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Verfahren zum beschleunigten und spannungsfreien Erhärten von Beton
unter Anwendung von Wärme Gegenstand der Erfindung -ist ein Verfahren zum beschleunigten
und spannungsfreien Erhärten von Beton unter Anwendung von Wärme. Diese Aufgabe,
nämlich die beschleunigte Herstellung eines spannungsfreien Betons, wird nach der
Erfindung durch eine Kombination folgender Maßnahmen erreicht: Der Beton wird unter
Luftabschluß, ferner auf einer gleichmäßigen Temperatur, und zwar im Bereich von
5o his 99",C gehalten, wobei ,diese Maßnahmen bis zur vollständigen Erhärtung des
Betons durchzuführen sind.
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Durch das Verfahren nach der Erfindung wird ein spannungsfreier Beton
erzielt, der volumenbeständig und schwindfrei ist und dabei eine sehr hohe und vor
allem gleichmäßdge Festigkeit aufweist. Zur Vermeidung des Sehwindens und zum beschleunigten
Abbinden und Erhärten des Betons sind verschiedene Einzelmaßnahmen bekannt, mit
denen- jedoch nicht ein spannungsfreier Beton im Sinne der Erfindung hergestellt
werden kann.
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Es ist bekannt, daß in -der Regel eine vollständige Erhärtung -des
Betons allmählich erst nach Jahren eintritt und daß sich das Schwinden des Betons
auch über Jahre erstreckt. Man hat nun versucht, dieses Schwinden des Betons dadurch
zu vermindern, daß man während des Abbindens und er Anfangserhärtung die Feuchtigkeit
im Beton erhalten bzw. das Verdunsten verhindert hat, beispielsweise durch Unterwassersetzen
frischer Betonkörper, Schutzanstriche u. dgl.
Eingehende Untersuchungen
haben nun aber gezeigt, daß man damit das Schwinden zwar in der ersten Zeit verzögert,
aber nicht absolut verhindern kann. Man hat festgestellt, daß man eine Verringerung
des Schwindens durch Naßlagerung von Bauteilen nicht erreichen kann und daß es damit
nur gelingt, die Schwindspannungen im Baukörper in ein höheres Erhärtungsalter zu
verlegen.
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Bei Feüchtlagerung bzw. -haltung der Betonkörper ist also das anfängliche
Schwinden geringer, der absolute Schwiridwert nach längerer Zeit jedoch praktisch
genau so groß wie bei Betonkörpern, die nicht feucht gehalten wurden. Daraus ergibt
sich, daß die Feuchthaltung des Betons allein nicht zu dem gewünschten Ziele führen
kann.
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Man hat ferner verschiedene Vorschläge gemacht, durch Hitzeeinwirkung
die Erhärtung des Betons zu beschleunigen. Diese bekannten Härtungsmaßnahmen durch
Dampf u. dgl. sind jedoch ohne jede Beziehung zu dem Schwinden des Betons gemacht
worden. Diese Hitzebehandlung hat zwar eine Beschleunigung :der Erhärtung, jedoch
eine geringere Festigkeit des Betons zur Folge, weil, wie im folgenden erläutert,
kein spannungsfreies Erhärten eintritt. Mit dieser bekannten Härtung kann auch das
Schwinden des Betons nicht verhindert werden.
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Bei der Untersuchung des Wärmeeinflusses auf Beton ist zunächst die
beim Abbinden des Betons frei werdende Eigenwärme zu berücksichtigen, die eine Temperatursteigerung
auf über .4o° zur Folge haben kann. Hierdurch tritt eine gewisse Volumenvergrößerung
des Betons und beim Abkühlen wiederum ein Schrumpfen ein, das zu einer Rißbildung
führt. Durch diese Volumenänderungen werden. naturgemäß im abbindenden Beton Spannungen
erzielt, wobei sich diese störenden Einflüsse auf den ganzen Betonkörper erstrecken
und bei größeren Betonkörpern noch lange Zeit wirksam sind.
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Zum beschleunigten Erhärten des Betons hat man eine Erhitzung mit
Dampf von ioo° und darüber vorgeschlagen. Hierbei tritt eine starke Verdunstung
bzw. Verdampfung des Betonanmachwassers ein. Auch eine Erhitzung mit Dampf von atmosphärischem
Druck ist schädlich, da bei längerer Einwirkung der Dampfheizung der Beton die Heiztemperatur
von ioo° annimmt. Außerdein tritt an der Schalung eine Krustenbildung ein, d. h.
der Beton trocknet an der Schalung- aus, bleibt hier kleben und erschwert erheblich
.das Ausschalen, wobei auch der Beton an seiner Oberfläche sehr rauh ist und hier
nur eine recht geringe Festigkeit aufweist. Die Dampfhärtung unter hoher Temperatur
und hohem Druck hat erhebliche schädliche Einwirkungen, die ein ungestörtes Abbinden
und Erhärten unmöglich machen. Hoher Druck und entsprechend hohe Temperatur wirkt
sich ungünstig auf den frischen Beton aus, da sie ihn unter Druck setzt und innerhalb
des Betons erhebliche Temperaturdifferenzen auftreten. Eine hohe Dampftemperatur
hat natürlich auch eine starke Dampfbildung innerhalb des Betonkörpers und ein Verdunsten
des Wassergehaltes zur Folge.
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Aber auch wenn man diese Dampfbildung durch besondere Vorsichtsmaßnahmen
vermeidet, indem man mit Preßluftdruck arbeitet, dessen Druck höher .ist als der
des gesättigten Dampfes, so wird trotzdem der Abbinde- oder Härtungsvorgang erheblich
gestört, und zwar durch die bedeutenden Druckdifferenzen, die auf den frischen Beton
einwirken, und außerdem auch durch die sehr großen Temperaturdifferenzen, die entsprechende
Volumenänderungen und Spannungen zur Folge haben.
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Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei dein vorerwähnten Verfahren
zunächst kaltes Wasser in den Druckkessel eingelassen und dieses dann auf hohe Temperatur
zur Bildung von hochgespanntem Dampf erhitzt wird.
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Die spätere Abkühlung der Betonkörper von dieser hohen Temperatur
wirkt sich ebenfalls nachteilig auf die Erhärtung und die Spannungsverhältnisse
im Beton aus, des--eichen auch das Einleiten von Wasser in den die frischen
Betonkörper enthaltenden Kessel.
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Mit den bekannten Verfahren zu einer beschleunigten Härtung kann also
kein spannungsfreier Beton hoher und gleichmäßiger Festigkeit erzielt werden.
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Bei dem neuen Verfahren wird zunächst der Beton beim Abbinden und
bis zur vollständigen Erhärtung unter Luftabschluß gehalten. Damit wird während
des ganzen Erhärtungsvorganges ein Verdunsten des Betonanmachwassers an ,den Betonaußenflächen
verhindert, d. h. es wird zugleich auch ein Nachdringen des im Innern befindlichen
Wassers zu den austrocknenden Stellen vermieden. Eine Flüssigkeitsströmung innerhalb
des frischen Betons tritt also nicht ein, so daß damit ein gleichbleibender physikalischer
Zustand an allen Stellen des Betonkörpers gewährleistet ist.
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Weiterhin wird aber nach der Erfindung zur Vermeidung von Volumenänderungen
und Spannungen der Beton während des ganzen Abbinde- und Erhärtungsvorganges auf
einer gleichmäßigen, d. h. gleichbleibenden Temperatur durch .gleichmäßige Erwärmung
von außen gehalten. Dabei muß diese Temperatur in einem Bereich von 50 bis
993 gewählt werden. Der störende Einfluß der Eizenwärme
beim Abbinden
des Betons, die sich in Form einer :an- und absteigenden Temperaturkurve äußert,
wird also völlig unwirksam gemacht, indem die Schalung und damit der Beton dauernd
auf einer gleichbleibenden Temperatur gehalten wird, die über der höchsten durch
Abbindewärme entstehenden Temperatur des Betons liegt.
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Durch die gleichmäßige Heizung des Betons in dem angegebenen Temperaturbereich
wird :aber außerdem jede Dampfbildung im Beton und damit das Entstehen eines Spannungszustandes
vermieden. Die Heiztemperatur ist je nach dem verwendeten Zement verschieden, wobei
die beste Wirkung in dem Temperaturbereich von 65 bis 85° erzielt wird und bei .diesen
Temperaturen unter bester Ausnützung des Zementabbindevermögens ein schwindfreier
Beton höchster Festigkeit erzielt wird. Bei Verwendung von gewöhnlichem Portlandzement
sind die Höchsttemperaturen, bei Verwendung von höherwertigem Portlan-dzement etwas
niedrigere Temperaturen und bei Verwendung von Tonerdezement die niedrigsten Heiztemperaturen
des angegebenen Temperaturbereiches zu wählen.
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Die nach dem neuen Verfahren hergestellten Betonkörper weisen nicht
nur eine außerordentlich hohe, sondern vor allem auch eine sehr gleichmäßige Festigkeit
auf, wobei man Betondruckfestigkeiten ermittelt hat, die bei den einzelnen Betonkörpern
nur um 2 bis 5 °A schwanken.
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Die Erreichung dieser gleichmäßigen sehr hohen Festigkeit ist auf
die volle Ausnützung des Abbindevermögens des Zements bei völlig gleichmäßigem,
ungestörtem Abbindeprozeß zurückzuführen.
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Die mit dem neuen Verfahren erzielte Schwindfreiheit, d. h. Volumenbeständigkeit,
des Betons ist in verschiedener Hinsicht von Bedeutung. Bei der Herstellung von
Spannbeton wirkt sich diese Volumenbeständigkeit dahin aus, daß kein Spannungsabfall
in der Bewehrung und im Beton, also kein Spannungsverlust, eintritt. Auch bei Eisenbeton
wirkt sich diese Volumenbeständigkeit vorteilhaft aus, indem in der Bewehrung durch
Schwinden o.,dgl. keine Druckspannungen eintreten. Auch die Außenflächen der hergestellten
Betonkörper bleiben unverändert. Es besteht also die Möglichkeit zur Herstellung
marmorartiger, wetterbeständiger Außenflächen bei Verwendung glatter Schalungen,
z. B. Email. Die Verwendung derartiger glatter Schalungen ist zwar bekannt, hat
aber bisher zu keinem praktischen Ergebnis geführt, weil . die anfangs marmorartigen
Außenflächen nach kurzer Zeit ihren Glanz verlieren und abbröckeln. Dies ist auf
die ungenügende Volumenbeständigkeit und die geringe Festigkeit der Außenflächen
der Betonkörper zurückzuführen.
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Das Verfahren -nach der Erfindung wird im allgemeinen so ausgeführt,
daß die Betonkörper in der Schalung mit ein und derselben Heizung bis zum vollständigen
Erhärten behandelt werden. Es ist jedoch auch möglich, z. B. bei maschineller Herstellung
von Betonkörpern, diese auf eine Temperatur von etwa 5o bis 8o° C vorzuwärmen und
.dann mit oder ohne Schalung in ein Warmwasserbad von entsprechender gleichbleibender
Temperatur einzubringen und hier vollständig erhärten zu lassen.
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Zur Herstellung von Beton höchster Festigkeit ist es natürlich erforderlich,
die Betonmasse noch in bekannter Weise durch Rütteln, Pressen u. dgl. zu verdichten.