DE60215059T2

DE60215059T2 - Hochleistungsfähiger beton ohne zusätze mit latenter hydraulischer aktivität

Info

Publication number: DE60215059T2
Application number: DE60215059T
Authority: DE
Inventors: Stefano Cangiano
Original assignee: Italcementi SpA
Current assignee: Italcementi SpA
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2002-11-22
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2022-11-23
Also published as: ATE340776T1; ES2274126T3; CA2468430C; US7316743B2; ITMI20012480A1; EP1565413A2; PT1565413E; CA2468430A1; AU2002356712A8; WO2003043947A2; DE60215059D1; WO2003043947A3; DK1565413T3; AU2002356712A1; CY1105875T1; EP1565413B1; US20040244332A1

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von hochleistungsfähigem Beton, welcher ohne signifikante Mengen von zusätzlichem Material mit latenter hydraulischer Aktivität, insbesondere Silicastaub, erhalten werden kann.
Stand der Technik
Bevor die vorliegende Erfindung ausführlich beschrieben werden soll, ist es zweckmäßig, die Bedeutung einiger Begriffe festzulegen und Bezug auf den Stand der Technik zu nehmen, der aus der technischen und Patentliteratur zum Gegenstand der Erfindung abgeleitet werden kann.
Der Ausdruck „hochleistungsfähig" bezieht sich hier auf ein relativ breites Spektrum von Gebrauchseigenschaften von Zementgemischen und insbesondere von rheologischen und mechanischen Leistungsdaten.
Hinsichtlich der rheologischen Leistungsdaten wird von einem hochleistungsfähigen Beton gewöhnlich verlangt, dass er zumindest thixotrop oder, was vorzuziehen ist, selbstverdichtend ist.
Hinsichtlich der mechanischen Leistungsdaten bezieht sich der Ausdruck „hochleistungsfähig" auf ein breites Spektrum von mechanischen Festigkeitswerten. Nach Aitcin („Hochleistungsbeton"; E & FN SPON – Moderne Betontechnologie 5 – S. 163, Ausg. 1998) können diese Betontypen in fünf verschiedene Kategorien unterteilt werden, von denen jede einzelne durch die Werte ihrer Druckfestigkeit festgelegt ist, welche denjenigen Werten entsprechen, die so betrachtet werden können, dass sie beim derzeitigen Stand der Technik einen technologischen Bereich darstellen. Tabelle 1 – Klassifizierung von Hochleistungsbetonen nach dem Vorschlag von Aitcin
Auch wenn es gegenwärtig noch keine allgemein akzeptierte Definition von Hochleistungsbeton gibt, erlaubt uns doch ein Studium der Literatur die Feststellung zu treffen, dass die wesentliche Eigenschaft, welche einen Beton als hochleistungsfähig qualifiziert, seine mechanische Druckfestigkeit ist, welche jedoch erst nach 28 Tagen oder später gemessen wird, während die anderen Gebrauchseigenschaften, welche auch einen Beitrag zur Klassifizierung von Beton als hochleistungsfähiges Material leisten, nicht als wesentlich erachtet werden, da sie zusätzliche spezifische Anforderungen darstellen.
Betone, welche eine Druckfestigkeit höher als 100 MPa aufweisen, stehen kommerziell zur Verfügung. Betonarten mit mechanischen Festigkeiten, die weit über diejenigen hinaus gehen, die von den derzeitigen Auslegungsvorschriften vorgesehen sind, stehen gegenwärtig auch zur Verfügung (z. B. Ductal^® – BSI, siehe WO 99/28267).
Um einen hochfesten Beton zu erhalten, ist es bekanntlich erforderlich, ein verringertes Wasser-Binder-Verhältnis (unter Binder sind hier Portlandzement und jedes andere geeignete Material zu verstehen) zu wählen und eine Menge an Binder, die gewöhnlich höher liegt als diejenige, die für Betone mit normalem Festigkeitswert erforderlich ist (4, 5, 6, 7, 8, 9):

4 – Zeghib, R., et al.; „Untersuchung und Formulierung von Hochleistungsbeton mit ultrafeinen Beimischungen"; Fünfte ACI/CANMET-Konferenz über Superplastifikatoren und chemische Beimischungen in Beton. Ergänzende Beiträge, Rom 1997, Seiten 286–293;
5 – Lang, E., et al.; „Einsatz von Hochofenschlackenzement mit hohem Schlackegehalt für hochleistungsfähigen Beton". 4. Internationales Symposium über die Nutzung von Hochleistungsbeton, Paris 1996, Seiten 213–222;
6 – Novokshchenov {Novokščenov}, V.; „Faktoren, welche die Druckfestigkeit von Silicastaubbeton im Bereich von 100–150 MPa festlegen"; Zeitschrift für Betonwissenschaft 1992, Nr. 148, Seiten 53–61;
7 – Shah, S.P., et al.; „Hochleistungsbeton: Eigenschaften und Anwendungen" McGraw Hill, Inc., London 1994, Seite 403;
8 – Gjorv, O.E.; "Hochleistungsbeton" in "Fortschritte in der Betontechnologie"; Ed. CANMET, Edition Malhotra, 1994, Seiten 19–82;
9 – De Larrard; „Formulierung und Eigenschaften von Betonen mit sehr hoher Leistung";. Forschungsbericht des Zentrallabors von Ponts et Chaussées, Paris, Nr. 149 1988, S. 350.

Die gegenwärtig geltenden europäischen Vorschriften über Beton (EN 206) erlauben die Zugabe von ultrafeinen Materialien zum Beton mit dem Ziel, gewisse Eigenschaften zu erhalten oder zu verbessern. Die Vorschriften der EN 206 betreffen zwei Arten von Zusatzstoffen:

– Nahezu inerter Zusatzstoff (Typ I), von denen einer Kalkstein sein kann;
– Zusatzstoffe (Typ In vom Pozzolantyp oder einem Typ mit latenter hydraulischer Aktivität sind Flugasche, welche der Vorschrift EN 450 genügt, und Silicastaub, welcher der EN 13253-1998 genügt.

Bekanntlich können Hochleistungsbetone, welche mit einer Druckfestigkeit bis zu 100 MPa den Kategorien I und II angehören, wie sie in der weiter oben angeführten Tabelle angegeben sind, aus einer großen Vielfalt an Zementsystemen hergestellt werden. Zu diesen gehören beispielsweise:

– Reiner Portlandzement;
– Portlandzement und Flugasche;
– Portlandzement und Silicastaub;
– Portlandzement, Schlacke und Silicastaub.

Nach Aitcin (1999, Seiten 190–191) scheint es auf der Grundlage von aus der Literatur genommenen Daten tatsächlich so zu sein, dass fast alle Hochleistungsbetone in der Kategorie III (von 100 bis 125 MPa) Silicastaub enthalten mit Ausnahme von sehr wenigen Betonsorten, die unter Verwendung von Portlandzement hergestellt werden und deren Festigkeitswerte in einen Bereich unterhalb dieser Kategorie fallen.
Wieder gemäß Aitcin (Hochleistungsbeton; E & FN SPON – Moderne Betontechnologie 5-Seiten 190–191, Ausg. 1999) sind all die Hochleistungsbetone, welche gegenwärtig den Kategorien IV und V angehören, unter Verwendung von Silicastaub hergestellt worden.
Mehrere Studien haben die Wirkungen von Silicastaub auf die Hydratationsreaktionen der Zementsysteme betrachtet. Weiter hinten befindet sich eine kurze Darstellung der wesentlichen Ergebnisse dieser Studien. Bekanntlich zeigt sich die Wirkung von Silicastaub sowohl als Pozzolanzugabe als auch als Füller. Silicastaub, welcher als körniges Füllmaterial zwischen den Zementteilchen wirkt, kann durch seine extrem kleinen Abmessungen (20 bis 100 mal kleiner als die von Portlandzement) erklärt werden. Es ist festgestellt worden, dass es möglich ist, Silicastaub durch Ruß zu ersetzen und dabei ähnliche Festigkeitswerte zu erhalten (Derweiler und Mehta, 1989 – „Chemische und physikalische Wirkungen von Silicastaub auf das mechanische Verhalten von Beton", ACI Material Journal, Bd. 86, Nr. 6 S. 609–614). Die Teilchen des Silicastaubs können auch als Keimbildungsorte wirken und gleichzeitig die Homogenität und die Feinheit der Hydratationsprodukte verbessern (Nehdi, 1995, „Der Mikrofüllereffekt beim Hochleistungsbeton", Forschungsvorschlag, Abteilung Bauingenieurwesen, Universität British Columbia).
Nach Cheng Yi und Feldman (1985, Zement- und Betonforschung Bd. 4, S. 585–592) beschleunigt Silicastaub die Hydratationsreaktion des Zements durch Förderung der Erzeugung von Keimbildungsorten für die Ca(OH)₂-Kristalle selbst in den Anfangsminuten nach dem Start der Hydratationsreaktion. Metha (1987 – Tag.ber. zum Internat. Workshop über kondensierten Silicastaub in Beton, Herausg. V.M. Malhotra, Montreal) vertritt auch die Ansicht, dass die Teilchen des Silicastaubs als Keimbildungsorte für die Ausfällung von Portlandzement wirken könnten und dass die Bildung von mehreren kleinformatigen Kristallen an Stelle von wenigen großen die mechanischen Eigenschaften der Zementmasse verbessern könnte.
Im Gegensatz zu den Vorteilen, die aus dem Einsatz von einem solchen Zusatzmaterial herrühren, ist es jedoch erforderlich aufzuzeigen, dass die Zugabe von Silicastaub in einigen Fällen zu einer Zunahme des Schwindens während der plastischen Phase zu führen scheint und zu der signifikanten Erscheinung der Mikrorisse führen kann (Sonderdruck 186–39 Seite 671), (E & FN SPON – Moderne Betontechnologie 5–4, S. 191, Ausg. 1998) und (S. Rols et al. „Der Einfluss von ultrafeinen Teilchen auf die Eigenschaften von hochfestem Beton", ACI SP 186, S. 671–685; Tagungsberichte der zweiten internationalen CANMET/ACI-Konferenz, RS, Brasilien, 1999). Es muss auch darauf hingewiesen werden, dass der Einsatz von Silicastaub besonders kostenaufwendig ist. Abermals nach Aitcin erklärt dies, warum Betonhersteller versuchen, den Einsatz von Silicastaub für die Herstellung von hochleistungsfähigen Betonen, die den Kategorien I und II angehören, zu umgehen. Die Kosten für einen Typ von Beton können sich nahezu verdoppeln, wenn man von einem 90-MPa-Beton zu einem 100-MPa-Beton übergeht. Beton mit einer Auslegungsfestigkeit von 90 MPa kann gegenwärtig bequem ohne Silicastaub hergestellt werden, während bei der derzeitigen Herstellung eines 100-MPa-Betons etwa 10 % des Gemisches aus Silicastaub bestehen müssen (E & FN SPON – Moderne Betontechnologie 5 – S. 163, Ausg. 1998).
Wenn man die Leistungsdaten von hochleistungsfähigen zementhaltigen Materialien analysiert, ist es erforderlich, die Zunahme der mechanischen Festigkeit, die sich aus der Gegenwart von Mikrofasern aus Stahl ergibt, hervorzuheben. Es ist hier angebracht darauf hinzuweisen, dass ein korrekter Vergleich zwischen den Leistungsdaten von Zementmatrizen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen anhand von Materialien jedoch ohne Faserverstärkung durchgeführt werden muss. Schließlich ist Folgendes in der Literatur zu finden:

– Bei einem Material, welches keine Zementmatrix aufweist und in Wasser oder in der Dunstkammer (20°C, 95 % Feuchte) gelagert wird, können nach 28 Tagen solche Festigkeitswerte erreicht werden, dass dieses Material in Kategorie V der Tabelle I eingestuft werden kann.
– Daten hinsichtlich der Verarbeitbarkeit sind gewöhnlich nicht enthalten, jedoch sind bei einer Literaturrecherche keine veröffentlichten Arbeiten gefunden worden, welche sich auf Betone (Zementmatrizen) in der Kategorie IV mit selbstverdichtenden Eigenschaften beziehen.
– Über die Entwicklung der Festigkeit zu den ersten Prüfterminen (24 und 48 Stunden) stehen keine Daten zur Verfügung.

Was den kalkhaltigen Füllstoff betrifft, so ist man lange Zeit der Meinung gewesen, dass er inert ist. Auch wenn er nicht als ein pozzolanischer Zusatzstoff betrachtet werden kann, so haben doch viele Studien gezeigt, dass er eine beträchtliche mittel- und langfristige Reaktionsfreudigkeit aufweist. So stellen S. Sprung und E. Siebel; in „...", Zement Kalk Gips 1991, Nr. 1. S. 1–11 die Theorie auf, dass der kalkhaltige Füllstoff zusätzlich zu seiner Hauptrolle als Matrixfüllstoff auch eine gewisse chemische Reaktionsfreudigkeit gegenüber dem Aluminat aufweist, was die Bildung von Calciumaluminat ermöglicht. Ramachandran et al. (Ramachandran et al. „Dauerhaftigkeit von Baumaterialien" 4, 1986) haben beobachtet, dass die Zugabe von CaCO₃ zum C₃S (Tricalciumsilicat) die Hydratation beschleunigt. Sie haben auch entdeckt, dass die Zementhydratation infolge des kalkhaltigen Füllstoffs schneller abläuft. Im Zementgemisch gibt CaCO₃ Anlass zur Bildung von Calciumaluminaten, welche während der Hydratation in die Phasen C₃S und C₃A (Tricalciumaluminat) eingebaut werden. S. P. Jiang et al. („Der Einfluss von Füllstoffen {Feinteilchen} auf die Kinetik der Zementhydratation", 3. Internationales Symposium über Zement und Beton in Peking, 1993, 3) haben gezeigt, dass die Bildung von Calciumaluminaten von Vorteil ist, da die Festigkeit erhöht und der Hydratationsprozess beschleunigt werden. Jiang et al. (S.P. Jiang et al.; 9. Internationaler Kongress über Zementchemie, Neu-Delhi, 1992) vertreten die Ansicht, dass der kalkhaltige Füllstoff Einfluss auf die Kinetik der Zementhydratation hat. Nach diesen Autoren und weniger nach dem, was sich der obigen Beschreibung zuordnen lässt, kann die Beschleunigung der Hydratation statt dessen dem Effekt einer Vervielfachung der Zwischenteilchenkontakte und der Natur dieser Kontakte auf der Oberfläche der kalkhaltigen Füllstoffe zugeschrieben werden.
Escadeillas (G. Escadeillas; „Zemente mit kalkhaltigen Füllstoffen: Ein Beitrag zu ihrer Optimierung durch Untersuchung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Betonen mit Füllstoffen"; Diss. Universität P. Sabatier (1988) 143 S.) hat beobachtet, dass in den ersten paar Stunden der Hydratation die Wärmeabgabe von Zement, welcher kalkhaltigen Füllstoff enthält, stärker ist als die von Zement ohne Füllstoff, und dies trifft um so stärker zu, je feiner der kalkhaltige Füllstoff ist. Dies ist vermutlich auf die Beschleunigung bei der Hydratation des C₃S zurückzuführen. JP-11.137.750 und JP-06.199.549 offenbaren Zementzusammensetzungen, welche Portlandzement, pulverförmigen Kalkstein und Silicastaub enthalten; JP-2001.181.008 offenbart Zusammensetzungen für die Betonherstellung, welche Zement und Kalkstein enthalten.
Was die Hochleistungsfähigkeit vom rheologischen Gesichtspunkt aus betrifft, so ist hier allgemein bekannt, dass die Bedeutung des selbstverdichtenden Betons ständig zunimmt.
Selbstverdichtender Beton (SVB) ist ein spezieller Beton, der in die Schalung lediglich durch die Wirkung seines Eigengewichts fließen kann und jegliche Hindernisse wie Bewehrungsstäbe umfließen kann, ohne innezuhalten und ohne irgend welche Abscheidungserscheinungen seiner Bestandteile hervorzurufen. Seine rheologischen Eigenschaften müssen so lange aufrecht erhalten bleiben, bis der Prozess des Abbindens und Aushärtens beginnt.
Gemäß AFGC (Französische Vereinigung für Bauingenieurwesen) muss selbstverdichtender Beton die folgenden Anforderungen erfüllen, wenn er frisch ist:

a) Die Ausbreitungswerte der Slump-Tests (Slump-Kegel) müssen üblicherweise in den Bereich 60–75 cm fallen (keinerlei sichtbare Trennung am Ende des Tests, d. h. keine sichtbare milchige Hoferscheinung längs des Außenumfangs und keine Anreicherung in der Mitte);
b) Das Füllverhältnis der mit L-Box bezeichneten Ausrüstung muss größer als 80 % sein;
c) Der Beton darf nicht zur Entmischung führen und muss ein begrenztes Schwitzen aufweisen.

Nach dem gegenwärtigen Wissensstand sind bislang keine hochleistungsfähigen Betone ohne Silicastaub in den Kategorie IV oder V mit selbstverdichtenden Eigenschaften hergestellt worden.
M. Sari et al. (Cem. Conc. Research Nr. 29, 1999) erhielt beispielsweise einen selbstverdichtenden hochleistungsfähigen Beton mit einem Wert des Slump-Fließtests von 61,5 cm. Die benutzten Gemische enthielten 30 kg/m³ Silicastaub und zeigten nach 28 Tagen eine Festigkeit von 70 MPa.
Bei der Analyse des recherchierten Schrifttums wurden keine Daten oder Informationen über die Möglichkeit der Herstellung von hochleistungsfähigem Beton (zumindest in der Kategorie III) ohne Silicastaub und mit rheologischen Eigenschaften, die für einen selbstverdichtenden Beton typisch sind, gefunden.
Darstellung der Erfindung
Der Anmelder hat überraschend ein Feststoffgemisch zur Herstellung von Betonen gefunden, die nach 28 Tagen eine mechanische Festigkeit aufweisen, die größer oder gleich 110 MPa ist, wobei dieses Gemisch Zement, und zwar einen solchen Zement, wie er der europäischen Vorschrift 197-1 entspricht, kalkhaltige Zuschlagstoffe und Beimischungen enthält, die sich durch die Tatsache auszeichnen, dass jegliche Zusätze mit latenter hydraulischer Aktivität unter 5 Gew.-%, bezogen auf den Zement, liegen.
Beschreibung der Abbildungen
1 zeigt die Bezugskurven, welche den Gleichungen [1], in der A = 0,75 ist, und [2] entsprechen. Sie werden mit den anderen Kurven verglichen, die normalerweise als Bezugskurven für das System Zuschlagstoff + Zement verwendet werden, d. h. im speziellen Fall sind die wohlbekannten Kurven nach Fuller und Bolomey dargestellt. Bezüglich der Bolomey-Kurve sind diejenigen zwei Kurven berücksichtigt worden, deren von der Form des Zuschlagstoffes abhängiger Parameter A_B die zwei Grenzwerte 8 und 14 annimmt.
Der signifikante Unterschied zwischen den Kurven des Standes der Technik und den Kurven der Erfindung ist deutlich zu erkennen.
2 zeigt die experimentellen Kurven der Teilchengrößenverteilung der drei Fraktionen des kalkhaltigen Zuschlagstoffes a1 (Fraktion 0, Fraktion 1 und Fraktion 2).
3 zeigt die experimentellen Kurven der Teilchengrößenverteilung der fünf Fraktionen des kalkhaltigen Zuschlagstoffes a1 (Fraktion A, Fraktion B, Fraktion C, Fraktion D und Fraktion E).
4 zeigt die experimentelle Kurve der Teilchengrößenverteilung der Einzelfraktion des zu Vergleichszwecken dienenden kalkhaltigen Zuschlagstoffes a2. Wie ersichtlich ist, liegt die Kurve in der Nähe der Fuller-Kurve.
5 zeigt die experimentellen Kurven der Teilchengrößenverteilung der drei Fraktionen des kommerziellen Silica-Kalk-Zuschlagstoffes b (Sataf 113, Sataf 103 bzw. Sataf 117).
6 zeigt die kumulative Verteilungskurve des Zements in Bezug auf seinen Maximalgehalt im Feststoffgemisch (21 %). Der Bezugswert (gemäß Gleichung [2]) und die tatsächlichen Kurven der Teilchengrößenverteilung des erfindungsgemäßen Feststoffgemisches CO sind auch dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Verteilungskurve sich an die Zementkurve anschließt, ohne dass dies zu Besonderheiten führt. Sie hat auch einen Abbiegepunkt bei x = 0,315 mm.
7 zeigt die Teilchengrößenverteilung des weiter oben erwähnten Feststoffgemisches CO1, die Kurve der Teilchengrößenverteilung gemäß Gl. [1], bei welcher A = 0,822 ist, im Vergleich mit den anderen Kurven, die normalerweise als Bezugkurven für das System Zuschlagstoff + Zement verwendet werden, d. h. im speziellen Fall sind die wohlbekannten Kurven nach Fuller und Bolomey dargestellt. Was die Bolomey-Kurve betrifft, so ist hier diejenige in Betracht gezogen worden, wo der Parameter A_B den Grenzwert 14 annimmt.
8 beschreibt die Kurve der Teilchengrößenverteilung des Feststoffgemisches C1 im Vergleich mit der Bezugskurve, welche der Gl. [1] entspricht, in welcher A = 0,75 ist.
Wenn man einen Blick auf 8 wirft, dann ist dort ersichtlich, dass im oberen Bereich des typischen Teilchengrößenspektrums des CEM 52.5R die Abweichung von der Bezugskurve nach Gl. [1], bei welcher A = 0,75, beträchtliche ist.
9 zeigt zum Vergleich die Kurve der Teilchengrößenverteilung des Feststoffgemisches C2. 9 zeigt, dass das Gemisch aus CEM 52,5R und kalkhaltigem Zuschlagstoff eine beträchtliche Abweichung von der Bezugskurve nach Gl. (2) aufweist und die Neigung hat, sich der Bolomey-Kurve mit A_B = 14 zu ähneln.
10 zeigt das Verhalten der Mischung ICO-A und der Mischung ICO1-A, die sich durch ein viel stärker beschränktes Schwinden während der plastischen Phase gegenüber dem Schwinden auszeichnen, welches man mit dem Zuschlagstoff Quarz und bei der Mischung IC3-A, welche auf glasigem Silica beruht, vorfindet.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Betonformel mit den folgenden kennzeichnenden Eigenschaften zu vervollkommnen:

1. Nichtvorhandensein von signifikanten Mengen von Zusätzen des Typs II (beispielsweise Silicastaub);
2. mechanische Festigkeit nach 28 Tagen, die höher als 110 MPa ist und/oder eine Entwicklung der Druckfestigkeit in dem Ausmaß, dass sie die in der weiter unten angeführten Tabelle II enthaltenen Werte gewährleistet.

Tabelle II – Leistungsanforderungen zur Entwicklung der mechanischen Festigkeit
Der Ausdruck „ohne signifikante Mengen an Zusätzen mit einer latenten hydraulischen Aktivität" soll bedeuten, dass diese Zusätze weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf den Zement, und vorzugsweise weniger als 2 % ausmachen sollen.
Ein weiteres Ziel der vorliegende Erfindung besteht darin, eine Formel für einen selbstverdichtenden Beton zu vervollkommnen, welche den kennzeichnenden Daten genügt, wie sie unter den weiter oben beschriebenen Punkten a), b) und c) dargelegt sind.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, faserverstärkte Betone mit schneller Aushärtung ohne signifikante Zusätze vom Typ II wie beispielsweise Silicastaub zu erhalten.
Man hat überraschend herausgefunden, dass es im Gegensatz zu dem auf dem Stand der Technik zum Ausdruck kommenden Vorbehalten möglich ist, die weiter oben beschriebenen Ziele zu erreichen, indem man eine optimale Teilchengrößenzusammensetzung des festen Zementgemisches und der kalkhaltigen Zuschlagstoffe benutzt. Insbesondere hat man herausgefunden, dass es möglich ist, einen hochleistungsfähigen Beton zu erhalten mit der zeitlichen Entwicklung der mechanischen Festigkeit, wie sie in Tabelle II angegeben ist, und zwar ohne signifikante Mengen an Zusatzstoffen vom Pozzolantyp, wenn eine solche Teilchengrößenzusammensetzung zum Einsatz gelangt, so dass der prozentuale Siebdurchgang gemäß dem Durchmesser der Teilchen dem Verlauf derjenigen Kurve folgt, die sich auf der Grundlage der weiter unten befindlichen Tabelle III ergibt. Tabelle III
Die Teilchengrößenzusammensetzung des Feststoffgemisches kann durch die Kurve, die durch die folgende Gleichung dargestellt wird, besser beschrieben werden:
Darin sind:

P (%): = kumulativer Siebdurchgang;
x: = Durchmesser der Feststoffteilchen in mm;
A: = experimenteller Parameter, welcher die folgenden Werte aufweist: 0,75 oder 0,822;
D_max: = Maximaldurchmesser des Zuschlagstoffes in mm;

Eine weitere mögliche Kurve hat die folgende Gleichung:
Darin sind:

P (%): = kumulativer Siebdurchgang;
x: = Durchmesser der Feststoffteilchen in mm;
C, D: = experimentelle Parameter (C = 0,315 [mm], D = 0,486);

Der Wert C = 0,315 nun gibt den Durchmesser an, unterhalb welchem 63,2 % des Feststoffgemisches durch das Sieb gehen.
1 enthält die Bezugskurven, welche den Gl. [1] und [2] entsprechen; sie werden mit den anderen Kurven verglichen, die normalerweise als Bezugskurven für das System Zuschlagstoff + Zement benutzt werden; im speziellen Fall sind die wohlbekannten Kurven nach Fuller und Bolomey in Betracht bezogen worden, für welche die folgenden beiden Gleichungen zutreffen: P (%) = ·√(x/Dmax) [3]
Darin sind:

P (%): = kumulativer Siebdurchgang;
x: = Durchmesser in mm;
D_max: = maximale Abmessung des Zuschlagstoffes;

P (%) = [AB + (100 – AB)·√(x/Dmax)] [4]

Darin sind:

P (%): = kumulativer Siebdurchgang;
x: = Durchmesser in mm;
D_max: = maximale Abmessung des Zuschlagstoffes;
A_B: = Bolomey-Parameter (nimmt typischerweise die zwei Grenzwerte 8 und 14 an je nach der Gestalt des Zuschlagstoffes)

Einige der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegende Erfindung sind die folgenden:

• Ein Feststoffgemisch für die Herstellung von Beton mit einer mechanischen Festigkeit nach 28 Tagen, die höher oder gleich 110 MPa ist, wobei dieses Gemisch Zement wie beispielsweise solchen, welcher der europäischen Vorschrift 197-1 genügt, kalkhaltige Zuschlagstoffe und Beimischungen enthält, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die möglichen Zusätze für die latente hydraulische Aktivität unter 5 Gew.-% in Bezug auf den Zement liegen.
• Ein Feststoffgemisch für die Herstellung von Beton mit einer mechanischen Festigkeit nach 28 Tagen, die höher oder gleich 110 MPa ist, wobei dieses Gemisch Zement wie beispielsweise solchen, welcher der europäischen Vorschrift 197-1 genügt, kalkhaltige Zuschlagstoffe und Beimischungen enthält, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die möglichen Zusätze für die latente hydraulische Aktivität unter 2 Gew.-% in Bezug auf den Zement liegen.
• Ein Feststoffgemisch für die Herstellung von Beton, welcher über die Zeit die folgende Entwicklung der mechanischen Festigkeit aufweist: nach einem Tag ≥ 50 MPa, nach 2 Tagen ≥ 80 MPa, nach 28 Tagen ≥ 110 MPa und wobei dieses Gemisch Zement wie beispielsweise solchen, welcher der europäischen Vorschrift 197-1 genügt, kalkhaltige Zuschlagstoffe und Beimischungen enthält, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die möglichen Zusätze für die latente hydraulische Aktivität unter 5 Gew.-% in Bezug auf den Zement liegen.
• Ein Feststoffgemisch für die Herstellung von Beton, welcher über die Zeit die folgende Entwicklung der mechanischen Festigkeit aufweist: nach einem Tag ≥ 50 MPa, nach 2 Tagen ≥ 80 MPa, nach 28 Tagen ≥ 110 MPa und wobei dieses Gemisch Zement wie beispielsweise solchen, welcher der europäischen Vorschrift 197-1 genügt, kalkhaltige Zuschlagstoffe und Beimischungen enthält, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die möglichen Zusätze für die latente hydraulische Aktivität unter 2 Gew.-% in Bezug auf den Zement liegen.

Gemäß der vorliegende Erfindung sind Zement und hydraulischer Binder Synonyme.
Als Zemente für die Herstellung des Feststoffgemisches nach der vorliegende Erfindung können alle Zemente oder hydraulischen Bindemittel im Allgemeinen und insbesondere solche Verwendung finden, welche der Vorschrift EN 197-1 entsprechen,.
Darüber hinaus ist gemäß der vorliegenden Erfindung als eine weitere bevorzugte Ausführungsform der im Feststoffgemisch enthaltene Zement die Sorte CEM I 52,5 R oder die Sorte CEM III A 52,5 R mit einem Schlackegehalt von 40 Gew.-% in Bezug auf den Klinker. Im Allgemein ist der Zement von 25 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise von 30 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Feststoffgemisch, vorhanden. Ferner sind in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die kalkhaltigen Zuschlagstoffe gebrochene kalkhaltige Zuschlagstoffe mit einem CaCO₃-Gehalt, der größer oder gleich 95 Gew.-% ist, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zuschlagstoffes.
Das Feststoffgemisch gemäß der vorliegende Erfindung weist kalkhaltige Zuschlagstoffe mit einem D_max (maximaler Durchmesser) von 2 mm bis 12 mm, vorzugsweise von 4 bis 8 mm auf, wobei 9,5 mm am stärksten vorzuziehen ist.
Als eine weitere bevorzugte Ausführungsform sind die Beimischungen im Feststoffgemisch entweder Acryl- oder Naphthalensulfonatbeimischungen, wobei insbesondere die Acrylbeimischungen von 0,4 bis 1,2 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 bis 0,8 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht des Zements vorhanden sind. Die Naphthalensulfonatbeimischungen sind von 1,9 bis 2,5 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht des Zements vorhanden. Als eine weitere bevorzugte Ausführungsform enthält das Feststoffgemisch gemäß der vorliegende Erfindung ferner Metallfasern.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wonach das Feststoffgemisch das gemeinsame erfinderische Konzept ist, sind die folgenden:

• Ein Zementgemisch zur Herstellung von Beton mit einer mechanischen Festigkeit nach 28 Tagen, die höher oder gleich 110 MPa ist, welches ein Feststoffgemisch gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass beliebige Zusätze mit latenter hydraulischer Aktivität zu weniger als 5 Gew.-% in Bezug auf den Zement vorhanden sind und dass es einen Wasserzementwert von 0,2 bis 0,3, vorzugsweise von 0,24 bis 0,26 hat.
• Ein Beton mit einer mechanischen Festigkeit nach 28 Tagen, welche höher oder gleich 110 MPa ist, der ein Feststoffgemisch gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass beliebige Zusätze mit latenter hydraulischer Aktivität zu weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 2 Gew.-% in Bezug auf den Zement vorhanden sind.
• Der Zement nach Anspruch 22 mit einer mechanischen Festigkeit nach 28 Tagen, die höher oder gleich 110 MPa ist, welcher ein Feststoffgemisch nach Anspruch 1 enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, dass jegliche Zusätze mit latenter hydraulischer Aktivität auf den Zement bezogen sind.
• Ein Feststoffgemisch, welches auf Zement und Zuschlagstoffen vorwiegend vom kalkhaltigen Typ beruht und einen Zusatz mit latenter hydraulischer Aktivität von weniger als 5 Gew.-% aufweist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Teilchengrößenverteilung des Gemischs dargestellt wird in der graphischen Darstellung des prozentualen kumulativen Siebdurchgangs gemäß der Teilchengröße in mm, die aus einer Kurve stammt, die im Wesentlichen den in Tabelle III gezeigten Werten entspricht.

Vorzugsweise ist der Zuschlagstoff vom vorwiegend kalkhaltigen Typ Kalkstein.
Die folgenden Beispiele sollen als den Schutzumfang nicht einschränkende Beispiele der vorliegende Erfindung angeführt werden.
Beispiele
Experimenteller Teil
Die für die Experimente benutzten Materialien waren:
Zement
Es wurden ein CEM-Zement Typ I Kategorie 52.5R und ein CEM-Zement Typ III, 52,5R verwendete, beide gemäß Vorschrift EN 197-1 und mit einem Blaine-Wert von 4900 cm²/g.
Beimischungen
Es wurden handelsübliche Acrylbeimischungen (Superflux^® AC 2003) und Naphthalensulfonatbeimischungen (Superflux NF^®) verwendet.
Mischwasser
Es wurde ein Mischwassertyp benutzt, welcher der EN 1008;1997 entsprach.
Zuschlagstoffe
Es wurden die folgenden Zuschlagstoffe benutzt:

a) Gebrochener Kalkstein Typ a1 und Typ a2;
b) Flussbettsteine vom Silica-Kalk-Typ;
c) reiner gebrochener Quarzit.

a1 Gebrochener Kalkstein als Zuschlagstoff
Der verwendete Kalkstein zeichnet sich durch eine kompakte kristalline Struktur aus und kam aus dem Steinbruch Rezzato (BS). Seine chemische Zusammensetzung ist in Tabelle IV angegeben, und selbige Tabelle zeigt auch den Durchschnittswert der Wasseraufnahme. Die kumulative Teilchengrößenverteilung, d. h. die Teilchengrößenverteilungen der drei Fraktionen (Fraktion 0, Fraktion 1 und Fraktion 3) oder die Teilchengrößenverteilungen der fünf Fraktionen (Fraktion A, Fraktion B, Fraktion C, Fraktion D, Fraktion E) sind in 2 bzw. 3 dargestellt.
Tabelle IV – Chemische Zusammensetzung und Durchschnittswert der Wasseraufnahme des Kalkstein-Zuschlagstoffes Typ a1

¹) TOC steht für Gesamter Organischer Kohlenstoff

a2 – Gebrochener Kalkstein als Zuschlagstoff
Für Vergleichszwecke wurde der Zuschlagstoff a2 aus gebrochenem Kalkstein vom Steinbruch Halips (Griechenland) verwendet, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass er in einer gleichmäßig verteilten Teilchengröße mit einem Maximaldurchmesser von 4,5 mm (im Wesentlichen derselbe wie derjenige der Fraktion 2 des Kalkstein-Zuschlagstoffes a1) geliefert wurde. Die kumulative Teilchengrößenverteilung ist in 4 dargestellt.
Wenn wir die vorerwähnte Figur näher betrachten, so können wir feststellen, dass diese Verteilung nahe der bekannten Teilchengrößenkurve nach Fuller liegt („Zementbau-Materialien und Technologie" von Vito Alunno Rossetti – McGraw-Hill 1995, S. 103–104).
Tabelle V enthält die chemische Zusammensetzung und den Durchschnittswert der Wasseraufnahme für den Zuschlagstoff a2.
Tabelle V – Chemische Zusammensetzung und Durchschnittswert der Wasseraufnahme des Kalkstein-Zuschlagstoffes „Halips"

¹) TOC steht für Gesamter Organischer Kohlenstoff

Wenn man die in der Tabelle IV enthaltenen Daten und die in Tabelle V enthaltenen Daten miteinander vergleicht, dann kann recht gut festgestellt werden, dass die zwei kalkhaltigen Zuschlagstoffe a1 und a2 dieselben Kennwerte hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung und der Wasseraufnahme haben.
b – Silica- und kalkhaltige Flussbettsteine
Für Vergleichszwecke wurde ein aus einem Fluss stammender Zuschlagstoff b mit der Zusammensetzung benutzt, die in Tabelle VI dargestellt ist, während die kumulative Teilchengrößenverteilung der drei handelsüblichen Teilchengrößenfraktionen (Sataf 113, Sataf 103 bzw. Sataf 117R) in 5 dargestellt ist.
Tabelle VI – Chemische Zusammensetzung und Wasseraufnahme des Silica-Kalkstein-Zuschlagstoffes

¹) TOC steht für Gesamter Organischer Kohlenstoff

c) Reiner gebrochener Quarzit
Für Vergleichszwecke wurde als Zuschlagstoff reiner gebrochener Quarzit nach dem Patent WO 99/28267 verwendet.
Fasern
Es wurden gerade Stahlfasern Berkert ON 13 benutzt.
Mischungsverhältnisse
Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Betongemisches ist:

– von 25 bis 50 Gew.-% und vorzugsweise 30–33 Gew.-% CEM-Zement Typ 1 52,5R;
– an Silicastaub weniger als 5 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 2 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht des Zements;
– gebrochener Kalkstein als Zuschlagstoff mit einem D_max (maximaler Durchmesser) von 2 mm bis 12 mm, vorzugsweise mit einem D_max (maximaler Durchmesser) von 4 mm bis 8 mm, aber auch vorzugsweise mit einem D_max (maximaler Durchmesser) von 8 mm bis 12 mm, aber am stärksten vorzuziehen mit einem D_max (maximaler Durchmesser) von 9,5 mm jeweils in solchen Mengen, dass sie auf 100 ergänzen, bezogen auf den Zement.
– an Super-Fluidifikationsmittel auf Acrylbasis von 0,4 bis 1,2 Gew.-% (vorzugsweise 0,5–0,8 Gew.-%) oder auf Naphthalensulfonatbasis von 1,9 bis 2,5 Gew.-% als Trockensubstanz auf den Zement bezogen.
– Verhältnis Wasser/Zement: 0,2–0,3 (vorzugsweise 0,24–0,26).

Die oben genannten Prozentzahlen für Zement und Zuschlagstoff sind auf das Gesamtgemisch der Feststoffe bezogen.
Der Kalkstein-Zuschlagstoff hat vorzugsweise einen CaCO₃-Gehalt, der höher oder zumindest gleich 95 Gew.-% in Bezug auf die Masse des Zuschlagstoffes ist.
Typisches Gemisch gemäß der Erfindung
Als typisches erfindungsgemäßes Gemisch aus Zement und kalkhaltigem Zuschlagstoff soll dasjenige betrachtet werden, bei welchem der kalkhaltige Zuschlagstoff vom Typ a1 ist.
Das Gemisch CO aus Zement und kalkhaltigem Zuschlagstoff, welches am besten an die optimale Kurve angepasst ist, die der Gleichung [1] mit A = 0,75 folgt, ist dasjenige weiter unten angegebene Gemisch, welches mit „Gemisch CO" bezeichnet ist und welches die in Tabelle VII gezeigte Zusammensetzung aufweist.
Tabelle VII – Zusammensetzung des Gemisches CO
6 zeigt die Teilchengrößenverteilung des oben erwähnten Feststoffgemisches CO und als Bezugskurve die Kurve der Teilchengrößenverteilung gemäß Gl. [2].
Das Gemisch CO1 aus Zement und kalkhaltigem Zuschlagstoff, welches am besten an die optimale Kurve angepasst ist, die der Gleichung [1] mit A = 0,822 folgt, ist dasjenige weiter unten angegebene Gemisch, welches mit „Gemisch CO1" bezeichnet ist und welches die in Tabelle VIII gezeigte Zusammensetzung aufweist. Tabelle VIII – Zusammensetzung des Gemisches CO1
7 zeigt die Teilchengrößenverteilung des oben erwähnten Feststoffgemisches CO1, die Kurve der Teilchengrößenverteilung gemäß Gl. [1] mit A = 0,822 und die Kurven nach Fuller und Bolomey für Bezugszwecke. Im besonderen Fall hat D_max für die Fraktionen des Zuschlagstoffes den Wert 9,5 mm.
Herstellung von Gemischen nach dem Stand der Technik zwecks Vergleichs mit den Gemischen gemäß der vorliegenden Erfindung
Vergleichsgemisch mit CEM I 52,5R und Kalkstein mit einer gleichmäßig verteilten Teilchengröße (Zuschlagstoff a2) – Gemisch C1
Für den Zweck des Vergleichs mit dem optimierten Gemisch wurde ein Gemisch hergestellt, das aus CEM I 52,5R und Kalkstein mit einer gleichmäßig verteilten Teilchengröße bestand, welcher eine Teilchengrößenverteilung hatte, wie sie in 8 für das Feststoffgemisch C 1 dargestellt ist, im Vergleich mit der Bezugskurve, welche der Gl. [1] mit A = 0,75 folgt.
Die Zusammensetzung des Gemisches war wie folgt: Tabelle IX – Zusammensetzung des Feststoffgemisches C1
Wenn man die 8 näher betrachtet, dann ist im oberen Bereich der typischen Teilchengrößenkurve des CEM 52,5R, dessen kumulative Kurve, bezogen auf seinen Gehalt im Gemisch, dargestellt ist, die beträchtliche Abweichung von der Bezugskurve erkennbar.
Gemisch für den Vergleich mit CEM 52,5R und Silica-Kalk-Flussbettgestein (Zuschlagstoff b) – Gemisch C2.
Es wurde ein Gemisch aus Silica-Kalk-Zuschlagstoff und Zement CEM I 52,5R mit der in Tabelle X dargestellten Zusammensetzung hergestellt. Tabelle X – Zusammensetzung des Gemisches C2 (CEM 52,5R und Silica-Kalk-Zuschlagstoff)
9 zeigt, dass das Gemisch aus CEM I 52,5R und Silica-Kalk-Zuschlagstoff eine beträchtliche Abweichung von der Bezugskurve, die der Gl. [1] folgt mit A = 0,75, aufweist und dazu neigt, mit A_B = 14 der Bolomey-Kurve zu ähneln.
Vergleichsgemisch mit Quarz-Zuschlagstoff (C) (Ductal^®) – Gemisch C3
Um die Leistungsdaten des Kalk-Zement-Gemischs und eines Zementgemisches auf Quarzgrundlage zu vergleichen, wurde das Grundgemisch (ohne jegliche Verstärkung durch Fasern) untersucht, das im Handel unter DUCTAL^® bekannt ist und dessen Zusammensetzung aus festen Materialien in Tabelle XI dargestellt ist. Tabelle XI – Zusammensetzung des Feststoffgemisches mit Ductal^®

(*) Zement mit einem hohen Gehalt an Silica (C₃S > 75 %).

Typisches erfindungsgemäßes Gemisch mit Zement CEM Typ III/A, 52,5R – Gemisch C4
Es wurde für eine faserverstärkten Betonmischung ein Feststoffgemisch hergestellt. Tabelle XII – Zusammensetzung des Feststoffgemisches C4

* Der bei diesem Gemisch verwendete Zement enthält Anhydrit als Aktivator mit einem Anteil von 3 Gew.-% bezogen auf den Zement.

Herstellung der Mischungen für die Vergleichstests
Es wurden verschiedene Mischungen mit den in den vorhergehenden Abschnitten beschriebenen Feststoffgemischen hergestellt. Tabelle XIII – Zusammenstellung der Mischungen

** Beimischung als Trockensubstanz in % des Binders
A = Beimischung auf Acrylbasis (Superflux 2003)
N = Beimischung auf Naphthalensulfonatbasis (Superflux NF)

Packungsverfahren für die Mischungen
Die Mischungen wurden unter Benutzung eines hochleistungsfähigen „HOBART"-Mischers hergestellt. Während der ersten Mischstufe wurde der Ankerrührer auf die Mindestdrehzahl von 140 ± 5 U/min für die Dauer von 60 Sekunden eingestellt, wobei Wasser und die Beimischung langsam zugegeben wurden. Das Mischen wurde fortgesetzt, bis eine pastenähnliche Konsistenz erhalten wurde (≌ 3'). Nach dieser Stufe erfolgte für weitere 30'' ein schnelleres Mischen (285 ± 10/U/min). Das Gemisch wurde dann 90'' lang ruhen lassen und wurde danach abermals bei einer höheren Drehzahl 120'' lang gemischt. Nach dem ersten Mischzyklus wurden metallische Füllstoffe der Mischung mit dem Feststoffgemisch C4 zugegeben.
Charakterisierung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses im Vergleich mit Erzeugnissen nach dem Stand der Technik
Rheologische Leistungsdaten
Die folgende Tabelle XIV enthält die prozentualen Fließwerte [Uni 7044], die bei den in Tabelle XIII angegebenen Mischungen gefunden wurden. Tabelle XIV – Rheologische Eigenschaften der untersuchten Mischungen

A = Beimischung auf Acrylbasis
N = Beimischung auf Naphthalensulfonatbasis
ICO = Erfindung

Für die Mischungen ICO-A und ICO1-A, von denen man meint, dass sie im Hinblick auf die Entwicklung von mechanischer Festigkeit am vielversprechendsten sind, wurde die rheologische Charakterisierung auf die Prüfung der Eignung zum selbstverdichtenden Beton ausgedehnt. Die erhaltenen Ergebnisse sind aus Tabelle XV bzw. Tabelle XVI ersichtlich.
Tabelle XV – Rheologische Charakterisierung der Mischung ICO-A
Tabelle XV – Rheologische Charakterisierung der Mischung ICO1-A
Da es weder italienische noch europäische Vorschriften gibt, wurden die oben gezeigten Tests gemäß den Beschreibungen ausgeführt, die in folgender Quelle angegeben sind: M. Ouchi; „Geschichte der Entwicklung und Anwendungen von SVB in Japan", Tagungsberichte des ersten internationalen Workshop über selbstverdichtenden Beton-Technische Universität Kochi, Japan, 1998.
Ablagern der Proben
Alle Proben, gepackt in metallische Gießformen mit den Abmessungen 40 × 40 × 160 mm, wurden 24 Stunden nach dem Gießen herausgenommen und zum Ablagern in Wasser bei 20 ± 2°C bis zum vorher festgelegten Zeitpunkt gelagert. Es hat sich als erforderlich erwiesen, die Aufbewahrungszeit der Proben in der Gießform auf 48 Stunden anstatt 24 Stunden auszudehnen, und zwar lediglich für die als IC3 (Ductal^®) bezeichneten Proben, da sie keine deutlichen Anzeichen von Härtung zeigten (die Frist von 48 Stunden ist diejenige, die in dem bereits angeführten Patent WO 99/28267 angegeben ist).
Schwinden während der plastischen Phase
An einigen der Mischungen, die in der Tabelle XIII angegeben sind (ICO-A, ICO1-A und IC3-A) sind Schwindprüfungen während der plastischen Phase durchgeführt worden.
Das Verhalten der Mischung ICO-A und darüber hinaus für die Mischung ICO1-A wurde hervorgehoben, da sie sich durch ein viel stärker eingeschränktes Schwinden während der plastischen Phase auszeichnen als dasjenige, das beim Zuschlagstoff Quarz und bei der Mischung IC3-A auf der Grundlage von glasigem Silica vorgefunden wurde (siehe 10).
Leistungsdaten bezüglich der Festigkeit
Tabelle XVII – Werte der Druckfestigkeit [MPa] nach EN 196.1 für die Mischungen mit Acrylbeimischung
Anmerkung: Die terminlichen Daten für die Mischung IC3-A sollten in der Tat um zwei Tage verschoben werden (z. B. der Wert für den 1. Tag wurde tatsächlich 1 Tag nach der Herausnahme aus der Form genommen und folglich 3 Tage nach dem Mischen).
Wenn man die in den Tabellen XIV und XVII enthaltenen Daten näher betrachtet, können die folgenden Schlussfolgerungen getroffen werden.

1) Bei Verwendung der Acrylbeimischung mit gleichem Wasserzementwert ermöglicht nur die Mischung ICO-A, dass selbstverdichtende Betone erhalten werden.
2) Die Entwicklung der mechanischen Festigkeit mit der Zeit ist für den Beton aus der erfindungsgemäßen Mischung ICO-A mit Sicherheit besser als diejenige der Vergleichsmischungen IC1-A, IC2-A und IC3-A. Insbesondere sind die deutlichen Unterschiede in der mechanischen Festigkeit für die Mischungen zu beachten, die aus den Trockenmatrizen CO und C1 hergestellt wurden, für welche die chemischen Zusammensetzungen und die Gestalt oder Morphologie der Zuschlagstoffe dieselben sind.
3) Es ist möglich, Beton, welcher eine mechanische Festigkeit nach 28 Tagen von dicht bei 140 MPa aufweist, ohne eine Pozzolanzugabe zu erhalten

Tabelle XVIII – Werte der Druckfestigkeit [MPa] nach EN 196.1 für die Mischungen, die mit einer Naphthalensulfonatbeimischung hergestellt wurden
Wenn man die in der Tabelle XVIII enthaltenen Daten näher betrachtet, können die folgenden Schlussfolgerungen getroffen werden.

1) Die Entwicklung der mechanischen Festigkeit mit der Zeit ist für den Beton aus der erfindungsgemäßen Mischung ICO-N ist sicherlich besser als diejenige der Vergleichsmischungen IC1-N und IC2-N. Insbesondere sind die deutlichen Unterschiede in der mechanischen Festigkeit für die Mischungen zu beachten, die aus den Trockenmatrizen CO und C1 hergestellt wurden, für welche die chemischen Zusammensetzungen und die Gestalt oder Morphologie der Zuschlagstoffe dieselben sind.
2) Es ist möglich, einen Beton ohne eine Pozzolanzugabe zu erhalten, der eine mechanische Festigkeit nach 28 Tagen von mehr als 100 MPa aufweist.

Es ist eine bekannte Tatsache, dass die verstärkende Wirkung, die ein System aus Stahlfasern auf die Zementmatrix ausübt, unter gleichen Bedingungen von der Bindung zwischen den Fasern und der Matrix selbst abhängt.
Die Adhäsion der Fasern an der Zementmatrix wird gewöhnlich der mechanischen Verankerung zugeschrieben, welche bekanntlich von der Länge (oder genauer ausgedrückt, von dem Verhältnis von Länge zu Durchmesser) der Fasern und ihrer Gestalt abhängt. Aus diesem Grund haben die Stahlfasern gewöhnlich eine geeignete Gestalt (verhakt, wellenförmig, an den Enden verjüngt usw.), um eine ausreichende mechanische Bindung zu gewährleisten. Der Einsatz von Fasern mit besonderer Gestalt oder von Fasern mit großen Geometrieverhältnissen kann jedoch zu einer stärkeren Beeinträchtigung der rheologischen Leistungsfähigkeit der Mischungen führen.
Aus diesem Grunde wurden im speziellen Fall Fasern ohne besondere Gestalt bevorzugt. Sie waren 16 mm lang und hatten einen Durchmesser von 0,13 mm, so dass die rheologische Leistungsfähigkeit der Mischung nicht beeinträchtigt wurde.
Tabelle XIX – Werte der erhaltenen Druckfestigkeit [MPa] nach EN 196.1 für die Mischung IC4-A mit Fasern
Tabelle XX – Werte der erhaltenen Biegefestigkeit [MPa] nach EN 196.1 für die Mischung IC4-A mit Fasern
Wie ersichtlich ist, bewirkt die Zugabe von Stahlfasern eine wesentliche Erhöhung der mechanischen Festigkeit, da die Werte der mechanischen Festigkeit bereits 24 Stunden nach der Herstellung der Mischung nahe an 100 MPa liegen. Tabelle XXI – Werte der Biegefestigkeit [MPa] nach der entsprechenden EN-Direktive für die Mischung ICO1-A

* Elastizitätsmodul gemäß UNI 9771.

Claims

Feststoffgemisch zur Herstellung von Beton mit einer mechanischen Festigkeit, die nach 28 Tagen größer oder gleich 110 MPa ist, welches Zement, kalkhaltige Zuschlagstoffe und Beimischungen und möglicherweise Zusätze mit latenter hydraulischer Aktivität in Anteilen von weniger als 5 Gew.-% in Bezug auf den Zementanteil umfasst und bei welchem Korngrößenverteilung des Gemischs als Verlauf des prozentualen kumulativen Siebdurchgangs in Abhängigkeit von der Größe der Teilchen in mm gemäß einer Kurve dargestellt wird, die im Wesentlichen den in der folgenden Tabelle angegebenen Werten entspricht.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1, bei welchem der Zement ein solcher Zement ist, welcher der Europäischen Vorschrift 197-1 entspricht.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Beton mit einer mechanischen Festigkeit, die nach 28 Tagen größer oder gleich 110 MPa ist, dadurch gekennzeichnet, dass die möglichen Zusätze mit latenter hydraulischer Aktivität weniger als 2 Gew.-% in Bezug zum Zement betragen.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Beton, dessen mechanische Festigkeit sich über die Zeit wie folgt entwickelt: nach einem Tag: ≥ 50 MPa; nach 2 Tagen ≥ 80 MPa; nach 28 Tagen ≥ 110 MPa.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 3 zur Herstellung von Beton, dessen mechanische Festigkeit sich über die Zeit wie folgt entwickelt: nach einem Tag: ≥ 50 MPa; nach 2 Tagen ≥ 80 MPa; nach 28 Tagen ≥ 110 MPa.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1, bei welchem der Zement CEM I 52.5 R ist.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1, bei welchem der Zement CEM III 52.5 R ist mit einem Schlackegehalt von 40 Gew.-% in Bezug auf den Klinker.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1, bei welchem der Zement von 25 bis 50 Gew.-% vorliegt in Bezug auf das gesamte Feststoffgemisch.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 8, bei welchem der Zement von 30 bis 35 Gew.-% vorliegt in Bezug auf das gesamte Feststoffgemisch.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1, bei welchem die kalkhaltigen Zuschlagstoffe gebrochene kalkhaltige Zuschlagstoffe mit einem CaCO₃-Gehalt sind, der größer oder gleich 95 Gew.-% in Bezug auf das Gesamtgewicht der Zuschlagstoffe ist.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1, bei welchem die kalkhaltigen Zuschlagstoffe einen D_max (maximalen Durchmesser) von 2 mm bis 12 mm haben.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 11, bei welchem die kalkhaltigen Zuschlagstoffe einen D_max (maximalen Durchmesser) von 4 mm bis 8 mm haben.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 11, bei welchem die kalkhaltigen Zuschlagstoffe einen D_max (maximalen Durchmesser) von 8 mm bis 12 mm haben.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 11, bei welchem die kalkhaltigen Zuschlagstoffe einen D_max (maximalen Durchmesser) von 9,5 mm haben.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1, bei welchem die Beimischungen entweder Acryl- oder Naphthalinsulfonatbeimischungen sind.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 15, bei welchem die Acrylbeimischungen von 0,4 bis 1,2 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht des Zements vorhanden sind.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 16, bei welchem die Acrylbeimischungen von 0,5 bis 0,8 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht des Zements vorhanden sind.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 15, bei welchem die Naphthalinsulfonatbeimischungen von 1,9 bis 2,5 Gew.-% in Bezug auf das Gewicht des Zements vorhanden sind.
Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1, welcher ferner Metallfasern umfasst.
Zementmix zur Herstellung von Beton mit einer mechanischen Festigkeit, die nach 28 Tagen größer oder gleich 110 MPa ist, welcher ein Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1 umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jegliche Zusätze mit hydraulischer Aktivität weniger als 5 Gew.-% in Bezug auf den Zement betragen und dass das Verhältnis Wasser/Zement von 0,2 bis 0,3 beträgt.
Zementmix gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Wasser/Zement von 0,24 bis 0,26 beträgt.
Beton mit einer mechanischen Festigkeit, die nach 28 Tagen größer oder gleich 110 MPa ist, welcher ein Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1 umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jegliche Zusätze mit hydraulischer Aktivität weniger als 5 Gew.-% in Bezug auf den Zement betragen.
Beton gemäß Anspruch 22 mit einer mechanischen Festigkeit, die nach 28 Tagen größer oder gleich 110 MPa ist, welcher ein Feststoffgemisch gemäß Anspruch 1 umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jegliche Zusätze mit hydraulischer Aktivität weniger als 2 Gew.-% in Bezug auf den Zement betragen.
Feststoffgemisch zur Herstellung von Beton mit einer mechanischen Festigkeit, die nach 28 Tagen größer oder gleich 110 MPa ist, auf der Grundlage von Zement und Zuschlagstoffen hauptsächlich vom kalkhaltigen Typ, welches einen Zusatz mit latenter hydraulischer Aktivität in Mengen von weniger als 5 Gew.-% in Bezug auf den Zement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößenverteilung des Gemischs als Verlauf des prozentualen kumulativen Siebdurchgangs in Abhängigkeit von der Größe der Teilchen in mm gemäß einer Kurve dargestellt wird, die im Wesentlichen den in der folgenden Tabelle angegebenen Werten entspricht.
Feststoffgemisch auf der Grundlage von Zement und Zuschlagstoff hauptsächlich vom kalkhaltigen Typ gemäß Anspruch 24, bei welchem der Zuschlagstoff vom kalkhaltigen Typ Kalkstein ist.