikroelemente mit hydraulischen Eigenschaften, wie beispielsweise Mikroschlacke mit einem D50 von 10 μm und einer maximalen Korngröße von 30 μm. Die bevorzugte Zusammensetzung umfaßt ferner 150 Gewichtsteile Sand, darunter zumindest 60 Gewichtsteile Schlackesand mit glasiger oder kristalliner Struktur, und im übrigen Quartzsand, wobei dieser Sand einen D50 von 250 mm und eine maximale Korngröße von 600 μm hat. Um die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Zugbeanspruchung zu erhöhen und dabei ein schnelles Mischen zu ermöglichen, ist ferner vorgesehen, 20 Gewichtsteile Metallfasern zuzugeben, die beim Drahtziehen eines Stahls erzielt wurden, um Drähte mit einem Durchmesser von 160 μm zu realisieren, die segmentweise mit einer Länge von 28 mm pro Segment geschnitten werden. Wenn nötig, umfaßt die Zusammensetzung ferner noch 1 bis 15 Gewichtsteile organischer Fasern, die die Feuerbeständigkeit des Betons verbessern.
Beim Mischen des Betons, beispielsweise in einer verformbaren Betonwanne, werden 10 bis 40, vorzugsweise 20 Anteile Wasser zugefügt, wobei ein Teil dieses Wassers dazu verwendet wurde, 2 Anteile eines als Trockenextrakt vorliegenden Verflüssigungsmittels in, wie beispielsweise ein Polynaphtalen-Sulfonat, oder jedes anderen Verflüssigungsmittels aufzulösen.
Um die Volumenkontraktion der erzeugten Hydrate zu berücksichtigen, kann der erzielte Beton gepreßt werden, um die innere Porösität zu verringern, und einer Wärmebehandlung unterzogen werden, welche das Abbinden und Aushärten des Betons beschleunigt. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen schnelleren Temperaturanstieg ermöglicht als Portlandzement-Zusammensetzungen.
Es versteht sich, daß die Endung nicht auf die beschriebene besondere Ausführungsform beschränkt ist und Ausführungsvarianten im Bereich der Möglichkeiten des Fachmanns denkbar sind, ohne dabei den durch die Ansprüche definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung, obgleich sie im Hinblick auf eine Betonzusammensetzung beschrieben ist, auf jede mikrogranuläre Betonzusammensetzung.
Des Weiteren ist bekannt, daß Fasern die Funktion haben, die Verteilung eines Kraftfelds in Bereichen zu ändern, in denen das aus Beton hergestellte Bauteil Rißansätze aufweist. In Abhängigkeit der Konfiguration des Bauteils und der Kräfte, denen es unterliegt, ist es somit möglich, die Beschaffenheit, Quantität oder die Abmessungen der verwendeten Fasern zu verändern und beispielsweise 1 bis 80 Gewichtsteile Metallfasern zuzugeben, die zu mindestens zu 15% des Volumens zu einer ersten Gruppe von Fasern gehören, deren Länge zwischen 20 und 40 mm, oder sogar zwischen 20 und 100 mm, und deren Durchmesser zwischen 200 und 300 μm, oder sogar zwischen 100 und 500 μm liegt, wobei die übrigen Metallfasern zu einer zweiten Gruppe von Fasern gehören, deren Länge zwischen 1 und 20 mm und deren Durchmesser zwischen 100 und 300 μm, vorzugsweise bei 260 μm liegt, und wobei die Gesamtmenge der Metallfasern derart ist, daß die durchschnittliche Anzahl der geschnittenen Fasern bei einem Schnitt des verfestigten Betons in beliebiger Richtung geringer oder gleich einer Faser pro Quadratmillimeter ist. Es wird hierbei darauf hingewiesen, daß das Gesamtvolumen der Fasern bei Fasern vorbestimmten Durchmessers umso geringer sein muß, je länger diese sind.
Somit kann der Anteil an langen Fasern angepaßt werden, da durch eine größere Anzahl längerer Fasern eine höhere Festigkeit des Produkts sichergestellt ist, wobei jedoch die Mischbedingungen erschwert sind. Ferner kann auch der Faser-Durchmesser verändert werden, wobei die feineren Fasern bei gleicher Länge einen höheren Preis pro Einheit haben, jedoch eine höhere Leistungsfähigkeit aufweisen, wodurch die benötigte Menge verringert werden kann und somit im wesentlichen gleiche Kosten anfallen.

Claims

Mikrogranuläre Betonzusammensetzung, umfassend Zement und mikrogranuläre Zuschlagstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung auf 100 Gewichtsteile Zement gerechnet ferner 1 bis 80 Teile Metallfasern enthält, die zumindest teilweise zu einer ersten Gruppe von Fasern gehören, deren Länge zwischen 20 und 100 mm und deren Durchmesser zwischen 100 und 500 μm liegt, wobei die übrigen Metallfasern zu einer zweiten Gruppe von Fasern gehören, deren Länge zwischen 1 und 20 mm und deren Durchmesser zwischen 100 und 300 μm liegt.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtanzahl der Fasern derart ist, daß die Anzahl der geschnittenen Fasern bei einem Schnitt des ausgehärteten Betons entlang irgendeiner Richtung geringer oder höchstens gleich einer Faser pro Quadratmillimeter ist.
Zusammensetzung nach einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Fasern der ersten Gruppe zwischen 100 und 250 μm liegt.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Fasern der ersten Gruppe für die Fasern mit einem Durchmesser von 160 μm 28 mm beträgt.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Fasern der ersten Gruppe zwischen 200 und 300 μm liegt.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Fasern der zweiten Gruppe 260 μm beträgt.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen 10 und 30 Teile Metallfasern enthält.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern zumindest zu 15 % zur ersten Gruppe gehören.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner zwischen 1 und 15 Teile organische Fasern enthält.