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Verfahren zur Herstellung von wasserarmem Beton hoher Früh- und Endfestigkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wasserarmem Beton hoher-Früh-
und Endfestigkeit.
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Es ist bekannt; daß die Festigkeit von Beton wesentlich von der Menge
des zur Herstellung des Betons angewendeten Anmachwassers abhängt. Die Herstellung
einwandfreien, möglichst dichten Betons erfolgte zunächst dadurch, daß der Beton
in der Form oder Schalung gestampft oder gerührt oder gestochert wurde. Eine weitere
Verbesserung der Betonverarbeitung stellt das Rüttelverfahren dar. Das Rütteln kjnn
auf verschiedene Weise erfolgen. Der Beton. kann auf einem Rütteltisch verarbeitet
werden, ein Verfahren, welches durch das Gewicht der Betonmasse begrenzt ist, oder
die Oberfläche des Betons kann gerüttelt werden, ein Verfahren, welches hinsichtlich
seiner Tiefenwirkung begrenzt ist, oder die Form oder Schalung, in welcher der Beton
sich befindet, kann von der Seite gerüttelt werden, ein Verfahren, welches hinsichtlich
seiner Wirkung ebenfalls räumlich begrenzt ist. Die modernste Betonverars beitungsart
ist die Innenrüttlung, bei welcher meist länglich geformte Rüttelgeräte in die Betonmischung
eingetaucht werden, die zum mindesten plastisch sein muß, um das Eindringen der
Rüttelvorrichtung zu ermöglichen. Infolge dieses hierfür notwendigen, verhältnismäßig
hohen Wassergehalts kann es, vor allem bei längerer Rütteldauer, zu einer Entmischung
des Betongemenges kommen, indem die größeren Zuschlagsteile nach unten sinken. Wenn
das Endziel jeder Weiterentwicklung des Betons sein muß, wie neuerdings auch von
Hummel in seinem Beton-ABC, 5. Auflage, S. 128, herausgestellt, die Herstellung
des optimal dichten, erhärteten Betons, der nur dann zu erzielen ist, wenn das Anmachwasser
auf jenes Maß gesenkt werden kann, das der Zement chemisch zur Verfestigung benötigt
(Vermeidung des überschußwassers), so bleibt die Tatsache bestehen, daß bei allen
bekannten Rüttelverfahren aus Gründen der inneren Beweglichkeit und damit der Verarbeitsbarkeit
des Betongemenges erheblich mehr Wasser zugegeben
werden muß, als
für die chemische Reaktion des Zementes notwendig ist.
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Der Ausgangspunkt bei allen bekannten Rüttelverfahren. wie er immer
wieder in der Fachwelt und Fachliteratur zum Ausdruck kommt, ist der Gedanke der
Verdichtung. Die Wirkung des Rüttelns wird darin gesehen, daß durch die erteilten
Schwingungen für kürzeste "Leitspannen die Reibung zwischen den einzelnen Teilen
des Gemenges aufgehoben oder vermindert wird und so die Schwerkraft Gelegenheit
bekommt, auf die größeren Teile des Gemenges einzuwirken. Auch nach allerneuester
Darstellung der V orgänge im Beton bei der Anwendung von Innenrüttlern (Is a u f
f m a n n, Fortschritte und Forschungen im Bauwesen, Reihe A, Heft 4.,
S.21) wird nur davon gesprochen, daß der Beton sich wie eine Flüssigkeit
verhalte und die einzelnen Zuschlagstoffe unter dem Einfluß der Schwerkraft nach
unten sinken usw.
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Es wurde nun gefunden, daß eine wesentliche Erhöhung der Früli- und
Endfestigkeit und des Rahmgewichts des Betons erzielt und andererseits sein Schwindmaß
gesenkt werden kann, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung die wasserarme Betonmischung
in der Form oder Schalung bis zur Erreichung des thixotropen Zustandes in Schwingimgen
versetzt wird.
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Das bisher aus Gründen der inneren Beweglichkeit des Betongemenges
immer erforderliche Zuviel an Anmachwasser wird dadurch verringert. daß diese Beweglichkeit
nicht durch Wasser als Gleitmittel, sondern durch die Anwendung der Thixotropie
(als sogenannter reversibler, isotheriner Gel-Sol-Transformation) erreicht wird.
Wenn gemäß der Erfindung hochfrequente Schwingungen auf die Betonmischung ausgeübt
werden. so wird in den feinsten Teilen des Betongemenges der thixotrope Zustand
herbeigeführt, der eine Verflüssigung der Gele zur Folge hat. 13ntgegen der obenerwähnten
Darstellung der Vorgänge im Beton hei den bekannten Rüttelverfahren erstreckt sich
die Wirkung der Schwingungen entsprechend der Lehre der Erfindung in erster Linie
auf die Feinbestandteile des Betons, da nur bei diesen von der Erscheinung der Thixotropie
gesprochen werden kann. Eine Entmischung des Betongemenges durch Absinken der gröberen
Teile wird von vornherein durch die Trockenheit des Gemenges unmöglich gemacht.
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Bei der durch die Erfindung erreichten Verbesserung des Betons durch
Herbeiführung des thixotropen Zustandes im Betongemenge handelt es sich nicht allein
um eine Folge der Senkung des Wasserzementfaktors, wie sie z. B. in Hummel, Beton-ABC,
.4. Auflage, Bild .12, dargestellt.ist und zu welcher dic Erfindung überhaupt erst
den Wer weist.
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bei zu bemerken ist. daß durch das den Gegenstand der Erfindung bildende
Verfahren überhaupt erst der Weg für eine praktisch ins Gewicht fallende Wasserverringerung
gewiesen wird. Außer dem rein physikalischen Vorgang hat nämlich die Herbeifiihrting
des thixotropen Zustandes offenbar auch noch eine chemische Beeinflussung des Betongemenge
zur Folge, indem die Reaktionsfähigkeit des Zements erhöht wird, worin eben der
(rund für die Erhöhung der Betonfestigkeiten allgemein wie vor allein der Frühfestigkeiten
über das auf Grund der Senkung des Wasserzementfaktors zu erwartende -Maß hinaus
gesehen werden kann.
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Die Friihestdruckfestigkeit, d. h. die Druckfestigkeit im frühesten
Zeitraum nach der Herstellung des Betons, in . welchem eine zahlenmäßige .Messung
und Prüfung des Betons überhaupt möglich ist. geht für Beton, der mit den heute
zur Verfügung stehenden Geräten bei größtmöglicher Trockenheit noch einwandfrei
in den thixotropen Zustand versetzt werden kann. eindeutig. d. b. uni ;o und mehr
v. H., über die Werte hinaus, die nach den üblichen Kurven über den Zusaniinenhang
zwischen Betonfestigkeit und Wasserzementfaktor (z. B. 1-I u m in e 1, Beton-ABC,
.I. Auflage, Bild d.2) zti erwarten sind.
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Diese Eigenschaft ist dadurch von erheblicher praktischer Bedeutung,
daß nicht nur eine schnelle Entschalung des Betons möglich ist und so das Schalungsmaterial
alsdann wieder an anderer Stele zur Herstellung neuer Bauteile verwendet werden
kann, sondern daß vor allein nach dem neuen Verfahret hergestellte Bauteile früher
belastet und damit die Baufristen verkürzt werden könnest.
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Ein weiterer grundsätzlicher Unterschied gegenüber sämtlichen heute
bekannten Rüttelverfaliren'hesteht darin, daß bei diesen stet die Verarl)eitung
durch Rüttlung in der Form oder Schalung erfolgen inuß, welche der Beton im erliärfpten
Zustand räumlich auszufüllen hat. Bei dem Verfahren gemsil.i der Erfindung ist es
durchaus möglich, den Beton oder auch nur seine Feinbestandteile vor dem Einbringen
in die F<@rin oder Schahing durch Einwirkung liochfrt-@lucnter Schwingungen in
den thixotropen Zustand zti versetzen (vorzubehandeln) und dann das ganze Gemenge
in verhältnismäßig kurzer Zeit nochmals in der Form oder Schalung in den thixotropen
Zustand zu versetzen (nachzubehandeln), woraus hervorgeht, daß es sich bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung nicht nur um ein' Verdichten wie hei den bisher bekannten Rüttelverfahren
handelt. Es ergibt sich, cfaß der ganz oder auch nur in seinen
Feinbestandteilen
vorbehandelte Beton höhere Druckfestigkeiten .erreicht, und zwar bei geringerem
Energieaufwand je Raumeinheit Beton als der nur in der Form oder Schalung behandelte.
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Bei der Festlegung des optimalen Wasserbedarfs einer Betonmischung
für eine bestimmte Verarbeitungsart hat man sich, auch bei gleichbleibender Zement-
oder Zuschlagsart, damit auseinanderzusetzen, daß der Wasserbedarf vom Zementgehalt,
der Kornzusammensetzung und dem Größtkorn des Zuschlags beeinflußt wird. Eine Methode
der Erfassung dieser drei Faktoren wurde entwickelt durch Walz in Heft gi des DAfE,
S.7/8 und 14/15, mit dem Begriff der Körnungsziffer, ohne oder mit Einschluß
des Zements. Diese ergibt sich aus der Summierung der prozentualen Rückstände auf
den einzelnen Sieben des Grafschen Normensiebsatzes, wobei der Zement der Körnung
o bis o,2 mm zugerechnet wird. Der Stand der Technik entsprechend Heft gi ist gegeben
durch die Kurve hz # p1#4 = 40,5. Die Erfahrung hat gezeigt, daß das Anwendungsgebiet
der Erfindung unterhalb eines Wassergehalts liegt, der durch die Kurve kz # p1#4
= 3o dargestellt ist. Der Verlauf dieser Kurven, die den vor der Erfindung
möglichen niedrigsten Wassergehalt und die obere Wassergehaltsgrenze kennzeichnen,
bei der das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren zur Auswirkung kommt,
ist aus der Zeichnung ersichtlich.
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Die Frequenz der Schwingungen, mit denen beim Verfahren gemäß der
Erfindung auf das Betongemenge eingewirkt wird, liegt zweckmäßig bei mindestens
einer der angewandten Schwingungen bei 5000 und mehr. Die Schwingungsfrequenz
kann bis in den Bereich der Schall- oder Ultraschallwellen gesteigert werden.
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Die Versetzung des Betongemenges -in den thixotropen Zustand wird
erleichtert, wenn während der Einwirkung der Schwingungen auf den Beton ein zusätzlicher
Druck ausgeübt wird. Dies gilt auch bei der oben geschilderten Vorbehandlung, wenn
der Betort bzw. sein Mörtelanteil den Schwingungen in einem Behälter ausgesetzt
wird, und kann dadurch erfolgen, daß der in einem oben offenen Behälter untergebrachte
Beton mit einer Abdeckplatte von ausreichendem Gewicht belastet wird. Es kann aber
auch in einem Behälter erfolgen, in dem mindestens ein Teil der Wandungen beweglich
ist. Es ist ferner möglich, diese Vorbehandlung beim Einbringen des Betons in die
endgültige Form oder Schalung durchzuführen, indem er beispielsweise durch ein Rohr
geleitet wird, dessen Querschnitt er wenigstens auf einen Teil der Rohrlänge ausfüllt
und wobei dieses Rohr, in Schwingungen versetzt wird, um den Beton in den thixotropen
Zustand zu überführen.