DE60010337T2

DE60010337T2 - Mikrogranuläre Betonzusammensetzung auf BASIS VON Schlackenzement

Info

Publication number: DE60010337T2
Application number: DE2000610337
Authority: DE
Inventors: Pierre-Claude Aitcin; Andre Lerat; Jean-Claude Weiss
Original assignee: HOLCIM (BELGIQUE) MONS-OBOURG; Holcim Belgique SA
Current assignee: Holcim Belgique SA
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: EP1232128B1; AU2014101A; EP1232128A1; ATE250564T1; DE60010337D1; AU1867201A; DE60005553D1; FR2801049B1; ATE265402T1; DE60005553T2; ES2207562T3; EP1248751A1; EP1248751B1; FR2801049A1; WO2001036343A1; WO2001036345A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrogranluare Betonzusammensetzung auf Basis von Schlackenzement, mit der auf vorgefertigte Weise oder in situ Bauelemente hergestellt werden können, die sehr hohe mechanische Eigenschaften hinsichtlich der Biegezugfestigkeit, der Druckfestigkeit und der Bruchenergie aufweisen, d.h. dass der Beton eine endgültige Druckfestigkeit von mindestens 120 MPa und eine Bruchenergie von mehreren Tausend Joule/m² hat.
Zusammensetzungen dieser Art sind vorgeschlagen worden, wobei Portland-Zement und Quarzsand verwendet wurde. Die Herstellung von Portland-Zement hat den Nachteil, dass der hohe Anteil an Klinker in dem Portland-Zement eine sehr große Menge an Kohlendioxid erzeugt. Darüber hinaus ist der Quarzsand bei der Verwendung der Zusammensetzung zum Teil reaktionsträge, so dass man zum Erhalt der gewünschten Festigkeit des Betons nach Verfestigung eine große Menge an Zement im Verhältnis zur Sandmenge vorsehen muss.
Erfindungsgemäß wird eine mikrogranulare Betonzusammensetzung auf Basis von Schlackenzement vorgeschlagen, wobei die Zusammensetzung für 100 Gewichtsteile (p) Schlackenzement umfasst:

– 15 p bis 50 p Mikroelemente puzzolanischer Art mit einer Korngröße zwischen 0,1 und 1 μm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 μm,
– 10 p bis 50 p Mikroelemente hydraulischer Art mit einem D50 zwischen 2 und 10 μm und einer maximalen Korngröße von 40 μm, vorzugsweise von 30 μm,
– 90 p bis 210 p Sand mit einem D50 zwischen 100 und 500 μm und einer maximalen Korngröße von höchstens gleich 1000 μm,
– 10 p bis 40 p, vorzugsweise 20 p Wasser und
– 0,5 bis 5 p (Trockenextrakt) Dispersionsmittel oder Verflüssiger,

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Zusammensetzung ferner 1 p bis 80 p, vorzugsweise 10 p bis 30 p Metallfasern der einen, der anderen oder beider folgenden Gruppen: eine erste Gruppe von Fasern mit einer Länge zwischen 20 und 100 mm und einem Durchmesser zwischen 100 und 500 μm und einer zweiten Gruppe von Fasern mit einer Länge zwischen 1 und 20 mm und einem Durchmesser zwischen 100 und 300 μm.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Zusammensetzung aus einem Schlackenzement hergestellt, d.h. einem Zement, der 20 bis 80 % gemahlene Schlacke, vorzugsweise 60 % gemahlene Schlacke umfasst, wobei der Rest aus Klinker und/oder Schlacken-Aktivatoren, wie z. B. alkalischen, kalkhaltigen oder organischen Verbindungen, besteht, wobei dieser Schlackenzement einen D50 von 8 μm hat. Für 100 Gewichtsteile (p) Schlackenzement umfasst die bevorzugte Zusammensetzung 30 p Mikroelemente puzzolanischer Art mit einer Korngröße zwischen 0,1 μm und 0,5 μm. Bei diesen Mikroelementen kann es sich um Feinuasche handeln, die aus der Rückgewinnung von Feinstaub in Elektrofiltern eines Wärmekraftwerkes stammt, sowie um mikronisierte Flugasche, um Siliciumdioxid geothermalen Ursprungs oder um Siliciumdioxid-Schwaden oder um eine Mischung derselben. Die Mikroelemente umfassen ferner 30 p Mikroelemente hydraulischer Art, wie z. B. Mikroschlacke mit einem D50 von 10 μm und einer maximalen Korngröße von 30 μm. Die bevorzugte Zusammensetzung umfasst ferner 150 p Sand, der mindestens 60 p Schlackensand mit Glasstruktur oder Kristallstruktur enthält, wobei der Rest Quarzsand ist und dieser Sand einen D50 von 250 μm und eine maximale Korngröße von 600 μm hat. Um die Zugfestigkeit des Betons unter gleichzeitiger Beibehaltung eines schnellen Mischens zu erhöhen, sieht man ferner die Aufnahme von 20 p Metallfasern vor, die durch Drahtziehen eines Stahls erhalten wurden, um Drähte mit einem Durchmesser von 160 μm herzustellen, die in Abschnitte mit einer Länge von 28 mm abgelängt werden. Bei Bedarf umfasst die Zusammensetzung ferner 1 p bis 15 p organische Fasern, die das Brandverhalten des Betons verbessern.
Während des Mischens des Betons beispielsweise in einem Mischer mit verformbarer Wanne werden 10 p bis 40 p, vorzugsweise 20 p Wasser zugefügt, wobei ein Teil dieses Wassers zum Verdünnen von 2 p Verflüssigen in Form von Trockenextrakt dient, wie z. B. Polynaphtalensulfonat oder jeder andere geeignete Verflüssigen.
Um die Volumenschrumpfung der Hydrat-Produkte zu berücksichtigen, kann der erhaltene Beton gepresst werden, um die innere Porosität zu minimieren, sowie einer Wärmebehandlung unterzogen werden, die das Erstarren und das Aushärten des Betons beschleunigt. Hierzu wird angemerkt, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen schnelleren Temperaturanstieg als die Zusammensetzungen mit Portland-Zement gestattet.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene besondere Ausführungsbeispiel beschränkt, und es können Ausführungsvarianten vorgenommen werden, die für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sind, ohne dass der Schutzumfang, wie er in den Ansprüchen definiert ist, verlassen wird.
Insbesondere werden, obgleich in dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Schlackenzement mit einem D50 von 8 μm angegeben wurde, zufriedenstellende Eigenschaften des Betons mit einem Schlackenzement mit einem D50 zwischen 5 und 30 μm erhalten.
Ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, können die Mikroelemente puzzolanischer Art ebenso einen Korngröße zwischen 0,1 und 1 μm haben und in der Zusammensetzung in einer Menge zwischen 20 p und 40 p, ja sogar zwischen 15 p und 50 p enthalten sein. Die Mikroelemente hydraulischer Art können einen D50 zwischen 2 und 10 μm und eine maximale Korngröße von 40 μm haben und ebenfalls in einer Menge zwischen 20 p und 40 p, ja sogar zwischen 10 p und 50 p enthalten sein. Ferner kann man in der Zusammensetzung zwischen 90 p und 210 p Sand mit einem D50 zwischen 200 und 300 μm, ja sogar zwischen 100 und 500 μm vorsehen, sowie mit einer maximalen Korngröße, die bis 1000 μm geht. Hierzu wird angemerkt, dass eine Zusammensetzung, bei der der Sand vollständig aus Schlackensand besteht, den Vorteil einer hohen Zug-/Druckfestigkeit und einer relativ geringen Zerbrechlichkeit hat. Wie in dem beschriebenen besonderen Ausführungsbeispiel kann man jedoch den Schlackensand teilweise durch Quarzsand ersetzen. Hierzu wird angemerkt, dass es sich erfindungsgemäß bei den Bestandteilen außer Wasser um Schlacke handelt, in einem Anteil von 50 bis 90 Gew.-% dieser Bestandteile. Wenn der Schlackengehalt des Zements erhöht wird, kann man folglich den Schlackengehalt des Sandes verringern und umgekehrt.
Darüber hinaus ist bekannt, dass die Fasern die Funktion haben, die Verteilung des Kraftfeldes an den Stellen zu ändern, an denen das aus Beton hergestellte Bauelement Anrisse aufweist. In Abhängigkeit von der Konfiguration des Bauelementes und den Kräften, denen dieses ausgesetzt wird, ist es folglich möglich, die Beschaffenheit, die Menge oder die Abmessungen der verwendeten Fasern zu variieren, beispielsweise zwischen 1 p und 80 p Metallfasern aufzunehmen, wobei diese vorzugsweise in einer Menge von mindestens 15 Volumenprozent aus einer ersten Gruppe von Fasern stammen, die eine Länge zwischen 20 und 40 mm, ja sogar zwischen 20 und 100 mm und einen Durchmesser zwischen 200 und 300 μm, ja sogar zwischen 100 und 500 μm haben und der Rest aus einer zweiten Gruppe von Fasern stammt, die eine Länge zwischen 1 und 20 mm und einen Durchmesser zwischen 100 und 300 μm haben, wobei die Gesamtmenge der Metallfasern derart ist, dass bei einem Schnitt durch den verfestigten Beton in einer beliebigen Richtung die durchschnittliche Anzahl an durchtrennten Fasern niedriger oder höchstens gleich einer Faser pro Quadratmillimeter ist. Hierzu wird angemerkt, dass für Fasern mit vorgegebenem Durchmesser das Gesamtvolumen der Fasern umso geringer sein muss, je länger diese sind.
Ebenso kann man weitere Zusätze vorsehen, wobei die Gesamtmenge an Zusätzen vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 p (Trockenextrakt) beträgt.

Claims

Mikrogranulare Betonzusammensetzung, d.h. alle Bestandteile derselben haben eine Korngröße von höchstens gleich 1 mm, wobei diese Zusammensetzung auf Schlackenzement basiert, dadurch gekennzeichnet, dass diese Zusammensetzung für 100 Gewichtsteile (p) Schlackenzement umfasst: – 15 p bis 50 p Mikroelemente puzzolanischer Art mit einer Korngröße zwischen 0,1 und 1 μm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 μm, – 10 p bis 50 p Mikroelemente hydraulischer Art mit einem D50 zwischen 2 und 10 μm und einer maximalen Korngröße von 40 μm, vorzugsweise von 30 μm, – 90 p bis 210 p Sand mit einem D50 zwischen 100 und 500 μm und einer maximalen Korngröße von höchstens gleich 1000 μm, – 10 p bis 40 p, vorzugsweise 20 p Wasser und – 0,5 bis 5 p (Trockenextrakt) Dispersionsmittel oder Verflüssiger, wobei die Schlacke entsprechend einem Anteil von 50 bis 90 Gew.-% aller Bestandteile außer Wasser vorhanden ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner 1 p bis 80 p, vorzugsweise 10 p bis 30 p Metallfasern der einen, der anderen oder beider folgenden Gruppen enthält: eine erste Gruppe von Fasern mit einer Länge zwischen 20 und 100 mm und einem Durchmesser zwischen 100 und 500 μm und einer zweiten Fasergruppe mit einer Faserlänge zwischen 1 und 20 mm und einem Durchmesser zwischen 100 und 300 μm.
Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 15 Volumen-% der Fasern aus der ersten Gruppe stammen.
Zusammensetzung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der ersten Gruppe eine Länge zwischen 20 und 40 mm haben.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge der Metallfasern derart ist, dass für einen Schnitt des verfestigten Betons in einer beliebigen Richtung die durchschnittliche Anzahl der durchschnittenen Fasern niedriger oder höchstens gleich einer Faser pro Quadratmillimeter ist.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner 1 p bis 15 p organische Fasern enthält.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie 20 p bis 40 p, vorzugsweise 30 p Mikroelemente puzzolanischer Art und 20 p bis 40 p, vorzugsweise 30 p Mikroelemente hydraulischer Art enthält.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen 130 p und 170 p, vorzugsweise 150 p Sand enthält.
Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sand einen D50 zwischen 200 und 300 μm, vorzugsweise von 250 μm und eine maximale Korngröße von höchstens gleich 600 μm hat.