DE60105269T2

DE60105269T2 - Feuerbeständige ultra-hochleistungsbetonzusammensetzung

Info

Publication number: DE60105269T2
Application number: DE2001605269
Authority: DE
Inventors: Gilles Orange; Evelyne Prat; Andre Pascal Casanova; Mouloud Behloul
Original assignee: LAFARGE PARIS; Lafarge SA; Rhodia Chimie SAS; Bouygues Travaux Publics SAS; Rhone Poulenc Chimie SA
Current assignee: Lafarge SA; Bouygues Travaux Publics SAS
Priority date: 2000-02-11
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP4768950B2; RU2274618C2; DK1263690T4; DE60105269D1; US6881256B2; CZ303809B6; KR20030007417A; PT1263690E; SK11382002A3; CA2399767A1; MX235550B; ATE275112T1; NZ520633A; US20030150364A1; RU2002124130A; AU3563201A; DK1263690T3; FR2804952B1; FR2804952A1; SI1263690T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Betonarten, insbesondere der Faserbetonarten. Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, Folgendes für einen Beton zu erhalten: Ultrahochleistungsfähigkeit, die insbesondere die Herstellung von Bauelementen erlaubt, die zur Verwirklichung von Bauwerken und Kunstbauten bestimmt sind, ein verbessertes Feuerverhalten, verbunden mit einer steuerbaren Fließfähigkeit und erhöhten mechanischen Leistungsfähigkeiten. Sie bezweckt auch einen Beton, der verbessert ist und Feuerbeständigkeitseigenschaften hat, die denjenigen von Elementen des Standes der Technik überlegen sind.
Die duktilen Betonarten – auch ultrahochleistungsfähige Betonarten genannt – werden besonders zur Herstellung von vorgespannten oder nicht vorgespannten Betonelementen verwendet, für die hervorragende mechanische Eigenschaften notwendig sind, insbesondere eine erhöhte Druckfestigkeit. Diese Betonarten haben eine erhöhte Biegefestigkeit, typischerweise von wenigstens 20 MPa, und eine Druckfestigkeit nach 28 Tagen von wenigstens 120 MPa, einen Elastizitätsmodul nach 28 Tagen, der größer ist als 45 GPa, wobei diese Werte für einen bei 20 °C aufbewahrten und auf 20 °C gehaltenen Beton angegeben sind.
Um die mechanischen Eigenschaften dieser Betonarten zu verbessern, wurden unterschiedliche Lösungen empfohlen.
So schlägt WO 95/01316 vor, Metallfasern in einer geregelten Menge einzufügen, welche Größen aufweisen, die aus Bereichen ausgewählt sind, die durch Bezug auf diejenigen von körnigen Elementen bestimmt sind, die die Matrix des Betons ausmachen.
WO 99/28267 bezweckt gleichermaßen ultrahochleistungsfähige Betonarten, die Metallfasern enthalten. Um das mechanische Verhalten von Betonarten zu verbessern, insbesondere ihr Verhalten sowohl gegenüber dem Auftreten von Mikrorissen als auch dem Fortschreiten von Makrorissen, wird in dieser Literaturstelle vorgeschlagen, in die Zementmatrix zähigkeitsverbessernde Elemente einzufügen, die aus nadelförmigen oder plättchenartigen Elementen ausgewählt sind, die eine mittlere Größe von höchstens 1 mm haben Die erwähnten nadelförmigen Elemente sind Mineralfasern wie Wollastonit, Bauxit, Mullit, Kaliumtitanat, Siliciumcarbid, Calciumcarbonat, Hydroxyapatit oder organische Fasern, die sich von Cellulose ableiten, wobei diese Fasern gegebenenfalls eine Oberflächenbeschichtung aus einer organischen Polymerverbindung aufweisen können.
WO 99/58468 betrifft ultrahochleistungsfähige Betonarten, die organische Fasern wie Verstärkungsfasern umfassen, um die Duktilität dieser Betonarten zu verbessern. In dieser Anmeldung beabsichtigt man auch ultrahochleistungsfähige Betonarten, in denen ein Teil der organischen Fasern durch Metallfasern ersetzt ist. Es wird auch beschrieben, dass die organischen Fasern das Feuerverhalten des Betons verändern.
Die nachstehend beschriebenen Betonarten, die aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sehr leistungsfähig sind, weisen indessen eine ungenügende Feuerfestigkeit auf, die sich sehr gut durch ein Abblättern von Strukturen zeigt, die dem Feuer ausgesetzt sind, und die bis zur Explosion dieser Strukturen wegen des Dampfdruckes von Wasser, das physikalisch und chemisch von den Inhaltsstoffen der Matrix festgehalten wird, unter der Einwirkung von Wärme gehen kann.
Das US Patent Nr. 5,749,961 schlägt vor, die Feuerfestigkeitseigenschaft von Zusammensetzungen für ultrahochleistungsfähige Betonarten ohne Fasern zu verbessern, die Druckfestigkeiten in der Größenordnung von 90 bis 105 MPa haben, indem man zu diesen Zusammensetzungen eine Kombination von ausgefälltem Siliciumdioxid und Fasern gibt, die befähigt sind, durch Lösen, Erweichen, Zersetzen, Einlaufen oder Schmelzen ein Netz von Kapillarporen eines Durchmessers von wenigstens 10 um und einer Länge von wenigstens 5 mm zu bilden. Jedoch lässt eines der Mittel, das in diesem Patent angeführt wird und im umfangreichen Maße in feuerfesten Betonarten praktiziert wird und das daraus besteht, organische Fasern in den Beton einzuführen, einerseits die mechanischen Widerstandsfähigkeiten des gehärteten Betons sehr stark abfallen, weil die Fasern ein schwächeres Elastizitätsvolumen einführen als dasjenige der Matrix. Andererseits werden die rheologischen Eigenschaften des Betons im frischen Zustand durch das Vorliegen organischer Fasern in der Zusammensetzung sehr stark verschlechtert und sie sind durch ein schwaches Ausbreiten gekennzeichnet.
Es wird somit schwer vorhersehbar, solche Lösungen auf duktile, ultrahochleistungsfähige Betonarten anzuwenden, wie solche, die in den Patentanmeldungen WO 99/28267 und WO 99/58468 beschrieben sind, die schon Faservolumina in der Größenordnung von 2 % empfehlen.
Es ist wichtig, über Zusammensetzungen für ultrahochleistungsfähige Betonarten verfügen zu können, die einen Fließfähigkeitsbereich aufweisen, der von einem plastischen Verhalten bis zu einem fluiden Verhalten gehen kann. Solche Betonarten haben herkömmlicherweise einen Ausbreitungswert von wenigstens 150 mm, wobei der Ausbreitungswert durch die Technik des Schlagtisches – eine genormte Technik, die allgemein für Mörtel verwendet wird – gemessen wird.
Bis zum heutigen Tage weisen solche Beton-Zusammensetzungen den Nachteil einer mäßigen Feuerfestigkeit auf.
Bis zum heutigen Tage haben die Versuche zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von ultrahochleistungsfähigen Betonarten verhängnisvolle Auswirkungen auf die Feuerfestigkeit gehabt. Umgekehrt haben die Lösungen, welche zur Verbesserung des Feuerverhaltens von Betonarten im Allgemeinen vorgeschlagen wurden, den Effekt gehabt, die mechanischen Eigenschaften und/oder die rheologischen Eigenschaften dieser Betonarten im nicht gehärteten Zustand zu reduzieren.
Es existiert demnach keine befriedigende Lösung des Problems des Feuerverhaltens von ultrahochleistungsfähigen Betonarten, die Fasern umfassen, welche mit den Eigenschaften kompatibel sind, die für diese Betonarten begehrt sind, d.h. eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Zug/Biegung, eine erhöhte Druckfestigkeit und eine Fließfähigkeit des Betons im nicht gehärteten Zustand, die von einem plastischen Verhalten bis zu einem fluiden Verhalten gehen kann.
Das Ziel der vorliegende Erfindung besteht darin, einen ultrahochleistungsfähigen Beton bereitzustellen, der verstärkende Metallfasern enthält, der Eigenschaften besitzt, die denjenigen von ähnlichen Betonarten des Standes der Technik wenigstens gleichwertig sind, eine Fließfähigkeit des Betons im nicht gehärteten Zustand besitzt, die von einem plastischen Verhalten bis zu einem fluiden Verhalten gehen kann, und ein gutes Feuerverhalten aufweist.
Dieses Ziel wird durch die vorliegende Erfindung erreicht, die darin besteht, organische Fasern zu verwenden, die eine Schmelztemperatur von unter 300 °C, eine mittlere Länge l von über 1 mm und einen Durchmesser ⌀ von höchstens 200 μm aufweisen, in einem ultrahochleistungsfähigen Beton zur Verbesserung der Feuerfestigkeit des Betons, wobei die Menge der organischen Fasern so groß ist, dass ihr Volumen zwischen 0,1 und 3% des Volumens des Betons nach dem Abbinden liegt, und der Beton eine charakteristische Druckfestigkeit nach 28 Tagen von wenigstens 120 MPa, eine charakteristische Biegefestigkeit von wenigstens 20 MPa und einen Ausbreitungswert im ungehärteten Zustand von wenigstens 150 mm aufweist, wobei diese Werte für einen bei 20 °C aufbewahrten und auf 20 °C gehaltenen Beton angegeben werden, wobei der Beton aus einer gehärteten Zementmatrix, in der Metallfasern dispergiert sind, besteht und durch Mischen einer Zusammensetzung, die außer den Fasern Folgendes enthält, mit Wasser gewonnen wird:

(a) Zement;
(b) körnige Elemente mit einer Korngröße D₉₀ von höchstens 10 mm;
(c) puzzolanisch reagierende Elemente mit einer Elementarteilchengröße zwischen 0,1 und 100 μm;
(d) wenigstens ein Dispergiermittel;

(1) der Gewichtsprozentwert des Wassers in Bezug auf die Summe der Gewichte des Zements (a) und der Elemente (c) liegt im Bereich von 8 bis 24%;
(2) die Metallfasern haben eine mittlere Länge l₁ von wenigstens 2 mm und ein Verhältnis l₁/⌀₁ von wenigstens 20, wobei ⌀₁ der Durchmesser der Fasern ist;
(3) das Verhältnis V₁/V des Volumens V₁ der Metallfasern zum Volumen V der organischen Fasern ist größer als 1, und das Verhältnis l₁/l der Länge der Metallfasern zur Länge der organischen Fasern ist größer als 1;
(4) das Verhältnis R zwischen der mittleren Länge l₁ der Metallfasern und der Größe D₉₀ der körnigen Elemente beträgt wenigstens 3, vorzugsweise wenigstens 5;
(5) die Menge der Metallfasern ist so groß, dass ihr Volumen weniger als 4% des Volumens des Betons nach dem Abbinden beträgt.

Die Erfindung bezweckt gleichermaßen einen ultrahochleistungsfähigen Beton, der feuerbeständig ist und eine charakteristische Druckfestigkeit nach 28 Tagen von wenigstens 120 MPa, eine Biegefestigkeit von wenigstens 20 MPa, einen Ausbreitungswert in nicht gehärtetem Zustand von wenigstens 150 mm aufweist, wobei diese Werte für einen bei 20 °C aufbewahrten und auf 20 °C gehaltenen Beton angegeben sind;
wobei der Beton aus einer gehärteten Zementmatrix, in der Metallfasern dispergiert sind, besteht und durch Mischen einer Zusammensetzung, die außer den Fasern folgendes enthält, mit Wasser gewonnen wird:

(a) Zement;
(b) körnige Elemente mit einer Korngröße D₉₀ von höchstens 10 mm;
(c) puzzolanisch reagierende Elemente mit einer Elementarteilchengröße zwischen 0,1 und 100 μm;
(d) wenigstens ein Dispergiermittel;
(e) organische Fasern

(1) der Gewichtsprozentwert des Wassers in Bezug auf die Summe der Gewichte des Zements (a) und der Elemente (c) liegt im Bereich von 8 bis 24%;
(2) die Metallfasern haben eine mittlere Länge l₁ von wenigstens 2 mm und ein Verhältnis l₁/⌀₁ von wenigstens 20, wobei ⌀₁ der Durchmesser der Fasern ist;
(3) die Metallfasern haben einen Schmelzpunkt von unter 200 °C, eine mittlere Länge l von größer als 1 mm und einen Durchmesser ⌀ von höchstens 200 μm,
(4) das Verhältnis V₁/V des Volumens V₁ der Metallfasern zum Volumen V der organischen Fasern ist größer als 1, und das Verhältnis l₁/l der Länge l der Metallfasern zur Länge der organischen Fasern ist größer als l;
(5) das Verhältnis R zwischen der mittleren Länge l₁ der Metallfasern und der Größe D₉₀ der körnigen Elemente beträgt wenigstens 3, vorzugsweise wenigstens 5;
(6) die Menge der Metallfasern ist so groß, dass ihr Volumen weniger als 4% des Volumens des Betons nach dem Abbinden beträgt.
(7) die Menge der organischen Fasern ist so groß, dass ihre Volumen 0,1 bis 3 % des Volumens des Betons nach dem Abbinden umfasst.

Somit wird durch diese Lösung dank einer neuen Konzeption der Zementmatrix und ihrer Beziehung zu den Verstärkungsfasern das gestellte Problem mit diesem Kompromiss von mechanischen Eigenschaften/Rheologie/Feuerverhalten gelöst.
Mit "Zementmatrix" bezeichnet man die gehärtete Zement-Zusammensetzung ohne Metallfasern.
D₉₀ bedeutet, dass 90 Gew.-% der körnigen Elemente eine Korngröße von weniger oder gleich 10 mm haben, wobei die Korngröße durch die Maschengrößen von Sieben gemessen wird, bei denen die hindurchgehenden Körner 90 % des Gesamtgewichts der Körner ausmachen.
D₇₅ bedeutet, das 75 Gew.-% der körnigen Elemente eine Korngröße von weniger oder gleich 10 mm haben, wobei die Korngröße durch die Drahtsiebe gemessen wird, bei denen die hindurchgehenden Körner 75 % des Gesamtgewichts der Körner ausmachen.
Unter "organischen Fasern" versteht man alle Polymerfasern, die den nachstehenden Bedingungen entsprechen.
Im Bereich der Erfindung versteht man auch unter Faserdurchmesser den äquivalenten Durchmesser, wenn die Fasern einen nichtkreisförmigen Querschnitt haben.
Unter "Biegefestigkeit" versteht man die Vierpunkt-Biegefestigkeit, gemessen mit Probekörpern der Größe 7×7×28 cm.
Vorteilhafterweise haben die organischen Fasern eine Länge l, die größer als 1,5 mm ist und höchsten gleich 12 mm ist.
Das Verhältnis l/⌀ beträgt vorzugsweise zwischen 20 und 500.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser organischer Fasern zwischen 2 und 100 μm, vorzugsweise weniger als 80 μm.
Das Verhältnis V₁/V ist vorzugsweise wenigstens 2.
Gemäß einer Variante ist die Menge an organischen Fasern vorzugsweise derartig, dass ihr Volumen kleiner ist als 2 % des Volumens des Betons nach dem Abbinden, vorzugsweise kleiner als 1 %.
Die organischen Fasern können aus einem Homopolymer oder irgendeinem Copolymer bestehen, das eine Schmelztemperatur von höchstens 300 °C, vorzugsweise eine Schmelztemperatur von höchstens 275 °C hat. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schmelztemperatur der Fasern niedriger als oder gleich 200 °C.
Man kann insbesondere organische Fasern erwähnen, die aus einem Homopolymer oder Copolymer bestehen, die aus der Gruppe Polyacrylamid, Polyethersulfon, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyamid und Polyvinylalkohol, allein oder im Gemisch, ausgewählt sind. Gemäß einer bestimmten Ausführungsform sind die organischen Fasern Polypropylen-Fasern einer Länge von 6 mm und eines Durchmessers von 18 μm.
Was die Metallfasern anbelangt, so kann es sich um Metallfasern handeln, die aus Stahlfasern ausgewählt sind, wie Stahlfasern hoher mechanischer Festigkeit, amorphe Stahlfasern oder auch nicht oxidierbare Stahlfasern. Gegebenenfalls können die Stahlfasern mit einem Nichteisenmetall wie Kupfer, Zink, Nickel (oder deren Legierungen) ummantelt sein.
Die mittlere Länge der Metallfasern liegt vorzugsweise im Bereich von 5 – 30 mm. Das Verhältnis l₁/⌀₁ ist vorzugsweise höchstens 200.
Man kann Metallfasern mit unterschiedlicher Geometrie verwenden. Sie können gekerbt, gewellt oder an den äußersten Enden mit Haken versehen sein. Man kann gleichermaßen auf die Rauheit von Fasern setzen und/oder Fasern mit variablem Querschnitt verwenden. Die Fasern können durch jede geeignete Technik erhalten werden, einschließlich durch Flechten oder Verdrahten mehrerer Metallfäden, die eine Kordel bilden.
Die Menge der Metallfasern ist dergestalt, dass ihr Volumen vorzugsweise geringer als 3,5 % des Volumens des Betons nach dem Abbinden ist.
Vorteilhafterweise soll die mittlere Verbundfestigkeit von Metallfasern in der gehärteten Zementmatrix wenigstens 10 mPa, vorzugsweise wenigstens 15 MPa betragen. Diese Verbundfestigkeit wird durch, den Extraktionsversuch einer Monofaser bestimmt, die in einem Betonblock eingebaut ist.
Es wurde beobachtet, dass die Betonarten gemäß der Erfindung, die darüber hinaus zugleich eine derartige Verbundfestigkeit von Fasern und eine erhöhte Matrixzähigkeit (vorzugsweise wenigstens 15 J/m²) haben, zu besseren mechanischen Leistungsfähigkeiten führen, und zwar durch Synergie zwischen diesen zwei Eigenschaften.
Der Haftungsgrad von Faser/Matrix kann durch mehrere Mittel gesteuert werden, die man einzeln oder gleichzeitig verwenden kann.
Gemäß einer ersten Möglichkeit kann das Haften von Fasern in der Zementmatrix durch Behandlung der Oberfläche von Fasern erhalten werden. Diese Behandlung von Fasern kann durch wenigstens eines der folgenden Verfahren bewirkt werden:

– chemischer Angriff auf die Fasern;
– Abscheiden einer mineralischen Verbindung auf den Fasern, insbesondere durch Abscheiden eines Metallphosphats.

Der chemische Angriff kann z.B. durch In-Kontakt-Bringen der Fasern mit einer Säure und anschließendes Neutralisieren durchgeführt werden.
Das Abscheiden eines Metallphosphats wird im Allgemeinen durch ein Phosphatierungsverfahren erhalten, welches aus Folgendem besteht: dem Einführen von Metallfasern, die vorher in einer wässrigen Lösung, umfassend ein Metallphosphat, vorzugsweise Manganphosphat oder Zinkphosphat, abgebeizt wurden, anschließend dem Filtrieren der Lösung, um die Fasern zurückzugewinnen. Die Fasern werden anschließend gespült, neutralisiert, dann von neuem gespült. Im Gegensatz zum gebräuchlichen Phosphatierungsverfahren dürfen die erhaltenen Fasern keine Endbearbeitung vom Fett-Typ erleiden. Man kann sie demgegenüber gegebenenfalls mit einem Additiv imprägnieren, um einen Korrosionsschutz zu gewährleisten oder um ihre Verwendung mit dem Zementmilieu zu erleichtern. Die Phosphatierungs-Behandlung kann gleichermaßen erreicht werden, indem man die Metallphosphat-Lösung auf die Fasern aufträgt oder die Metallphosphat-Lösung auf den Fasern pulverisiert.
Jeder Typ von Phosphatierungsverfahren kann verwendet werden, man kann sich diesbezüglich auf die Behandlungen beziehen, die in dem Artikel von G. Lorin "La phosphatation des métaux", 1973 beschrieben sind.
Gemäß einer zweiten Möglichkeit kann die Verbundfestigkeit von Fasern in der Zementmatrix durch Einführen wenigstens einer der folgenden Verbindungen in die Zusammensetzung erreicht werden: Kieselsäure-Verbindungen, die hauptsächlich Siliciumdioxid umfassen, ausgefälltes Calciumcarbonat, Polyvinylalkohol in wässriger Lösung, ein Latex oder eine Mischung dieser Verbindungen.
Unter einer Kieselsäure-Verbindung, die hauptsächlich Siliciumdioxid umfasst, versteht man hierin die Syntheseprodukte, die aus Folgendem ausgewählt sind: ausgefälltem Siliciumdioxid, Kieselsäure-Sol, Siliciumdioxiden durch thermische Behandlung (Typ Aerosil), Siliciumaluminaten, z.B. Tixosil 28, das von Rhône-Poulenc in den Handel gebracht wird, oder Produkten vom Tonttyp (natürliche oder abgeleitete Produkte): z.B. die Seifentone (Smectide), die Magnesiumsilicate, die Sepiolithe und die Montmorillonite.
Vorzugsweise verwendet man wenigstens ein ausgefälltes Siliciumdioxid.
Unter ausgefälltem Siliciumdioxid versteht man hierin ein Siliciumdioxid, das durch Ausfällung erhalten wird, und zwar ausgehend von der Reaktion eines Alkalimetallsilicats mit einer Säure, im Allgemeinen einer anorganischen Säure, bei einem pH, der dem Ausfällungsmilieu angemessen ist, insbesondere einem basischen, neutralen oder etwas saurem pH, wobei die Herstellungsart des Siliciumdioxids irgendeine beliebige sein kann (die Zugabe von Säure zu einer Silicat-Impfmischung (pied de cuve), die gleichzeitige Zugabe der Gesamt- oder Teilmenge an Säure oder an Silicat zu einer Wasser-Impfmischung oder einer Silicat-Lösung usw.), und sie wird in Abhängigkeit vom Siliciumdioxid-Typ ausgewählt, den man zu erhalten wünscht; nach der Beendigung des Ausfällungsschrittes führt man im Allgemeinen gemäß irgendeinem bekannten Mittel, z.B. Filterpresse oder Abnutschen, einen Schritt der Abtrennung des Siliciumdioxids vom Reaktionsmilieu durch; man sammelt somit einen Filtrationskuchen, der – falls es notwendig ist – gewaschen wird; dieser Kuchen kann gegebenenfalls nach dem Zerbröckeln durch irgendein bekanntes Mittel, insbesondere durch Zerstäubung, getrocknet werden, anschließend gegebenenfalls zerkleinert und/oder agglomeriert werden.
Im Allgemeinen umfasst die eingeführte Menge an durch Ausfällung gewonnenem Siliciumdioxid zwischen 0,1 Gew.-% und 5 Gew.-%, ausgedrückt als Trockengewicht, bezogen auf das Gesamtgewicht des Betons. Oberhalb von 5 Gew.-% beobachtet man üblicherweise Rheologie-Probleme bei der Herstellung von Mörtel.
Vorzugsweise wird das durch Ausfällung gewonnene Siliciumdioxid in Form einer wässrigen Suspension in die Zusammensetzung eingeführt. Es kann sich insbesondere um eine wässrige Siliciumdioxid-Suspension handeln, die Folgendes aufweist:

– einen Gehalt an Trockensubstanz von 10 bis 40 Gew.-%;
– eine Viskosität von weniger als 4×10^–2 Pa·s bei einem Scheren von 50 s^–1;
– eine Menge an Siliciumdioxid, die im Überstand dieser Suspension – bei 7500 U/min während 30 Minuten – enthalten ist, von mehr als 50 Gew.-% des Siliciumdioxids, das in der Suspension enthalten ist.

Diese Suspension wird insbesondere in der Patentanmeldung WO-A-96/01787 beschrieben. Die Siliciumdioxid-Suspension Rhoximat CS 60 SL, die von Rhône-Poulenc in den Handel gebracht wird, gehört insbesondere zu diesem Typ von Beton.
Der Zement (a) des Betons gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein Portland-Zement, wie die Zementsorten Portland CPA PMES, HP, HPR, CEM I PMES, 52,5 oder 52,5 R oder HTS (hoher Gehalt an Siliciumdioxid).
Die körnigen Elemente (b) sind im Wesentlichen Sande oder Sandmischungen – gesiebt oder fein gemahlen -, die vorteilhafterweise Quarzsande, insbesondere Quarzmehl, umfassen können.
Die Korngröße D₇₅ dieser Elemente ist vorzugsweise höchstens 6 mm.
Diese körnigen Elemente liegen im Allgemeinen zu 20 Gew.-% bis 60 Gew.-% der Zementmatrix vor, vorzugsweise zu 25 – 50 Gew.-% dieser Matrix.
Die feinen puzzolanisch reagierenden Elemente (c) haben eine Elementarteilchengröße von vorzugsweise mindestens 0,1 μm und höchstens 20 μm, vorzugsweise höchstens 5 μm. Sie können aus Siliciumdioxid-Verbindungen, Flugaschen, Hochöfenschlacken und Ton-Derivaten wie Kaolin ausgewählt werden. Das Siliciumdioxid kann eher ein Quarzstaub sein, der aus der Zircomium-Industrie stammt, als ein Quarzstaub, der aus der Silicium-Industrie stammt.
Im Bereich der Erfindung umfassen die oben beschriebenen Betonarten gegebenenfalls Verstärkungselemente. Diese Verstärkungselemente werden zur Zusammensetzung gegeben, die die Matrix bildet, um die Zähigkeit zu erhöhen.
Die Zähigkeit wird in Form der Belastung (Faktor der Belastungsstärke: Kc) ausgedrückt, nämlich in Form der Energie (kritischer Energiegehalt: Gc), indem man den Formalismus der linearen Bruchmechanik verwendet. Vorzugsweise beträgt die Zähigkeit der Zementmatrix wenigstens 15 J/m², vorteilhafterweise wenigstens 20 J/m². Die Messmethode der Zähigkeit wird in der Patentanmeldung PCT WO 99/28267 beschrieben.
Die Zähigkeit der Zementmatrix wird vorteilhafterweise erhalten, indem man zu der Zement-Zusammensetzung Verstärkungselemente einer mittleren Größe von höchstens 1 mm, vorzugsweise von höchstens 500 μm hinzufügt, die in Nadelform oder Plättchenform vorliegen. Sie liegen vorzugsweise in einem Volumenanteil von weniger als 35 %, insbesondere im Bereich von 5 – 25 % der Summe der Volumina der körnigen Elemente (b) und der puzzolanisch reagierenden Elemente (c) vor.
Unter "Größe" der Verstärkungselemente versteht man die Größe ihres größten Ausmaßes (insbesondere die Länge bei nadelartigen Formen).
Es kann sich um natürliche oder synthetische Produkte handeln.
Die Verstärkungselemente in Nadelform werden vorzugsweise aus Folgendem ausgewählt: Fasern einer Länge von weniger als 1 mm, z.B. Wollastonit-Fasern, Bauxit-Fasern, Mullit-Fasern, Kaliumtitanat-Fasern, Siliciumcarbid-Fasern, Cellulose-Fasern oder Fasern von Cellulose-Derivaten, wie Celluloseacetat, Kohlefasern, Calciumcarbonat-Fasern, Hydroxyapatit-Fasern und anderen Calciumphosphat-Fasern oder den abgeleiteten Produkten, die durch Zerkleinerung dieser Fasern erhalten werden, und der Mischung dieser Fasern.
Vorzugsweise verwendet man Verstärkungselemente, deren Nadelförmigkeit, ausgedrückt durch das Verhältnis von Länge/Durchmesser, mindestens 3 und vorzugsweise mindestens 5 beträgt.
Die Wollastonit-Fasern haben gute Ergebnisse ergeben. Die Verstärkungselemente in Plättchenform können aus Glimmer-Plättchen, Talkum-Plättchen, Mischsilicat-Plättchen (Tone), Vermiculit-Plättchen, Aluminiumoxid-Plättchen und Plättchen von Mischungen von Aluminaten und Silicaten und Mischungen dieser Plättchen ausgewählt werden.
Die Glimmer-Plättchen haben gute Ergebnisse ergeben.
Es ist möglich, Kombinationen dieser unterschiedlichen Formen oder Arten von Verstärkungselementen in der Beton-Zusammensetzung gemäß der Erfindung zu verwenden. Diese Verstärkungselemente können eine organische Beschichtung aufweisen. Dieser Behandlungstyp wird besonders bei Verstärkungselementen empfohlen, die natürliche Produkte sind. Solche Verstärkungselemente werden ausführlich in den Patentanmeldungen WO 99/28267 und EP-A-372804 beschrieben.
Das Gewichtsverhältnis von Wasser/Zement – in der Betontechnik üblich – kann variieren, wenn man Zementersatzstoffe verwendet, die insbesondere puzzolanisch reagierende Elemente sind. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung hat man demgemäß das Gewichtsverhältnis der Wassermenge (E) zur Summe des Gewichts des Zements und der puzzolanisch reagierenden Elemente definiert. Auf derartige Weise definiert, umfasst dieses Verhältnis zwischen etwa 8 % und 24 %, vorzugsweise zwischen etwa 13 % und 20 %.
In der Beschreibung der Beispiele hat man trotzdem das Verhältnis E/C von Wasser zu Zement verwendet.
Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst auch wenigstens ein Dispergiermittel (d). Dieses Dispergiermittel ist im Allgemeinen ein Verflüssigungsmittel. Das Verflüssigungsmittel kann aus Lignosulfonaten, Casein, Polynaphthalinen, insbesondere Polynaphthalinsulfonaten von Alkalimetallen, Formaldehyd-Derivaten, Polyacrylaten von Alkalimetallen, Polycarboxylaten von Alkalimetallen und gepfropften Polyethylenoxiden ausgewählt werden. Im Allgemeinen umfasst die Zusammensetzung gemäß der Erfindung 0,5 bis 2,5 Gewichtsteile Verflüssigungsmittel auf 100 Gewichtsteile Zement.
Andere Additive können zur Zusammensetzung gemäß der Erfindung gegeben werden, z.B. ein Antischaummittel. Z.B. kann man die Antischaummittel auf der Basis von Polydimethylsiloxanen oder Propylenglycol verwenden.
Unter diesen Typen von Reagenzien kann man insbesondere die Silicone in Form einer Lösung, eines Feststoffs und vorzugsweise in Form eines Harzes, eines Öls oder einer Emulsion erwähnen, vorzugsweise in Wasser. Zweckmäßig sind vor allem die Silicone, die im Wesentlichen die Einheiten M (RSiO_0,5) und D (R₂SiC) umfassen. In diesen Formeln werden die Reste R – identisch oder voneinander verschieden – insbesondere aus Wasserstoff und Alkylresten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen ausgewählt, wobei der Methylrest bevorzugt wird. Die Anzahl der Einheiten liegt vorzugsweise im Bereich von 30 bis 120.
Die Menge eines solches Reagenzes in der Zusammensetzung beträgt im Allgemeinen höchstens 5 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile Zement.
Falls nichts Anderweitiges angegeben ist, werden die Teilchengrößen durch MET (Transmissions-Elektronenmikroskopie) oder MEB (Raster-Elektronenmikroskopie) gemessen.
Die Matrix kann noch andere Bestandteile enthalten, mit der Maßgabe, dass sie nicht die erwartete Leistungsfähigkeit des Betons stören.
Der Beton kann gemäß jedem Verfahren erhalten werden, das dem Fachmann bekannt ist, insbesondere durch Anmachen der festen Inhaltsstoffe und des Wassers, In-Form-Bringen (Formen, Gießen, Einspritzen, Pumpen, Extrudieren, Kalandrieren) und anschließendes Härten.
Um den Beton herzustellen, durchknetet man z.B. die Inhaltsstoffe der Zementmatrix und die Metallfasern mit einer zweckmäßigen Menge an Wasser.
Vorteilhafterweise berücksichtigt man die folgende Reihenfolge des Knetens:

– Kneten der pulverigen Bestandteile der Matrix (z.B. 2 Minuten);
– Einführen von Wasser und eines Teils, z.B. die Hälfte, der Hilfsstoffe;
– Kneten (z.B. 1 Minute);
– Einführen des restlichen Teils der Hilfsstoffe;
– Kneten (z.B. 3 Minuten);
– Einführen der Fasern;
– Kneten (z.B. 2 Minuten).

Gemäß einer bevorzugten Variante werden die organischen Fasern vor der Zugabe des Wassers eingeführt.
Der Beton wird zwischen 20 °C und 100 °C einer Reifung während einer Zeitspanne unterzogen, die notwendig ist, um die erwünschten mechanischen Eigenschaften zu erhalten.
Eine Reifung bei einer Temperatur nahe der Umgebungstemperatur liefert gute mechanische Eigenschaften, und zwar aufgrund der Auswahl der Bestandteile der Zementmatrix. In diesem Fall lässt man den Beton reifen, z.B. bei einer Temperatur nahe bei 20 °C.
Die Reifung kann gleichermaßen durch eine Wärmebehandlung zwischen 60 °C und 100 °C bei Normaldruck des gehärteten Betons durchgeführt werden.
Der erhaltene Beton kann insbesondere einer Wärmebehandlung zwischen 60 °C und 100 °C während einer Zeitspanne von 6 Stunden bis zu 4 Tagen, bei einer optimalen Zeitspanne in der Größenordnung von 2 Tagen, unterzogen werden, wobei die Behandlung nach dem Ende des Abbindens der Mischung oder wenigstens einen Tag nach dem Beginn des Abbindens beginnt. Im Allgemeinen sind Behandlungszeitspannen von 6 Stunden bis 72 Stunden im Bereich der obigen Temperaturen ausreichend.
Die Wärmebehandlung wird in trockener oder feuchter Umgebung durchgeführt oder gemäß Zyklen, bei denen die zwei Umgebungen aufeinander folgen, z.B. 24 Stunden in feuchter Umgebung, gefolgt von 24 Stunden in trockener Umgebung.
Man führt diese Wärmebehandlung von Betonarten durch, deren Abbinden beendet wurde und die vorzugsweise wenigstens einen Tag gealtert wurden und noch besser die wenigstens etwa 7 Tagen gealtert wurden.
Die Zugabe von Quarzstaub kann nützlich sein, wenn der Beton der obigen Wärmebehandlung unterzogen wird.
Der Beton kann durch haftenden Draht oder haftende Litze im Verbund vorgespannt sein oder durch gefettete, umhüllte Monolitzen oder durch Kabel oder ummantelten Stab im nachträglichen Verbund vorgespannt werden, wobei das Kabel aus einer Anordnung von Drähten oder Litzen besteht.
Das Vorspannen, unabhängig voneinander ob im Verbund oder im nachträglichen Verbund, ist für die Beton-Produkte gemäß der Erfindung gut geeignet.
Tatsächlich haben die metallischen Kabel mit Vorspannung immer sehr erhöhte Zugfestigkeiten, die schlecht genutzt werden, weil die Zerbrechlichkeit der Matrix, die sie enthält, es nicht ermöglicht, die Größe der Strukturelemente aus Beton zu optimieren.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Betonarten haben im Allgemeinen eine direkte Zugfestigkeit Rt von wenigstens 8 MPa. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform haben die Betonarten, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden, eine charakteristische Druckfestigkeit von wenigstens 150 MPa und eine charakteristische Vierpunkte-Biegefestigkeit Rf von wenigstens 25 MPa.
Die gemäß der Erfindung erhaltenen Betonarten haben ein gutes Feuerverhalten, so wie es in den Beispielen erläutert wird, wobei ihre guten physikali schen Eigenschaften im gehärteten oder nicht gehärteten Zustand vollkommen beibehalten werden.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele von Betonarten gemäß der Erfindung sowie die Ergebnisse des mit diesen Betonarten erhaltenen Feuerverhaltens aufgeführt.
Herstellung von Proben
Der ultrahochleistungsfähige Beton, der in den folgenden Beispielen verwendet wird, wird ausgehend von den folgenden Verbindungen erhalten:

(i) Portland-Zement: mit hohem Siliciumdioxid-Gehalt, Typ HTS, der von der Firma LAFARGE (Frankreich) stammt.
(ii) Sand: Quarzsand BE31 der Firma SIFRACO (Frankreich) mit einem D₇₅ von 350 μm.
(iii) Quarzmehl: Qualität C400 mit 50 % Körnern, die kleiner als 10 μm sind, das von der Firma SIFRACO (Frankreich) stammt.
(iv) Siliciumdioxidstaub: Mikroquarzgut aus der Zirconium-Herstellung, Typ "MST" mit einer spezifischen Oberfläche "BET" von 12 m²/g, das von der Firma S.E.P.R (Frankreich) stammt.
(v) Hilfsstoff: Verflüssigungsmittel OPTIMA 100 Flüssigkeit, das von der Firma CHRYSO (Frankreich) stammt.
(vi) Metallfasern: Die Metallfasern sind Stahlfasern einer Länge von 13 mm, eines Durchmessers von 200 μm und einer Reißzugfestigkeit von 2800 MPa, die von der Firma BEKAERT (Belgien) geliefert werden. Die verwendeten Mengen sind in der nachstehenden Tabelle angegeben.
(vii) Organische Fasern: Die organischen Fasern sind Polypropylen- oder Polyvinylalkohol-Fasern, deren Geometrie und deren verwendete Mengen in der nachstehenden Tabelle definiert sind.

Der nachstehend beschriebene Beton wird folgendermaßen erhalten: Kneten der pulverigen Bestandteile, Einführen von Wasser und eines Teils des Hilfsmittels, Kneten, Einführen des restlichen Teils des Hilfsmittels, Kneten, Einführen von Metallfasern, Kneten, wobei die organischen Fasern in die Mischung eingeführt werden, bevor Wasser zugegeben wird. In diesen Versuchen verwendet man einen Kneter hoher Turbulenz mit Drehung des Bottichs, Typ EIRICH RV02.
Die Formen werden mit dieser Zusammensetzung gefüllt, dann gemäß üblichen Arbeitsweisen in Schwingung versetzt. Die Probekörper werden 48 Stunden nach dem Gießen aus der Form entnommen. Sie erleiden anschließend eine Wärmebehandlung, die daraus besteht, dass sie 48 Stunden bei 100 % Feuchtigkeit in einem Trockenofen bei 90 °C gelagert werden.
Die Beton-Zusammensetzung ist nachstehend angegeben:
X und Y sind die Gehalte an Metallfasern bzw. organischen Fasern, die in der Tabelle 1 angegeben sind.
1. Testreihe
Die Betonarten werden gemäß den folgenden Analysemethoden analysiert.

– Die Druckfestigkeit Rc ist der Wert, der bei der direkten Druckausübung auf einen zylindrischen Probekörper (Durchmesser 70 mm/Höhe 140 mm) bei 20 % erhalten wird. Rc = 4F/π/d2,wobei F die Reißkraft in N darstellt und d den Durchmesser der Probekörper darstellt.
– Die Vierpunkt-Biegefestigkeit wird mit einem Probekörper einer Größe von 70×70×280 mm, der auf einem Kipplager montiert ist, gemäß den Normen NFP 18-411 und NFP 18-409 und ASTM C 1018 gemäß der folgenden Formel gemessen: Rf = 3Fmax (l – l')/2dw2, wobei F_maxdie maximale Kraft in N (Spitzenwert-Kraft) darstellt, l=210 mm und l'=l/3 und d=w=70 mm.
– Der Ausbreitungswert wird durch die Technik des Schlagtisches (20 Schläge) gemäß den Normen ASTM C320, ISO 2768-1, EN 459-2 gemessen.
– das Feuerverhalten wurde bestimmt, indem man (1) die charakteristische verbleibende Vierpunkt-Biegefestigkeit nach der Temperatureinstellung von Beton-Probekörpern in Form von Prismen einer Größe von 70×70×250 mm misst. Die Probekörper sind auf 2 Flächen isoliert, und die 2 nicht isolierten Flächen werden in einem vorgeheizten (400 – 500 °C) und in 20 Minuten auf 800 °C erhitzten Ofen dem Feuer ausgesetzt, dann werden sie 1 Stunde bei 800 °C gehalten. (2) die verbleibende charakteristische Druckfestigkeit nach der Temperatureinstellung von kubischen Probekörpern, die auf eine Kantenlänge von 70 mm reduziert sind, misst. (3) auch für jeden Probekörper das Vorliegen eines explosiven Abplatzens beobachtet.

In den Beispielen 1 und 2 sind die Polypropylen (PP)-Fasern FIBERMESH 6130-Fasern, wobei die Schmelztemperatur dieser Fasern 170 °C ist.
Im Beispiel 3 sind die Polyvinylalkohol (APV)-Fasern KURARAY RMS 182-Fasern, deren Schmelztemperatur 220 °C ist.
In den Beispielen 4 und 5 sind die Polypropylen-Fasern FIBRIN 623-Fasern, die in Frankreich von der Firma CHRYSO SA vertrieben werden
In den Beispielen 6 und 7 sind die Fasern KURARAY RF 350-Fasern.
Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Fasern des Beispiels 1 (Polypropylen, l = 19 mm) ein korrektes Feuerverhalten bei einer Dosierung von 2 % haben. Demgegenüber ist die Fließfähigkeit sehr schlecht (Ausbreitung/20 Schläge: 140 mm). Bei einer reduzierten Dosierung (1,4 %) verbessert sich die Fließfähigkeit deutlich (Ausbreitung: 160 mm), aber das Feuerverhalten wird sehr schlecht: es liegen bedeutsame Risse und Abplatzungen vor.
Mit den organischen Fasern des Beispiels 3 (Polyvinylalkohol, l = 6 mm) und bei einer Dosierung von 0,7 % bleiben die Fließfähigkeit korrekt (Ausbreitung: 160 mm) und das Feuerverhalten annehmbar (kein Abplatzen).
Die besten Ergebnisse werden mit den Fasern der Beispiele 4 und 5 erhalten (Polypropylen, Länge = 6 mm). Bei einer reduzierten Dosierung (0,5 %) ist die Fließfähigkeit ausgezeichnet (Ausbreitung: 200 mm) und das Feuerverhalten ist gut. Die Werte der mechanischen Eigenschaften (Kompression, Biegung) sind erhöht.
Mit Betonarten der Beispiele 6 und 7, die nur organische Fasern enthalten, erhält man einen guten Ausbreitungswert des Betons, doch weisen diese Betonarten, selbst wenn sie bei Feuereinwirkung nicht explodieren, mechanische Eigenschaften auf, die nach der Feuereinwirkung stark verschlechtert sind.
2. Testreihe

– Der gemäß Beispiel 4 hergestellte Beton wird zu unterschiedlichen Elementen, die nicht belastet sind, gegossen. Diese Elemente sind wie folgt: – Fliesen (Platten) der Größe 400×300×25 mm³, – Säulen der Größe 300×300×700 mm³ oder 200×200×900 mm³ und – Balken in Form eines "l" einer Größe von 2100×150×240 mm³, die einen Kern einer Dicke von 50 mm haben.

Einige dieser Elemente erleiden eine Wärmebehandlung, die mit derjenigen der ersten Testreihe identisch ist (48 h bei 90 °C und 100 % Feuchtigkeit). Dann wird die Gesamtheit der behandelten oder nicht behandelten Elemente gemäß der Norm EN 1365-2 vom 18/2/99 während einer Zeitspanne von 2 Stunden einer Feuereinwirkung ausgesetzt (also bei einer Temperatur des Feuers, die etwa 1050 °C erreicht).
Die Versuchsergebnisse sind wie folgt:

– Die Fliesen mit oder ohne Wärmebehandlung, die nur auf der Innenfläche erhitzt wurden und transversal mit 42 daN in der Mitte – bezogen auf die. Länge – belastet wurden, erlitten keine Verschlechterung,
– die Säulen, die gleichmäßig erhitzt wurden, weisen kein Abplatzen nach dem Versuch der Feuereinwirkung auf,
– Der Träger, der eine Wärmebehandlung erlitten hat, ist gleichmäßig erhitzt und weist kein Abplatzen nach dem Versuch auf.
– Der Beton des Beispiels 4 wurde gleichermaßen zu einer Kolonne eines Querschnitts von 20×20 cm und einer Höhe von 90 cm gegossen.

Nach der Wärmebehandlung (48 h bei 90 °C und 100 % Feuchtigkeit) wurden zwei Säulen einer Kompressionsbelastung einer Intensität von 2000 kN unterzogen (also 43,6 % von demjenigen, was das Element ertragen könnte), mit einer Abweichung von 14 mm.
Diese Probekörper wurden einer Feuereinwirkung gemäß der Norm EN1365-2 vom 18/2/99 unterzogen. Eine der Säulen war befähigt, die Belastung während 89 Minuten auszuhalten, und die andere konnte sie 82 Minuten aushalten (was eine Feuertemperatur von etwa 1000 °C darstellt). Sie wiesen vor dem Reißen ein unbedeutendes Abplatzen auf.

Claims

Verwendung von organischen Fasern, die eine Schmelztemperatur von unter 300 °C, eine mittlere Länge l von über 1 mm und einen Durchmesser ⌀ von höchstens 200 μm aufweisen, in einem ultrahochleistungsfähigen Beton zur Verbesserung der Feuerfestigkeit des Betons, wobei die Menge der organischen Fasern so groß ist, dass ihr Volumen zwischen 0,1 und 3% des Volumens des Betons nach dem Abbinden liegt, und der Beton eine charakteristische Druckfestigkeit nach 28 Tagen von wenigstens 120 MPa, eine charakteristische Biegefestigkeit von wenigstens 20 MPa und einen Ausbreitungswert im ungehärteten Zustand von wenigstens 150 mm aufweist, wobei diese Werte für einen bei 20 °C aufbewahrten und auf 20 °C gehaltenen Beton angegeben werden, wobei der Beton aus einer gehärteten Zementmatrix, in der Metallfasern dispergiert sind, besteht und durch Mischen einer Zusammensetzung, die außer den Fasern folgendes enthält, mit Wasser gewonnen wird: (a) Zement; (b) körnige Elemente mit einer Korngröße D₉₀ von höchstens 10 mm; (c) puzzolanisch reagierende Elemente mit einer Elementarteilchengröße zwischen 0,1 und 100 μm; (d) wenigstens ein Dispergiermittel; wobei der Beton den folgenden Bedingungen genügt: (1) der Gewichtsprozentwert des Wassers in Bezug auf die Summe der Gewichte des Zements (a) und der Elemente (c) liegt im Bereich von 8 bis 24%; (2) die Metallfasern haben eine mittlere Länge l₁ von wenigstens 2 mm und ein Verhältnis l₁/⌀₁ von wenigstens 20, wobei ⌀₁ der Durchmesser der Fasern ist; (3) das Verhältnis V₁/V des Volumens V₁ der Metallfasern zum Volumen V der organischen Fasern ist größer als 1, und das Verhältnis l₁/l der Länge der Metallfasern zur Länge der organischen Fasern ist größer als 1; (4) das Verhältnis R zwischen der mittleren Länge l₁ der Metallfasern und der Größe D₉₀ der körnigen Elemente beträgt wenigstens 3; (5) die Menge der Metallfasern ist so groß, dass ihr Volumen weniger als 4% des Volumens des Betons nach dem Abbinden beträgt.
Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton außerdem Verstärkungselemente umfasst, die die Zähigkeit der Matrix verbessern können und die ausgewählt sind aus nadelförmigen oder plättchenartigen Elementen mit einer mittleren Größe von höchstens 1 mm, die in einem Volumenanteil vorhanden sind, der kleiner als 35% der Summe des Volumens der körnigen Elemente (b) und der puzzolanisch reagierenden Elemente (c) ist.
Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis l/⌀ der organischen Fasern zwischen 20 und 500 liegt.
Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern eine Länge l von über 1,5 mm und höchstens 12 mm haben.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern einen Durchmesser von weniger als 80 μm haben.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis V₁/V der Metallfasern zu den organischen Fasern wenigstens 2 beträgt.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der organischen Fasern so groß ist, dass ihr Volumen kleiner als 2% des Volumens des Betons nach dem Abbinden ist.
Verwendung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der organischen Fasern so groß ist, dass ihr Volumen kleiner als 1% des Volumens des Betons nach dem Abbinden ist.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern aus einem Homopolymer oder Copolymer bestehen, das aus der Gruppe Polyacrylamid, Polyethersulfon, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyamid und Polyvinylalkohol, allein oder im Gemisch, ausgewählt ist.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern Polypropylenfasern sind.
Verwendung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polypropylenfasern eine Länge von 6 mm und einen Durchmesser von 18 μm haben.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern Stahlfasern sind.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern eine Länge im Bereich von 5 bis 30 mm haben.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße D₇₅ der körnigen Elemente (b) höchstens 6 mm beträgt.
Verwendung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die organischen Fasern eine Schmelztemperatur von kleiner oder gleich 200 °C haben.
Ultrahochleistungsfähiger Beton, der feuerfest ist und eine charakteristische Druckfestigkeit nach 28 Tagen von wenigstens 120 MPa, eine charakteristische Biegefestigkeit von wenigstens 20 MPa und einen Ausbreitungswert im ungehärteten Zustand von wenigstens 150 mm aufweist, wobei diese Werte für einen bei 20 °C aufbewahrten und auf 20 °C gehaltenen Beton angegeben werden; wobei der Beton aus einer gehärteten Zementmatrix, in der Metallfasern dispergiert sind, besteht und durch Mischen einer Zusammensetzung, die außer den Fasern folgendes enthält, mit Wasser gewonnen wird: (a) Zement; (b) körnige Elemente mit einer Korngröße D₉₀ von höchstens 10 mm; (c) puzzolanisch reagierende Elemente mit einer Elementarteilchengröße zwischen 0,1 und 100 μm; (d) wenigstens ein Dispergiermittel; (e) organische Fasern; wobei der Beton den folgenden Bedingungen genügt: (1) der Gewichtsprozentwert des Wassers in Bezug auf die Summe der Gewichte des Zements (a) und der Elemente (c) liegt im Bereich von 8 bis 24%; (2) die Metallfasern haben eine mittlere Länge l₁ von wenigstens 2 mm und ein Verhältnis l₁/⌀₁ von wenigstens 20, wobei ⌀₁ der Durchmesser der Fasern ist; (3) die organischen Fasern weisen eine Schmelztemperatur von unter 200 °C, eine mittlere Länge l von über 1 mm und einen Durchmesser ⌀ von höchstens 200 μm auf; (4) das Verhältnis V₁/V des Volumens V₁ der Metallfasern zum Volumen V der organischen Fasern ist größer als 1, und das Verhältnis l₁/l der Länge der Metallfasern zur Länge der organischen Fasern ist größer als 1; (5) das Verhältnis R zwischen der mittleren Länge l₁ der Metallfasern und der Größe D₉₀ der körnigen Elemente beträgt wenigstens 3; (6) die Menge der Metallfasern ist so groß, dass ihr Volumen weniger als 4% des Volumens des Betons nach dem Abbinden beträgt; (7) die Menge der organischen Fasern ist so groß, dass ihr Volumen zwischen 0,1 und 3% des Volumens des Betons nach dem Abbinden liegt.
Beton gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern einen Durchmesser von unter 80 um haben.
Beton gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei das Verhältnis l/⌀ der organischen Fasern zwischen 20 und 500 liegt.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 18, wobei das Volumenverhältnis V₁/V der Metallfasern zu den organischen Fasern wenigstens 2 beträgt.
Beton gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die organischen Fasern eine Länge von höchstens 12 mm haben.
Beton gemäß den vorstehenden Ansprüchen 16 bis 20, wobei die Menge der organischen Fasern so groß ist, dass ihr Volumen kleiner als 1% des Volumens des Betons nach dem Abbinden ist.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Fasern Polypropylenfasern mit einer Länge von weniger als 10 mm sind.
Beton gemäß Anspruch 22, wobei die Polypropylenfasern eine Länge in der Größenordnung von 6 mm und einen Durchmesser von 18 μm haben.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern Stahlfasern sind.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern eine Länge im Bereich von 5 bis 30 mm haben.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem Verstärkungselemente umfasst, die die Zähigkeit der Matrix verbessern können und die ausgewählt sind aus nadelförmigen oder plättchenartigen Elementen mit einer mittleren Größe von höchstens 1 mm, die in einem Volumenanteil vorhanden sind, der kleiner als 35% der Summe des Volumens der körnigen Elemente (b) und der puzzolanisch reagierenden Elemente (c) ist.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente eine mittlere Größe von höchstens 500 μm haben und in einem Volumenanteil vorhanden sind, der im Bereich von 5 bis 25% der Summe des Volumens der körnigen Elemente (b) und der puzzolanisch reagierenden Elemente (c) liegt.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente Wollastonitfasern sind.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente Glimmerplättchen sind.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße D₇₅ der körnigen Elemente (b) höchstens 6 mm beträgt.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass er im Verbund vorgespannt wird.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass er mit nachträglichem Verbund vorgespannt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Betons, wie er gemäß einem der Ansprüche 16 bis 32 definiert ist, umfassend das Mischen des Zements, der körnigen Elemente mit der Korngröße D₉₀ von höchstens 10 mm, der puzzolanisch reagierenden Elemente mit einer Elementarteilchengröße zwischen 0,1 und 100 μm, wenigstens eines Dispergiermittels und der organischen Fasern mit einer geeigneten Menge Wasser, wobei die Fasern bei diesem Verfahren vor der Zugabe von Wasser in das Gemisch eingeführt werden.