WO2012045401A1 - Verfahren zum vermindern von dunkelverfärbungen an sichtbetonoberflächen, zu beton aushärtende fertigmischung sowie zement zur herstellung von beton - Google Patents

Verfahren zum vermindern von dunkelverfärbungen an sichtbetonoberflächen, zu beton aushärtende fertigmischung sowie zement zur herstellung von beton Download PDF

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Dirk Lowke
Peter Schiessl
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    • C04B2111/2076—Discolouring resistant materials

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the occurrence of spotty dark discoloration on exposed concrete surfaces.
  • the invention further relates to a mixture that cures to concrete, and cement for the production of concrete.
  • concrete is understood to mean concrete whose surface (exposed concrete surface) remains visible after removal of a formwork.
  • Exposed concrete surfaces determine the architectural effect of a building and can be varied by the use of special formwork, a specific concrete composition or by subsequent mechanical processing.
  • formwork smooth or structured formwork are used, which have absorbent or non-absorbent properties.
  • shuttering materials for example, steel, plastic and untreated, impregnated or resin-coated wood materials can be used.
  • the concrete In order to obtain void-free, uniform in their color effect concrete surfaces without runners, segregation phenomena or other visual defects, the concrete must be in accordance with the leaflet exposed concrete, version August 2004, self-publisher Deutscher Beton- und Bautechnik- V e. V. and Federation of the German Cement Industry e. V. be so composed that the consistency and the largest grain are adapted to the installation method and the component geometry. In practice, the following measures have proven successful:
  • BV Concrete admixtures
  • FM superplasticizers
  • LP air-entraining agents
  • DM sealants
  • VZ retarders
  • BE accelerators
  • ST stabilizer
  • RH cleaning water
  • RH recycling aids for residual concrete
  • RB chromate reducers
  • SB foaming agents
  • SR sedimentation reducers
  • release agents can be applied which reduce the bond between the hardening concrete and the formwork surface in order to prevent breaks on the concrete surface when the formwork is removed.
  • the mode of action of the release agent can be chemical and / or physical.
  • the attached single figure illustrates the problem by means of 6 views, wherein each a perfect, uncolored light area (left column of the views) is compared with a dark discolored area.
  • the top line compares photographic views of the surface.
  • the middle line compares scanning electron micrographs of the surfaces and the bottom line compares SEM images of the microstructure (section through the exposed concrete surface).
  • the phenomenon of spotty dark discoloration is an accumulation of localized, dark discoloration of the order of a few mm 2 over large areas on an originally uniformly bright exposed concrete surface.
  • the dark discolored areas are characterized by a densification of the near-surface microstructure, in which the porosity of the cement paste matrix is significantly lower.
  • the scanning electron micrographs also show that the surface of the dark discolored areas has a more planar structure compared to the uncolored areas, with the pores appearing dark in the scanning electron micrographs.
  • the invention is based on the object to provide an easy to implement and cost-effective way, with the occurrence of spotty Bisverfarbitch on exposed concrete surfaces can be reliably reduced or completely prevented.
  • a first solution to this problem is achieved by a method according to claim 1.
  • the anions of the discoloration-reducing agent advantageously contain hydroxyl, sulfate or carbonate ions.
  • the discoloration-reducing agent advantageously contains Na 2 S0 4 and / or K 2 S0 4 .
  • the claim 4 is directed to advantageous alkali contents of the mixing water, provided that the discoloration reducing agent is added to the mixing water.
  • the claim 5 indicates advantageous alkali contents when the discoloration reducing agent is applied directly to a surface of a formwork.
  • the concrete and / or the cement advantageously a congealing regulator is added.
  • the claim 8 is directed to a ready mix, with which the problem underlying the invention is solved.
  • Claims 9 and 10 characterize advantageously used stain reducing agents.
  • Claim 11 is directed to advantageous compositions of the ready mix.
  • lightly soluble alkalis may be admixed with a cement suitable for producing exposed concrete during firing or during the milling process or in a separate step, so that exposed concrete produced using this cement shows no or at least less spotty dark discoloration.
  • a finished mixture prepared using a cement having a Na 2 O equivalent of at least 0.7% by mass advantageously contains some aggregates and optionally additives and / or additives.
  • the occurrence of spotty dark colors can be counteracted by two measures that can be used alone or in combination:
  • the flowable exposed concrete is at least in the area which forms the exposed concrete surface after curing, added a discoloration reducing agent.
  • a discoloration reducing agent This can be done by admixing the stain reducing agent to the flowable concrete mixture as a whole or only to the surface area forming the later visible surface.
  • the effect of the discoloring agent may be due to the reduction of the calcium content of the pore solution, without adversely affecting the hydration reaction as well as the processability and durability properties.
  • the flowable concrete mixture can be any concrete mixture used for exposed concrete, where the aggregate can be, for example, sand, gravel or grit of suitable grain size, conventional cement is used and the concrete admixtures described above can be present.
  • the aggregate can be, for example, sand, gravel or grit of suitable grain size, conventional cement is used and the concrete admixtures described above can be present.
  • the discoloration-reducing agent contains as active ingredients cations of the alkali metals in conjunction with inorganic and organic anions, or hydroxyl, sulfate, or carbonations.
  • the stain reducing agent may contain, for example, Na 2 S0 4 and / or K 2 SO 4 .
  • a cement in addition and / or in addition to, the exposed concrete mixed before or after the addition of water discoloration reducing agent, a cement can be used, which counteracts due to its Alkalisulfatgehaltes the formation of dark discoloration.
  • An alkali sulphate content of the cement is determined by the natural alkali content of the raw materials, such as limestone, clay, sand.
  • the alkali sulphate content required to avoid dark colorations can be achieved by an additional process step during cement production.
  • the cement powder easily soluble alkalis and optionally solidification regulators or additives for adjusting the processing added. This can be done during the firing process, during the milling process or as a separate process step.
  • the cement advantageously has a Na 2 O equivalent of at least 0.7% by mass, the Na 2 O equivalent being defined by:
  • the cement of the invention having the predetermined alkali sulfate content causes a reduced solubility of the calcium in the cement-water suspension due to the increased alkali content, resulting in a decreased calcium content in the pore solution.
  • the invention has many uses, for example for in-situ concrete, ready-mixed concrete, precast concrete, concrete products, etc.

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Abstract

Fleckige Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen können vermieden werden, indem dem Sichtbeton vor dessen Aushärten zumindest in seinem nach dem Aushärten die Sichtbetonoberfläche bildenden Bereich ein Verfärbungsminderungsmittel zugegeben wird, das Kationen von Alkalimetallen und anorganische und/oder organische Anionen enthält, und/oder zur Herstellung zumindest des nach dem Aushärten die Sichtbetonoberfläche bildenden Bereiches des Sichtbetons ein Zement mit einem Na2O-Äquivalent von mindestens 0,7 M.-%, welches durch Zugabe löslicher Alkalien erreicht wird, verwendet wird.

Description

Verfahren zum Vermindern von Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen, zu Beton aushärtende Fertigmischung sowie Zement zur Herstellung von Beton
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern des Auftretens fleckiger Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen. Die Erfindung betrifft weiter eine Mischung, die zu Beton aushärtet, sowie Zement zur Herstellung von Beton.
Im Folgenden wird unter Sichtbeton Beton verstanden, dessen Oberfläche (Sichtbetonoberfläche) nach Abnahme einer Schalung sichtbar bleibt. Sichtbetonoberflächen bestimmen die architektonische Wirkung eines Bauwerkes und können durch den Einsatz besonderer Schalungen, eine gezielte Betonzusammensetzung oder durch nachträgliche mechanische Bearbeitung vielfältig gestaltet werden. Als Schalungen kommen glatte oder strukturierte Schalungen zum Einsatz, die saugende oder nichtsaugende Eigenschaften aufweisen. Als Schalungsmaterialien können beispielsweise Stahl, Kunststoff sowie unbehandelte, imprägnierte oder kunstharzbeschichtete Holzwerkstoffe verwendet werden. Um lunkerfreie, in ihrer Farbwirkung gleichmäßige Betonoberflächen ohne Wasserläufer, Entmischungserscheinungen oder andere optische Mängel zu erhalten, muss der Beton entsprechend dem Merkblatt Sichtbeton, Fassung August 2004, Eigenverlag Deutscher Beton- und Bautechnik- Verein e. V. und Bundesverband der Deutschen Zementindustrie e. V. so zusammengesetzt sein, dass die Konsistenz und das Größtkorn dem Einbauverfahren und der Bauteilgeometrie angepasst sind. In der Praxis haben sich folgende Maßnahmen bewährt:
Erhöhter Mehlkorngehalt zur Minderung der Sedimentationsneigung und Wasserabsonderungen,
Erhöhter Leim- bzw. Mörtelgehalt
Begrenzung des w/z- Wertes auf maximal 0,55,
Konsistenzen im Bereich F3 (entsprechend DIN EN 206) und
Einsatz robuster Betone.
In der Praxis werden unterschiedlichste Betonzusatzmittel zur Beeinflussung von Eigenschaften des Betons verwendet. Der Volumenanteil der Betonzusatzmittel ist im Allgemeinen klein. Als Beispiele von Betonzusatzmitteln seien genannt Betonverflüssiger (BV) sowie Fließmittel (FM), Luftporenbildner (LP), Dichtungsmittel (DM), Verzögerer (VZ) zur Verzögerung des Erstarrens, Beschleuniger (BE) zur Beschleunigung des Erstarrens und/oder des Härtens, Einpresshilfen (EH), Stabilisierer (ST), Recyclinghilfen für Waschwasser (RH), Recyclinghilfen für Restbeton (RB), Chromatreduzierer (CR), Schaumbildner (SB), Sedi- mentationsreduzierer (SR) und Schwindreduzierer.
Auf die Innenseite einer Schalung können vor dem Einbringen des zunächst fließfähigen Betons Trennmittel aufgebracht werden, die den Verbund zwischen dem erhärtenden Beton und der Schalungsoberfläche verringern, um Abrisse an der Betonoberfläche bei Abnahme der Schalung zu verhindern. Die Wirkungsweise der Trennmittel kann chemisch und/oder physikalisch sein.
Zur Herstellung von Beton werden unterschiedliche Zemente verwendet, die den Anforderungen nach DIN EN 197 für Normalzement entsprechen und darüber hinaus zusätzliche Eigenschaften entsprechend DIN 1 164 (Stand 2001) aufweisen. Unter anderem wird zwischen folgenden Zementen unterschieden:
Normalzement mit hohem Sulfatwiderstand (HS),
Zement mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt (NA),
Zement mit verkürztem Erstarren (FE/SE),
Zement mit erhöhtem Anteil an organischen Bestandteilen (HO),
Weiter gibt es Sonderzemente mit sehr niedriger Hydratationswärme (NW) nach DIN EN 14216, C3A-freie Zemente nach DIN EN ISO 10426-1 oder nicht normativ geregelte Sonderzemente, wie z. B. Weißzement.
Ein Problem von Sichtbetonoberflächen liegt darin, dass trotz hohem planerischen und aus- führungstechnischen Aufwand Dunkelverfärbungen auftreten, die das optische Erscheinungsbild der Sichtbetonfläche maßgeblich beeinträchtigen.
Die beigefügte einzige Figur verdeutlicht das Problem anhand von 6 Ansichten, wobei jeweils ein einwandfreier, unverfärbter heller Bereich (linke Spalte der Ansichten) mit einem dunkel verfärbten Bereich verglichen ist. Die oberste Zeile vergleicht fotografische Ansichten der Oberfläche. Die mittlere Zeile vergleicht rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Oberflächen und die unterste Zeile vergleicht rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen des Gefüges (Schnitt durch die Sichtbetonoberfläche). Das Phänomen der fleckigen Dunkelverfärbungen besteht in einer Ansammlung lokal begrenzter, dunkler Verfärbungen mit einer Größenordnung von wenigen mm2 auf großen Flächenanteilen auf einer ursprünglich gleichmäßig hellen Sichtbetonoberfläche. Die dunkel verfärbten Bereiche sind durch eine Verdichtung des oberflächennahen Gefüges gekennzeichnet, in der die Porigkeit der Zementsteinmatrix deutlich geringer ist. Die rasterelektro- nenmikroskopischen Aufnahmen zeigen außerdem, dass die Oberfläche der dunkel verfärbten Bereiche eine im Vergleich zu den unverfärbten Bereichen ebenere Struktur aufweist, wobei die Poren in den rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen dunkel erscheinen.
Dunkelverfärbungen werden insbesondere unter winterlichen Bedingungen beobachtet. Möglicherweise kommt es aufgrund der unter winterlichen Bedingungen vorhandenen niedrigeren Temperaturen und hohen Luftfeuchtigkeiten, der geringeren Verdunstungsraten, der geringeren Frischbetontemperaturen (Temperaturen des fließfähigen Betons), veränderter Hydratationskinetik sowie verzögerter Gefügeausbildung und veränderter Transportmechanismen zu einer Erhöhung des Calciumgehaltes in der Porenlösung und zu einer Verlagerung der Verdunstungsfront an die Betonoberfläche. Die Folge ist eine Anreicherung calciumhaltiger Mineralphasen im oberflächennahen Bereich, die zu der Verdichtung des Gefüges und den daraus resultierenden Dunkelverfärbungen führen.
Für eine Verminderung der Dunkelverfärbungen an Sichtbetonoberflächen wird bisher versucht, die Verdunstungsrate an der Betonoberfläche und/oder den Hydratationsgrad des Betons zum Ausschalzeitpunkt zu erhöhen. Dies ist nur durch finanziell aufwändige Nachbehandlungsmaßnahmen, wie vorgehängte Folien mit zirkulierender Warmluft, Erwärmung des Betons während der Schalphase oder Verlängerung der Schalfristen möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine einfach durchführbare und kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, mit der das Auftreten von fleckigen Dunkelverfarbungen an Sichtbetonoberflächen zuverlässig vermindert oder ganz verhindert werden kann.
Eine erste Lösung dieser Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 erzielt.
Gemäß dem Anspruch 2 enthalten die Anionen des Verfärbungsminderungsmittels vorteilhafterweise Hydroxyl-, Sulfat- oder Carbonationen. Gemäß dem Anspruch 3 enthält das Verfärbungsminderungsmittel vorteilhafterweise Na2S04 und/oder K2S04.
Der Anspruch 4 ist auf vorteilhafte Alkaligehalte des Anmachwassers gerichtet, sofern das Verfärbungsminderungsmittel dem Anmachwasser zugesetzt wird.
Der Anspruch 5 kennzeichnet vorteilhafte Alkaligehalte, wenn das Verfärbungsminderungsmittel unmittelbar auf eine Oberfläche einer Schalung aufgebracht wird.
Gemäß dem Anspruch 6 ist es vorteilhaft, das Verfärbungsminderungsmittel zusammen mit einem Trennmittel auf die Schalung aufzutragen.
Gemäß dem Anspruch 7 wird dem Beton und/oder dem Zement vorteilhafterweise ein Erstarrungsregler zugemischt.
Der Anspruch 8 ist auf eine Fertigmischung gerichtet, mit der die der Erfindung zugrunde liegende Problematik gelöst wird.
Die Ansprüche 9 und 10 kennzeichnen vorteilhaft verwendete Verfärbungsminderungsmittel.
Der Anspruch 11 ist auf vorteilhafte Zusammensetzungen der Fertigmischung gerichtet.
Gemäß dem Anspruch 12 können einem zum Herstellen von für die Zubereitung von Sichtbeton geeignetem Zement während des Brennvorgangs oder während des Mahlvorgangs oder in einem separaten Schritt leicht lösliche Alkalien zugemischt werden, damit unter Verwendung dieses Zements hergestellter Sichtbeton keine oder zumindest weniger fleckige Dunkelverfärbungen zeigt.
Wenn ein Zement mit einem Na20-Äquivalent von mindestens 0,7 M.-% verwendet wird, sind Dunkelverfärbungen an daraus hergestelltem Beton zumindest weitgehend unterdrückt.
Eine unter Verwendung eines Zements mit einem Na20-Äquivalent von mindestens 0,7 M.- % hergestellte Fertigmischung enthält vorteilhafterweise einige Gesteinskörnungen und gegebenenfalls Zusatzstoffe und/oder Zusatzmittel. Dem Auftreten fleckiger Dunkelverfarbungen kann aufgrund von zwei Maßnahmen entgegengewirkt werden, die alleine oder in Kombination angewendet werden können:
1. Dem fließfähigen Sichtbeton wird zumindest in dem Bereich, der nach dem Aushärten die Sichtbetonoberfläche bildet, ein Verfärbungsminderungsmittel zugesetzt. Dies kann geschehen, in dem das Verfärbungsminderungsmittel der fließfähigen Betonmischung insgesamt zugemischt wird oder nur dem Oberflächenbereich, der die spätere Sichtfläche bildet. Alternativ ist es auch möglich, die Schalungsoberfläche, die die Gestalt der späteren Sichtbetonoberfläche bestimmt, vor dem Einbau des Frischbetons mit dem Verfärbungsminderungsmittel zu beschichten, wobei das Verfärbungsminderungsmittel separat aufgebracht werden kann oder einem Trennmittel zugesetzt wird. Die Wirkung des Verfärbungsminde- rungsmittels beruht möglicherweise auf der Reduzierung des Calciumgehaltes der Porenlösung, ohne dabei die Hydratationsreaktion sowie die Verarbeitbarkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften nachteilig zu beeinflussen.
Als fließfahige Betonmischung kann jedwelche für Sichtbeton übliche Betonmischung verwendet werden, wobei die Gesteinskörnung beispielsweise Sand, Kies oder Splitt geeigneter Körnung sein kann, üblicher Zement verwendet wird und die eingangs geschilderten Betonzusatzmittel vorhanden sein können.
Das Verfärbungsminderungsmittel enthält als Wirkstoffe Kationen der Alkalimetalle in Verbindung mit anorganischen und organischen Anionen, bzw. Hydroxyl-, Sulfat-, oder Carbo- nationen. Das Verfärbungsminderungsmittel kann beispielsweise Na2S04 und/oder K2SO4 enthalten.
2. Ergänzend und/oder zusätzlich zu dem, dem Sichtbeton vor oder nach der Wasserzugabe beigemischten Verfärbungsminderungsmittel kann ein Zement verwendet werden, der aufgrund seines Alkalisulfatgehaltes der Entstehung von Dunkelverfärbungen entgegenwirkt. Ein Alkalisulfatgehalt des Zements ist durch den natürlichen Alkaligehalt der Ausgangsstoffe, wie Kalkstein, Ton, Sand festgelegt. Der für die Vermeidung von Dunkelverfarbungen erforderliche Alkalisulfatgehalt kann durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt während der Zementherstellung erreicht werden. Dabei werden dem Zementpulver leicht lösliche Alkalien und gegebenenfalls Erstarrungsregler oder Zusatzmittel zur Einstellung der Verarbeitungsei- genschaften zugegeben. Dies kann während des Brennvorgangs, während des Mahlvorgangs oder auch als ein separater Verfahrensschritt erfolgen. Der Zement weist vorteilhafterweise ein Na20-Äquivalent von mindestens 0,7 M.-% auf, wobei das Na20-Äquivalent definiert ist durch:
Na20-Äquivalent [M.-%] = Na20 [M.-%] + 0,658 x K20 [M.-%]
Der erfindungsgemäße Zement mit dem vorbestimmten Alkalisulfatgehalt bewirkt eine verminderte Löslichkeit des Calciums in der Zement- Wasser-Suspension in Folge des erhöhten Alkaligehalts, was zu einem verringerten Calciumgehalt in der Porenlösung führt.
Durch Zugabe des Verfarbungsminderungsmittels als Betonzusatzmittel zu einer üblichen fließfähigen Betonmischung für Sichtbeton oder als Applikation auf die Schalung und/oder durch Verwendung eines Zements mit erhöhtem Alkaligehalt ist es möglich, Sichtbetonoberflächen herzustellen, die ohne fleckige Dunkelverfärbungen bleiben. Die Erfindung ist vielfältig anwendbar, beispielsweise für Ortbeton, Transportbeton, Betonfertigteile, Betonwaren usw.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Vermindern des Auftretens fleckiger Dunkelverfarbungen an Sichtbe- tonoberflächen, bei welchem Verfahren
dem Sichtbeton vor dessen Aushärten zumindest in seinem nach dem Aushärten die Sichtbetonoberfläche bildenden Bereich ein Verfarbungsminderungsmittel zugegeben wird, das Kationen von Alkalimetallen und anorganische und/oder organische Anionen enthält, und/oder
zur Herstellung zumindest des nach dem Aushärten die Sichtbetonoberfläche bildenden Bereiches des Sichtbetons ein Zement mit einem Na20-Äquivalent von mindestens 0,7 M.-%, verwendet wird, wobei das Na20-Äquivalent durch Zugabe von Alkalisulfat erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anionen Hydroxyl-, Sulfat- oder Carbonatio- nen enthalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfarbungsminderungsmittel Na2S04 und/oder K2S04 enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfarbungsminderungsmittel zumindest dem die spätere Sichtbetonoberfläche bildenden Bereich des Sichtbetons in einer Menge zwischen 50 und 500 mmol Alkalien je Liter Anmach wasser, bevorzugt zwischen 50 und 250 mmol Alkalien je Liter Anmachwasser zugemischt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfarbungsminderungsmittel vor dem Einbau des Sichtbetons auf eine Oberfläche einer Schalung, die die Gegenfläche der Sichtbetonoberfläche bildet, in einer Menge zwischen 20 und 200 mmol Alkalien je m Schalfläche, bevorzugt zwischen 20 und 75 mmol Alkalien je m2 Schalfläche aufgetragen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfärbungsminderungsmittel zusammen mit einem Trennmittel auf die Schalung aufgetragen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dem Sichtbeton und/oder dem Zement ein Erstarrungsregler zugemischt wird.
8. Fertigmischung, die mit Wasser angerührt zu Beton aushärtet, enthaltend Gesteinskörnung, Zement, gegebenenfalls Zusatzstoffe und/oder Zusatzmittel und ein Verfärbungs- minderungsmittel mit Kationen von Alkalimetallen und anorganischen und/oder organischen Anionen.
9. Fertigmischung nach Anspruch 8, wobei das Verfärbungsminderungsmittel als Anionen Hydroxyl-, Sulfat- oder Carbonationen enthält.
10. Fertigmischung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Verfärbungsminderungsmittel Na2S04 und/oder K2S04 enthält.
1 1. Fertigmischung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die trockene Mischung 10 bis 25 Gew.-% Zement, 65 bis 90 Gew.-% Gesteinskörnung, Zusatzstoffe und 0,05 bis 0,4 Gew.-% Verfärbungsminderungsmittel enthält.
12. Verfahren zum Herstellen von für die Zubereitung von Sichtbeton geeignetem Zement, wobei dem Zement während des Brennvorgangs oder während des Mahlvorgangs oder in einem separaten Schritt leichtlösliche Alkalien zugemischt werden.
13. Zement zur Herstellung von Beton, welcher Zement durch Zugabe löslicher Alkalien ein Na20-Äquivalent von mindestens 0,7 M.-%, aufweist.
14. Fertigmischung, die mit Wasser angerührt zu Beton aushärtet, enthaltend einen Zement nach Anspruch 13, Gesteinskörnung und gegebenenfalls Zusatzstoffe und/oder Zusatzmittel.
PCT/EP2011/004778 2010-10-08 2011-09-23 Verfahren zum vermindern von dunkelverfärbungen an sichtbetonoberflächen, zu beton aushärtende fertigmischung sowie zement zur herstellung von beton WO2012045401A1 (de)

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