EP4341228A1 - Frischbeton - Google Patents

Frischbeton

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Publication number
EP4341228A1
EP4341228A1 EP21727148.5A EP21727148A EP4341228A1 EP 4341228 A1 EP4341228 A1 EP 4341228A1 EP 21727148 A EP21727148 A EP 21727148A EP 4341228 A1 EP4341228 A1 EP 4341228A1
Authority
EP
European Patent Office
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concrete
fresh concrete
concrete according
fresh
basalt fibers
Prior art date
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Pending
Application number
EP21727148.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Holzer
Stefan HOHLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Strabag Ag Spezialtiefbau
Original Assignee
Strabag Ag Spezialtiefbau
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Strabag Ag Spezialtiefbau filed Critical Strabag Ag Spezialtiefbau
Publication of EP4341228A1 publication Critical patent/EP4341228A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/10—Lime cements or magnesium oxide cements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention relates to a fresh concrete according to claim 1.
  • the reinforcement of concrete with non-mineral fibers such as carbon fibers or polypropylene fibers is known.
  • the invention is based on the object of specifying an improved concrete material.
  • a fresh concrete according to the invention comprises cement, water and the following aggregates:
  • the cement is provided in a proportion of 285 kg/m 3 to 325 kg/m 3 per cubic meter of concrete mix.
  • the lime filler is provided with a proportion of 25 kg to 150 kg, in particular 25 kg to 75 kg or 70 kg to 80 kg, preferably 50 kg, of lime per cubic meter of the concrete mixture.
  • basalt fibers 3 kg to 8 kg are provided per cubic meter of concrete mix.
  • the basalt fibers are twisted and/or wavy and/or smooth rods.
  • the basalt fibers have a diameter of
  • the basalt fibers have a length of 56 mm to 58 mm or 50 mm.
  • the demolition material additionally includes red parts from bricks.
  • the demolition material is in the form of angular aggregate.
  • the demolition material has a maximum grain size of 22 mm.
  • the demolition material includes the sorting 0 to 16 mm and/or the sorting 4 mm to 22 mm.
  • the fresh concrete also includes a liquefier, in particular a modified polycarboxylate in water.
  • a concrete component is specified, made from fresh concrete according to one of the preceding claims.
  • the concrete component is designed as a bored pile, head connection reinforcement, base plate, foundation or flat slab.
  • the present invention relates to a concrete, in particular a recycled concrete made from demolition material, which consists in particular of 100% mixed granulate, and basalt fibers, in particular in a twisted and smooth form.
  • the present invention enables the replacement of reinforced steel reinforcements, in particular in special civil engineering and civil engineering and for large-volume concrete components. This achieves a careful use of resources in the production of concrete, so that costs are also saved. Furthermore, the invention can serve to comply with and/or implement increasingly stringent environmental regulations when dealing with energy. The use of recycled material and the elimination of structural steel also reduces CCE emissions.
  • the fiber-reinforced recycled concrete according to the invention can be used to replace a steel reinforcement of a bored pile.
  • a head connection reinforcement with basalt baskets (longitudinal and spiral reinforcement made of basalt) can be provided.
  • the concrete according to the invention is suitable, for example, as fiber concrete for civil engineering, for example for foundation slabs or for limiting crack widths in water-impermeable concrete.
  • the concrete according to the invention is a combination of RC aggregates, which can be made from processed rubble, cement, preferably only in the minimum permissible quantity and/or only in the minimum permissible quality, and lime filler with a possibly increased proportion and basalt fibers, for example a Basalt stick mix.
  • the concrete according to the invention is a concrete of compressive strength class C20/25.
  • RC aggregates of a specific grading curve are used, for example 0-16 and/or 4-22.
  • the RC aggregates may include crushed concrete and red brick fractions. Broken material absorbs water, so it is always pre-soaked. The red parts can serve as a water reservoir whose water can be used for hydration.
  • edged aggregates that is to say no round grain if possible, can be used.
  • drill cuttings that occur when drilling bored piles can be used to produce the concrete for the bored piles.
  • 285 kg to 325 kg of cement, 25 kg to 150 kg, in particular 25 kg to 75 kg, preferably 50 kg, of lime and 3 kg to 5 kg of basalt fibers are used per cubic meter of the concrete mixture for the concrete.
  • Table 1 below shows compressive strengths according to theoretical cement content: according to [SIA 262: 2013 - Concrete construction. (2013).]
  • the concrete mixture with the low cement content of 285 kg/m 3 can be used, for example, in building construction for concrete types NPK A, NPK B and in civil engineering for concrete types NPK K and NPK L.
  • the concrete mixture with the high cement content of 325 kg/m 3 can be used, for example, in building construction for concrete types NPK B, NPK C and in civil engineering for concrete types NPK D, NPK H and NPK I.
  • the concrete can also be used as structural concrete for components where no deformation-related problems and/or high shear force peaks (flat slabs, re-entrant corners, etc.) are to be expected.
  • Table 2 shows fiber types and contents, cement and lime filler content of various concrete recipes of the desired compressive strength class 20/25 with a desired slump of 480 mm, class F3 and with a cement content of 285 kg/m 3 and a filler content of 75 kg/ m3 .
  • a lime filler content of about 1/3 in the CEM II-B LL 32.5R this corresponds to a total lime filler content of about 160 kg/m 3 or about 45% of the total flour content.
  • Basalt fibers were used, which differ from each other in shape, diameter, length and weight (Table 5).
  • the fresh concrete was weighed in a calibrated 81 container and the density determined. As can be seen in Table 6, the fiber content has no influence on the density of the fresh concrete in the mixtures examined.
  • the slump was determined during the concrete production for the test specimens for strength testing.
  • the slump of the various recipes can be seen in Table 8.
  • the slump is in the targeted slump class.
  • the various concrete recipes were tested for their compressive strength after 28 days. Since the compressive strength mainly depends on the granules and the amount of cement, there is hardly any difference between concretes with and without fibers differentiate.
  • the compressive strength test showed that the concretes are all classified in compressive strength class C20/25.
  • the modulus of elasticity (E-modulus) of the concrete was also determined.
  • the measured modulus of elasticity roughly corresponds to the values predicted using the relevant calculation formulas for recycled concrete (e.g. SIA 2030:2010 recycled concrete (2010)).
  • the modulus of elasticity of 21.6 GPa is around 30% lower than a comparable concrete with natural aggregate.
  • the fiber contents examined have practically no measurable influence on the modulus of elasticity of the samples.
  • Table 9 also gives the theoretically calculated value of fibers activated in the crack. Fibers in the lower half of the prism with a maximum angle to the normal of the crack plane of 45° were defined as activated fibers. This assumes that the distribution of the fibers is absolutely homogeneous. Table 9: Compilation of the residual bending strength according to the DAfStb guideline:
  • the fiber content has a practically linear influence on the residual flexural strength, both with small crack widths (f c n ,i ) and with larger deflections (f c n , 2) ⁇
  • the fiber type is also reflected in the residual flexural strength : for a given fiber content, fiber type 2 almost always has higher values. This result primarily reflects the influence of the fiber cross-section, less the fiber shape. Since fiber type 2 is significantly thinner than fiber type 1, there are simply physically significantly fewer fibers for a given fiber content for fiber type 1 (about 75% fewer individual fibers in each case). As a result of the localization of the break in a single crack, the residual flexural strengths for this type of fiber are also lower. If comparable residual flexural strengths are to be achieved, the dosage for fiber type 1 would have to be increased by 2-3 kg/m 3 or the content for fiber type 2 can be reduced.
  • the concrete matrix used with a high proportion of composite cement and mixed demolition granulate, has around 25% lower emissions of greenhouse gases (in m 3 CO 2 -eq.) than the type NPK-H bored pile concrete that is common in Switzerland.
  • the greenhouse gas emissions listed in Table 10 were calculated using the methodology described in [City of Zurich, Office for Building Construction, Concrete Calculator Background Report Version 2.0 (2016)], including transport distances typical for Switzerland (roughly the same for all types of concrete).
  • a savings potential of 25 to 33% compared to classic concrete is possible. The saving effect is primarily generated by the reduced amount of clinker (composite cement and lower cement content).
  • Table 11 summarizes the savings potential of the concrete developed here for all of the environmental indicators that are common in Switzerland. Table 11 : Savings potential compared to the environmental indicators commonly used in Switzerland
  • the excess content of the formulations can be further increased. If no increase in concrete strength is required, the additional content can always be increased using lime filler.
  • fiber types used could be processed without any problems.
  • the influence of the fibers on the workability of the fresh concrete was small, at least for the dosages examined.
  • the mechanical properties of the tested concretes were unaffected by fiber content, except for residual tensile strength. Compressive strength and Young's modulus remained practically unaffected by the fiber content.
  • the residual tensile strength increases linearly with the added fiber content.
  • fiber type 2 (finer fibers) has a higher residual tensile strength than fiber type 1 with the same fiber dosage. If the same mechanical performance is to be achieved with fiber type 1, the fiber content would have to be increased by 2-3 kg/m3.
  • the (theoretically) activated number of fibers in the crack is very low. This is especially the case for fiber type 1, since the volume of the individual fiber is significantly higher than for fiber type 2; thus for a given fiber content for fiber type 1 there are fewer individual fibers.
  • the concrete developed here has a significantly reduced Elmwelt influence (up to 30%) for all of the Elmwelt indicators that are usual in Switzerland. The greatest reduction can be seen in greenhouse gas emissions (20% to 35%) and the so-called Elmwelt pollution points (15% to 35%). The primary energy requirement is also significantly reduced (up to 20%).
  • the concretes described here can be used, for example, for large-volume components, in particular bored piles and/or bored pile heads.
  • the basalt fibers replace the usual steel reinforcement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Frischbeton, umfassend Zement, Wasser und folgende Zuschlagstoffe: - Abbruchmaterial, umfassend gebrochenen Beton, - Basaltfasern, - Kalkfiller.

Description

Frischbeton
Die Erfindung betrifft einen Frischbeton gemäß Anspruch 1.
Die Bewehrung von Beton mit nichtmineralischen Fasern, wie zum Beispiel Kohlenstoff-Fasern oder Polypropylen-Fasern, ist bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Betonwerkstoff anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Frischbeton mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßer Frischbeton umfasst Zement, Wasser und folgende Zuschlagstoffe:
- Abbruchmaterial, umfassend gebrochenen Beton,
- Basaltfasern,
- Kalkfiller.
In einer Ausführungsform ist der Zement mit einem Anteil von 285 kg/m3 bis 325 kg/m3 pro Kubikmeter der Betonmischung vorgesehen.
In einer Ausführungsform ist der Kalkfiller mit einem Anteil von 25 kg bis 150 kg, insbesondere 25 kg bis 75 kg oder 70 kg bis 80 kg, vorzugsweise 50 kg, Kalk pro Kubikmeter der Betonmischung vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform sind 3 kg bis 8 kg Basaltfasern pro Kubikmeter der Betonmischung vorgesehen. In einer Ausführungsform liegen die Basaltfasern als gedrehte und/oder gewellte und/oder glatte Stäbchen vor.
In einer Ausführungsform weisen die Basaltfasem einen Durchmesser von
1,2 mm bis 1,4 mm oder 0,8 mm bis 1,0 mm auf und/oder die Basaltfasem weisen eine Länge von 56 mm bis 58 mm oder von 50 mm auf.
In einer Ausführungsform umfasst das Abbruchmaterial zusätzlich Rotanteile aus Ziegeln.
In einer Ausführungsform liegt das Abbruchmaterial als kantiger Zuschlagstoff vor.
In einer Ausführungsform weist das Abbruchmaterial ein Maximalkom von 22 mm auf.
In einer Ausführungsform umfasst das Abbruchmaterial die Sortierung 0 bis 16 mm und/oder die Sortierung 4 mm bis 22 mm.
In einer Ausführungsform umfasst der Frischbeton ferner einen Verflüssiger, insbesondere modifiziertes Polycarboxylat in Wasser.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Betonbauteil angegeben, hergestellt aus Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
In einer Ausführungsform ist das Betonbauteil als Bohrpfahl, Kopfanschlussarmierung, Gründungsplatte, Fundament oder Flachdecke ausgebildet.
Detaillierte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden näher erläutert. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beton, insbesondere einen Recyclingbeton aus Abbruchmaterial, das insbesondere aus 100% Mischgranulat besteht, und Basalt-Fasern, insbesondere in gedrehter und glatter Form.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Ersatz von Bewehrungsstahl- Armierungen, insbesondere im Spezialtief- und Ingenieurbau und für großvolumige Betonbauteile. Dabei wird ein schonender Umgang mit Ressourcen bei der Betonherstellung erreicht, so dass auch Kosten eingespart werden. Weiter kann die Erfindung der Einhaltung und/oder Umsetzung sich verschärfender Umweltauflagen im Umgang mit Energie dienen. Durch die Verwendung von Recyclingmaterial und den Wegfall von Baustahl werden ferner CCE-Emissionen verringert.
Beispielsweise kann der erfindungsgemäße faserverstärkte Recyclingbeton für den Ersatz einer Bewehrungsstahl-Armierung eines Bohrpfahls verwendet werden. Es kann eine Kopfanschlussarmierung mit Basalt-Körben (Längs- und Wendelbewehrung aus Basalt) vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße Beton eignet sich beispielsweise als Faserbeton für den Ingenieurbau, beispielsweise für Gründungsplatten oder Begrenzung von Rissbreiten in wasserundurchlässigem Beton.
Der erfindungsgemäße Beton ist eine Kombination aus RC -Zuschlagstoffen, die aus aufbereitetem Bauschutt hergestellt sein können, Zement, vorzugsweise nur in der mindestens zulässigen Menge und/oder nur in der mindestens zulässigen Qualität, sowie Kalkfiller mit einem gegebenenfalls erhöhten Anteil und Basaltfasern, beispielsweise einem Basalt- Stäbchenmix.
Insbesondere handelt es sich bei dem erfmdungsgemäßen Beton um einen Beton der Druckfestigkeitsklasse C20/25. Insbesondere werden RC -Zuschlagstoffe einer bestimmten Sieblinie verwendet, beispielsweise 0-16 und/oder 4-22. In einer Ausführungsform können die RC -Zuschlagstoffe gebrochenen Beton und Rotanteile aus Ziegeln umfassen. Gebrochenes Material saugt Wasser auf, wird also immer vorgewässert. Die Rotanteile können als Wasserspeicher dienen, deren Wasser für die Hydratation nutzbar ist. In einer Ausführungsform können kantige Zuschlagstoffe, das heißt möglichst kein Rundkom, verwendet werden.
Trotz der Verwendung der vergleichsweise minderwertigen RC -Zuschlagstoffe und des Zements geringer Qualität und Menge wird die geforderte Stabilität und Tragfähigkeit durch die Basaltfasem ermöglicht.
In einer Ausführungsform kann beim Bohren von Bohrpfählen anfallendes Bohrgut für die Herstellung des Betons für die Bohrpfähle verwendet werden.
In einer Ausführungsform werden für den Beton 285 kg bis 325 Zement, 25 kg bis 150 kg, insbesondere 25 kg bis 75 kg, vorzugsweise 50 kg, Kalk sowie 3 kg bis 5 kg Basaltfasern pro Kubikmeter der Betonmischung verwendet.
Die folgende Tabelle 1 zeigt Druckfestigkeiten nach theoretischem Zementgehalt: mäß [SIA 262: 2013 - Betonbau. (2013).] Die Betonmischung mit dem geringen Zementgehalt von 285 kg/m3 kann beispielsweise im Hochbau für die Betontypen NPK A, NPK B und im Tiefbau für die Betontypen NPK K und NPK L eingesetzt werden.
Die Betonmischung mit dem hohen Zementgehalt von 325 kg/m3 kann beispielsweise im Hochbau für die Betontypen NPK B, NPK C und im Tiefbau für die Betontypen NPK D, NPK H und NPK I eingesetzt werden.
Neben dem Einsatz in Pfählen ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen Betone in voluminösen, nicht oder wenig bewehrten Fundamenten einzusetzen.
Der Beton kann auch als Konstruktionsbeton bei Bauteilen verwendet werden, bei denen keine verformungsbedingten Probleme und/oder hohe Querkraftspitzen (Flachdecken, einspringende Ecken etc.) zu erwarten sind.
Die folgende Tabelle 2 zeigt Fasertypen und -gehalte, Zement und Kalkfillergehalt verschiedener Beton-Rezepte der angestrebten Druckfestigkeitsklasse 20/25 mit einem angestrebten Ausbreitmaß von 480 mm, Klasse F3 sowie bei einem Zementgehalt von 285 kg/m3 und einem Fillergehalt von 75 kg/m3. Bei Annahme eines Kalkfillergehalts im CEM II-B LL 32.5R von etwa 1/3 entspricht dies einem totalen Kalkfillergehalt von ca. 160 kg/m3 oder etwa 45% des gesamten Mehlanteils.
Tabelle 2: Rezepte, Fasertypen und -gehalte:
Für alle Rezepte der Tabelle 2 wurden die folgenden fixen Parameter verwendet.
Tabelle 3:
Es wurde ausschließlich Recyclinggranulat aus Mischabbruch (Rb) verwendet. Es wurde ein Mix aus zwei Sortierungen, 0-16 mm (90%) und 4-22 mm (10%), verwendet. Die verwendeten Zuschlagsmischungen und die resultierende Siebkurve (Granul ometrie) sind in Tabelle 4 ersichtlich.
Tabelle 4:
Es wurden Basaltfasern verwendet, die sich in Form, Durchmesser, Länge und Gewicht (Tabelle 5) voneinander unterscheiden.
Aufgrund der verschiedenen Volumen der Einzelfasern weisen die beiden Fasertypen stark verschiedene Gewichte pro Faser auf. Daraus ergibt sich, dass die Anzahl Fasern pro beigemischtem kg ebenfalls deutlich verschieden ist (Tabelle 2).
Tabelle 5: Fasertypen
Die Frischbetone wurden in einem geeichten 81 Gefäß gewogen und die Dichte ermittelt. Wie in Tabelle 6 ersichtlich ist, hat der Fasergehalt bei den untersuchten Mischungen keinen Einfluss auf die Frischbetondichte.
Tabelle 6: Dichte der Betonrezepturen
Die Rezepturen wurden mit der Dichtemessung plausibilisiert. Daraus ergeben sich die tatsächlichen Betonrezepte (Tabelle 7), die vom Zielrezept maximal um etwa 2% abweichen. Tabelle 7: Tatsächliche Zusammensetzung der gefertigten Betonrezepturen
Das Ausbreitmaß wurde während der Betonherstellung für die Versuchskörper zur Festigkeitsprüfung ermittelt. Die Ausbreitmasse der verschiedenen Rezepte sind in Tabelle 8 ersichtlich.
Tabelle 8: Ausbreitmasse der Frischbetone
Die Ausbreitmasse sind in der angezielten Ausbreitklasse.
Wie in Tabelle 8 ersichtlich, haben die untersuchten Fasergehalte keinen Einfluss auf das Ausbreitmaß.
Die verschiedenen Betonrezepte wurden nach 28 Tagen auf ihre Druckfestigkeit geprüft. Da die Druckfestigkeit hauptsächlich von den Granulaten und der Zementmenge abhängig ist, ist kaum zwischen Betonen mit und ohne Fasern zu unterscheiden. Die Druckfestigkeitsprüfung ergab, dass die Betone alle in der Druckfestigkeitsklasse C20/25 einzustufen sind. Die durchschnittliche Betondruckfestigkeit über alle Betonrezepte ist fcm = 29,9 MPa. Grundsätzlich ergaben die untersuchten Fasergehalte keinen messbaren Einfluss auf die Druckfestigkeit der Proben.
Weiter wurden die Elastizitätsmodule (E-Module) der Betone bestimmt. Die gemessenen E-Module stimmen in etwa mit den anhand einschlägiger Berechnungsformeln für Recyclingbeton (z.B. SIA 2030:2010 Recyclingbeton (2010)) prognostizierten Werten überein. Im Durchschnitt über alle Betone ist der E-Modul mit 21,6 GPa um etwa 30% geringer als ein vergleichbarer Beton mit natürlicher Gesteinskörnung. Die untersuchten Fasergehalte haben praktisch keinen messbaren Einfluss auf den E-Modul der Proben.
Die Ermittlung der Restbiegezugfestigkeiten wurde nach den Vorgaben von Anhang N der DAfStb-Richtlinie für Stahlfaserbetone (Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, DAfStb-Richtlinie Stahlfaserbeton (2010)) durchgeführt. Die Resultate sind in Tabelle 9 zusammengestellt. Die Mischungen 1-0 und 2-0 sind technisch keine Faserbetone, da sie keine Fasern enthalten, sind aber der Vollständigkeit halber auch aufgeführt.
In Tabelle 9 ist auch der theoretisch berechnete Wert der im Riss aktivierten Fasern angegeben. Als aktivierte Fasern wurden Fasern in der unteren Hälfte des Prismas mit einem maximalen Winkel zur Normalen der Rissebene von 45° definiert. Dies geht davon aus, dass die Verteilung der Fasern absolut homogen ist. Tabelle 9: Zusammenstellung der Restbiegezugfestigkeiten nach DAfStb- Richtlinie:
Es hat sich gezeigt, dass der Fasergehalt einen praktisch linearen Einfluss auf die Restbiegezugfestigkeit hat, sowohl bei kleinen Rissweiten (fcn,i) als auch bei grösseren Durchbiegungen (fcn,2)· Der Fasertyp schlägt sich ebenfalls in den Restbiegezugfestigkeiten nieder: bei gegebenem Fasergehalt resultieren für Fasertyp 2 fast durchweg höhere Werte. Dieses Ergebnis bildet in erster Linie den Einfluss des Faserquerschnitts ab, weniger die Faserform. Da Fasertyp 2 deutlich dünner als Fasertyp 1 ist, sind bei gegebenem Fasergehalt für Fasertyp 1 physisch schlicht deutlich weniger Fasern vorhanden (jeweils etwa 75% weniger Einzelfasem). Infolge der Lokalisierung des Bruchs in einem einzigen Riss fallen die Restbiegezugfestigkeiten für diesen Fasertyp daher auch tiefer aus. Sollen vergleichbare Restbiegezugfestigkeiten erreicht werden, müsste für Fasertyp 1 die Dosierung um 2-3 kg/m3 erhöht werden oder der Gehalt kann für Fasertyp 2 reduziert werden.
Die verwendete Betonmatrix mit einem hohen Anteil Kompositzement und Mischabbruchgranulat hat gegenüber einem in der Schweiz üblichen Bohrpfahlbeton vom Typ NPK-H einen um etwa 25% tieferen Ausstoß an Treibhausgasen (in m3 C02-eq.). Die in Tabelle 10 aufgelisteten Treibhausgasemissionen wurden nach der in [Stadt Zürich, Amt für Hochbauten, Betonrechner Hintergrundbericht-Version 2.0 (2016)] beschriebenen Methodik berechnet, inklusive für die Schweiz typischen Transportdistanzen (etwa gleich für alle Betontypen). Ein Einsparpotential gegenüber klassischen Betonen von 25 bis 33% ist möglich. Der Einspareffekt wird vor allem durch die reduzierte Klinkermenge (Kompositzement und niedrigerer Zementgehalt) erzeugt.
Tabelle 10: Treibhausgasemissionen in kg C02-eq./m3 der untersuchten Betone und in der Schweiz üblicher Betone
0 Beton beschrieben in [Stadt Zürich, Amt für Hochbauten, Betonrechner Hintergrundbericht- Version 2.0 (2016)]
Das Einsparpotential des vorliegend entwickelten Betons für alle in der Schweiz üblichen Umweltindikatoren ist in Tabelle 11 zusammengefasst. Tabelle 11 : Einsparungspotential gegenüber in der Schweiz üblichen Umweltindikatoren
Die Herstellung von Beton mit 100% Mischabbruchgranulat ist möglich, resultiert jedoch in einer etwas geringeren Druckfestigkeit (Reduktion ca. 15%) als eine vergleichbare Rezeptur mit Naturkies. Dazu kommt ein um etwa ein Drittel reduzierter E-Modul, der aber dem nach einschlägigen Normen zu erwartenden Wert entspricht. Ein Beton mit 100% Mischabbruchgranulat ist aufgrund der ausschließlich kantigen Zuschläge etwas weniger gut verarbeitbar.
Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit (Erhöhung des Ausbreitmaßes) kann der Mehrgehalt der Rezepturen weiter erhöht werden. Wenn keine Erhöhung der Betonfestigkeit erforderlich ist, kann der Mehrgehalt grundsätzlich mittels Kalkfiller erhöht werden.
Alle eingesetzten Fasertypen waren problemlos verarbeitbar. Der Einfluss der Fasern auf die Verarbeitbarkeit des Frischbetons war klein, zumindest für die untersuchten Dosierungen. Die mechanischen Eigenschaften der geprüften Betone wurden, außer für die Restzugfestigkeit, durch den Fasergehalt nicht beeinflusst. Druckfestigkeit und E-Modul blieben vom Fasergehalt praktisch unbeeinflusst. Die Restzugfestigkeit steigt für die untersuchten Fasergehalte linear mit dem zugegebenen Fasergehalt. Grundsätzlich bewirkt Fasertyp 2 (feinere Fasern) eine höhere Restzugfestigkeit als Fasertyp 1 bei gleicher Faserdosierung. Soll mit Fasertyp 1 die gleiche mechanische Leistungsfähigkeit erreicht werden, müsste der Fasergehalt um 2-3 kg/m3 erhöht werden. Bei den niedrig mit Fasern dosierten Betonen ist die im Riss (theoretisch) aktivierte Faseranzahl sehr gering. Dies ist vor allem für Fasertyp 1 der Fall, da das Volumen der Einzelfaser deutlich höher als für Fasertyp 2 ist; damit sind bei gegebenem Fasergehalt für Fasertyp 1 weniger einzelne Fasern vorhanden.
Der vorliegend entwickelte Beton hat bei allen in der Schweiz üblichen Elmweltindikatoren einen deutlich reduzierten Elmwelteinfluss (bis zu 30%). Die größte Reduktion ist bei den Treibhausgasemission (20% bis 35%) und den sogenannten Elmweltbelastungspunkten (15% bis 35%) ersichtlich. Auch der Primärenergiebedarf ist deutlich reduziert (bis zu 20%).
In der folgenden Tabelle 12 werden beispielhafte Mischungsverhältnisse für 1 m3 Frischbeton angegeben:
Tabelle 12:
In der folgenden Tabelle 13 werden beispielhafte Testmischungen für eine Testmenge von 0,03 m3 (301) Recyclingbeton angegeben: Tabelle 13:
In der folgenden Tabelle 14 werden Ausbreitmaße für die Testmischungen 1 bis 15 aus der vorherigen Tabelle betrachtet:
Tabelle 14:
Die vorliegend beschriebenen Betone können beispielsweise für großvolumige Bauteile, insbesondere Bohrpfähle und/oder Bohrpfahlköpfe verwendet werden. Dabei ersetzen die Basaltfasern die sonst übliche Stahlbewehrung.

Claims

P A T EN T AN S P RÜ C HE
1. Frischbeton, umfassend Zement, Wasser und folgende Zuschlagstoffe:
- Abbruchmaterial, umfassend gebrochenen Beton,
- Basaltfasern,
- Kalkfiller.
2. Frischbeton nach Anspruch 1, wobei der Zement mit einem Anteil von
285 kg/m3 bis 325 kg/m3 pro Kubikmeter der Betonmischung vorgesehen ist.
3. Frischbeton nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kalkfiller mit einem Anteil von 25 kg bis 150 kg, insbesondere 25 kg bis 75 kg oder 70 kg bis 80 kg, vorzugsweise 50 kg, Kalk pro Kubikmeter der Betonmischung vorgesehen ist.
4. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 3 kg bis 8 kg Basaltfasern pro Kubikmeter der Betonmischung vorgesehen sind.
5. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basaltfasern als gedrehte und/oder gewellte und/oder glatte Stäbchen vorliegen.
6. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basaltfasern einen Durchmesser von 1,2 mm bis 1,4 mm oder 0,8 mm bis 1,0 mm aufweisen.
7. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basaltfasern eine Länge von 56 mm bis 58 mm oder von 50 mm aufweisen.
8. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbruchmaterial zusätzlich Rotanteile aus Ziegeln umfasst.
9. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbruchmaterial als kantiger Zuschlagstoff vorliegt.
10. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbruchmaterial ein Maximalkom von 22 mm aufweist.
11. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbruchmaterial die Sortierung 0 bis 16 mm umfasst.
12. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbruchmaterial die Sortierung 4 mm bis 22 mm umfasst.
13. Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Verflüssiger, insbesondere modifiziertes Polycarboxylat in Wasser.
14. Betonbauteil, hergestellt aus Frischbeton nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Betonbauteil nach Anspruch 14, ausgebildet als Bohrpfahl, Kopfanschlussarmierung, Gründungsplatte, Fundament oder Flachdecke.
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