DE19735063A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von umhüllten Zuschlagstoffen für Konstruktionsbeton zur Verbesserung der Frisch- und/oder Festbetoneigenschaften - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von umhüllten Zuschlagstoffen für Konstruktionsbeton zur Verbesserung der Frisch- und/oder FestbetoneigenschaftenInfo
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Description
Konstruktionsbetone zeichnen sich durch hohe Festigkeiten und
eine gute Dauerhaftigkeit aus. Als Betonzuschlag kommt dabei
ein Gemenge aus gebrochenen oder ungebrochenen, gleich oder
verschieden großen Körnern, natürlicher oder künstlicher
Herkunft zum Einsatz, der in Sonderfällen auch aus Metall
oder aus organischen Stoffen besteht. In den nationalen und
internationalen Normen wird dabei zwischen Betonzuschlag mit
dichtem Gefüge und Betonzuschlag mit porigem Gefüge
unterschieden.
Am häufigsten wird im konstruktiven Ingenieurbau
Betonzuschlag mit dichtem Gefüge verwendet, mit dem bei
geeigneter Betonrezeptur hohe Festigkeiten und eine günstige
Dauerhaftigkeit erreicht werden kann. Voraussetzung ist aber,
daß der Frischbeton ein gutes Zusammenhaltevermögen besitzt
und so verarbeitbar ist, daß er ohne wesentliche
Entmischungen gefördert, an der Einbaustelle auch bei dichter
Bewehrungsanordnung eingebracht und praktisch vollständig
verdichtet werden kann. Die Verarbeitbarkeit des Frischbetons
hängt dabei von der Betonzusammensetzung, insbesondere vom
Wassergehalt des Betons, von evtl. verwendeten Zusatzmitteln,
von Feinheit und Menge der Feinstoffe sowie von Art und
Kornzusammensetzung des Betonzuschlags. Das Verhalten des
erhärteten Konstruktionsbetons wird von den Eigenschaften des
Betonzuschlags und des hydratisierten Zementsteins geprägt.
Für die mechanischen Eigenschaften des Betons bezeichnend
ist, daß schon der unbelastete Normalbeton in der Kontaktzone
zwischen Zementstein und Zuschlag Mikrorisse aufweist. Die
Bildung der Mikrorisse kann auf die Behinderung der
Schwindverformung des Zementsteins durch die volumenstabilen
Zuschläge aus dichtem Gefüge zurückgeführt werden. Wegen der
geringen Verbundfestigkeit beginnen bei einer Belastung des
Betons in Höhe von etwa 40% der Druckfestigkeit die bereits
vorhanden Rissen zu wachsen. Die Betonfestigkeit wird bei
weiterer Laststeigerung erreicht, sobald die Mikrorisse eine
kritische Länge annehmen. Folglich ist für die Festigkeit
und das Bruchverhalten der Betone die Verbundfestigkeit
zwischen Zuschlag und Zementstein mitverantwortlich.
Neben Zuschlag aus dichtem Gefüge findet im Betonbau auch
Zuschlag mit porigem Gefüge Verwendung, der meist eine
deutlich geringere Kornrohdichte hat und in erster Linie zur
Herstellung von Konstruktionsleichtbetonen eingesetzt wird.
Gefügedichte Konstruktionsleichtbetone zeichnen sich durch
technisch vorteilhaft nutzbare Eigenschaften (hohe
Wärmedämmwirkung, geringe Rohdichte und günstiges Verhältnis
von Druckfestigkeit zu Rohdichte) aus, die diesem Baustoff
zahlreiche Einsatzmöglichkeiten im konstruktiven Ingenieurbau
bieten. Seit wenigen Jahren wird darüber hinaus angestrebt,
hochfeste Leichtbetone im Ingenieurbau zu verwenden, da durch
die im Vergleich zu Normalbetonen geringeren
Konstruktionsgewichte in Verbindung mit hohen Festigkeiten
eine erhebliche Einsparung an Spann- und Bewehrungsstählen
möglich wird. Zudem kann der Aufwand im Schalungsbau deutlich
reduziert werden. Auch der geringe Aufwand bei der Gründung
von Bauwerken aus Leichtbeton als Folge der Reduzierung des
Konstruktionsgewichtes kann zu erheblichen Kosteneinsparungen
führen.
Neben den höheren Kosten für die Leichtzuschlagstoffe, die
jedoch aufgrund des verminderten Eigengewichts der
Konstruktionsleichtbetone durch Einsparungen an
erforderlichem Bewehrungsstahl, bei den erforderlichen
Gründungsmaßnahmen und beim Transport daraus hergestellter
Bauteile ausgeglichen werden können, sind vor allem die
erheblichen Schwierigkeiten beim Verarbeiten des Frischbetons
zu nennen, die die Verwendung gefügedichter Leichtbetone im
konstruktiven Ingenieurbau begrenzen. Bedingt durch das
Wasseraufnahmevermögen der offenporigen Leichtzuschläge tritt
während des Mischens, Förderns und Einbaus der Leichtbetone
eine Veränderung der Frischbetonkonsistenz auf. Der Entzug
von Teilen des Anmachwassers ist beim Fördern mit Betonpumpen
besonders signifikant, da neben den Kapillarkräften auch der
Pumpendruck einen Großteil des Anmachwassers in die Poren der
Leichtzuschläge einpreßt.
Zur Vermeidung der Konsistenzänderung werden die
Leichtzuschläge im Zuge der Herstellung des Frischbetons
meist vorgenäßt. Damit soll dem Bestreben der Zuschläge,
Anmachwasser in ihr Porengefüge aufzunehmen, begegnet werden.
Allerdings läßt sich bei dieser Vorgehensweise der
Wasserzementwert nicht mehr exakt definieren, wie es aber
gerade im Hinblick auf möglichst hohe Festigkeiten der
Konstruktionsleichtbetone erforderlich wäre. Kann der
vorgenäßte Leichtbeton auf der Baustelle im Krankübel zumeist
noch in befriedigender Weise zum Einbauort gefördert werden,
so ist ein Pumpen des Frischbetons bislang nicht möglich.
Aufgrund der während des Pumpens auftretenden Förderdrücke
(bis 50 bar, bei größerer Förderweite und -höhen u. U. sogar
deutlich höhere Drücke) wird während der Verweilzeit des
Frischbetons in der Pumpleitung (ca. 1 Minute) das
Anmachwasser des Frischbetons nahezu vollständig in die
offenporigen Leichtzuschläge eingepreßt. Verstopfungen im
Pumpleitungssystem und Entmischungen des Frischbetons sind
die Folge.
Ähnlich problematisch erweist sich die Verwendung von
gebrochenen Zuschlägen aus dem Rückbau von Bauwerken. Hier
fallen große Mengen an mineralischem Bauschutt an, der
bislang zum größten Teil deponiert wird und nur in geringem
Umfang bei untergeordneten Bauaufgaben wieder Verwendung
findet. Eine Wiederverwertung von gebrochenen Zuschlägen aus
Abbruchmaterial für die Herstellung von Konstruktionsbeton
ist bislang auf Einzelfälle beschränkt, da die gebrochenen
Zuschlagsmaterialien eine zumindest teilweise offenporige
Struktur aufweisen, die gleich den Leichtzuschlagstoffen dem
Frischbeton Teile des Anmachwassers entziehen. Das
Wasseraufnahmebestreben der Abbruchmaterialien wirkt sich
somit analog den Leichtzuschlägen ungünstig auf die Frisch- und
Festbetoneigenschaften aus.
Bereits in den Merkblättern zur Herstellung und Verarbeitung
von Leichtbetonen im Jahr 1974 (Merkblatt II und III für
Leichtbeton und Stahlleichtbeton mit geschlossenem Gefüge.
In: Beton 24 H. 7, S. 268-269 und H. 8, S. 297-302, 1974)
wurde auf die Probleme der Pumpförderung von Leichtbetonen
hingewiesen. Im Hinblick auf die zeitlichen, räumlichen und
wirtschaftlichen Vorteile dieser Technik wurden seither
verschiedenste Versuche unternommen, um diese Probleme zu
beseitigen (Zusammenfassende Darstellung des Standes der
Technik bis zum Jahr 1975 von B. Schulz: Erfahrungen beim
Pumpen von Leichtbeton. In: Beton 25 H. 3, S. 86/91, 1975).
So wurde u. a. die Kornoberfläche von Blähtonzuschlägen durch
Überbrennen mit einer glasigen, wasserundurchlässigen Schicht
versehen. Verfahrenstechnisch ist dieser Vorgang jedoch kaum
zu kontrollieren und führt zudem zu starken Verklebungen der
Zuschläge untereinander. Die Beschichtung mit
Kunststoffdispersionen erwies sich ebenfalls als wenig
brauchbar, da einerseits der schlechte Verbund und
andererseits die Beschädigung und das Abfallen der
Umhüllungen während des Umschlagens der Zuschläge zu
kontrollierbaren Anreicherungen von Kunststoffhüllen im
Konstruktionsleichtbeton führen. Auch die Imprägnierung bzw.
Hydrophobierung der Leichtzuschläge konnte der hohen
Feuchteaufnahme des Leichtbetons während des Einwirkens des
Pumpförderdrucks nicht entgegenwirken. Alleine eine Wasser-
Vorsättigung der Leichtzuschläge führt zu geringeren
Entmischungen des Frischbetons. Doch werden durch die
Wasseraufnahme der Leichtzuschläge deutlich höhere Rohdichten
des Frischbetons und zunächst des Festbetons erreicht. Neben
dem Verlust der günstigen Wärmedämmwirkung muß folglich mit
deutlich höheren Bauteilgewichten gerechnet werden. Selbst in
den vom Verband der Leichtzuschlagstoffherstellern
veröffentlichten Informationen zum Herstellen und Verarbeiten
von gefügedichten Leichtbetonen im konstruktiven Ingenieurbau
finden sich bislang keine Hinweise zur Verbesserung der
Pumpförderung (z. B. Übersichtsbeitrag H. Schnabel; J.
Spitzner: Gefügedichter Leichtbeton und Stahlleichtbeton. In:
Betonfertigteiltechnik 1992. S. Smeplass; A. Hammer; M.
Sandvik: Production of Structural High Strength LWAC with
Initially Dry Aggregates. In: Tagungsband des
Leichtbetonsymposiums in Sandefjord, Norwegen, 1995).
Alle bisher bekannten Maßnahmen führen also entweder nicht zu
der gewünschten Verbesserung des Feuchteverhaltens der
Zuschläge und/oder sie sind verfahrenstechnisch nur schwer
realisierbar und/oder sie sind unwirtschaftlich, d. h. sie
würden zu gesteigerten Herstellungskosten führen, deren Höhe
durch die erzielten technischen Vorzüge wirtschaftlich nicht
kompensiert werden kann.
Dies gilt auch in Verbindung mit den aus der Patentliteratur
bekannten Leichtbetonzuschlagstoffen bzw. beschichteten
Zuschlägen.
Aus der DD-PS 208 142 ist ein Verfahren zur Herstellung von
Leichtbetonbauelemente bekannt, gemäß dem unter Verwendung
der Aufbauagglomeration Granalien aus Braunkohlenasche,
Wasser und gegebenenfalls Zement hergestellt werden. Die
Umhüllung der Granalien erfolgt mittels Zement - allerdings
durch Pudern und es dürfte ohne weiteres einsichtig sein, daß
auf diese Weise keine dünne, kompakte und dichte Schicht also
keine sinnvolle Umhüllung der Zuschläge zur Verwendung in
Konstruktionsbetonen hergestellt werden kann.
In der DE 26 23 378 A1 ist ein Verfahren zur Vorbehandlung
eines Beton-/Leichtbeton-Zuschlagstoffs offenbart, gemäß der
eine Umhüllung von Zuschlägen mit einer zementgebundenen
Schicht unter Vorgabe von Additiven verifiziert wird. Das
Verfahren ist durch folgende Merkmale charakterisiert: Es
basiert auf einem gewöhnlichen Freifallmischer, mit dem von
vornherein keine kompakte dichte Umhüllung realisiert werden
kann. Fernen ist ein hoher Wasserzementwert erforderlich, um
eine gute Homogenisierung des Gemisches zu ermöglichen, womit
dann jedoch eine relativ geringe Verbundfestigkeit und eine
geringe Festigkeit und Dichtigkeit der Umhüllung verbunden
ist. Ganz generell gilt, daß im Freifallmischer geeignete
Umhüllungen hinsichtlich Schichtdicke, Zusammensetzung und
Dichtheit ohne weitere technologische Fortentwicklung und den
Einbau von zusätzlichen Prallblechen etc. nicht mit den
erforderlichen Eigenschaften realisiert werden können.
Die FR 2 664 262 A1 offenbart die Herstellung eines
Leichtzuschlagstoffs aus hölzernen Ausgangsstoffen
unterschiedlicher Größe (zum Beispiel Sägemehl, Sägespäne und
Rindenstücken). Dabei werden die zuvor konservierten
hölzernen Bestandteile in einem Mischer in eine dünnflüssige
Schlämme eingegeben. Die in dem Anmachwasser dispergierten
Zementpartikel lagern sich an den Holzoberflächen an und
verkleben nach der Hydratation der Zementpartikel die
kleineren Teilchen mit den Holzspänen und Rindenstücken, so
daß ein niederfester Leichtzuschlagstoff entsteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Umhüllung von Zuschlägen aus dichtem und
porigem Gefüge und damit Zuschläge per se zu schaffen, mit
denen die vorgenannten Nachteile vermieden werden und mit dem
die Herstellung von Konstruktionsbetonen des Ingenieurbaus
mit Zuschlägen aus porigem Gefüge ermöglicht wird, die als
Massenbaustoff eingesetzt werden können und verbesserte
Eigenschaften des Frisch- und Festbeton sicherstellen. Zudem
können Betone aus offenporigen Zuschlägen, insbesondere
hochporöse Leichtzuschläge, damit zukünftig auf der Baustelle
mit bauüblichen Betonpumpen gefördert werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ist durch die Merkmale der
Patentansprüche charakterisiert.
Die erfindungsgemäße zementgebundene Umhüllung hemmt
beziehungsweise verhindert zum einen das Eindringen des
Anmachwassers in das Porengefüge von Leichtzuschlägen sowie
von offenporigen Recyclingzuschlägen und fördert zum anderen
den Verbund zwischen Kornoberfläche des Zuschlags und der
umgebenen Feinmörtelmatrix. Damit geht zum einen der Vorteil
einher, daß dem Frischbeton weder beim Mischen noch während
des Transports zur Baustelle, weder beim Fördern und Pumpen
auf der Baustelle noch beim Einbringen in die Schalung
größere Mengen an Anmachwasser durch kapillares Saugen oder
durch die Druckeinwirkung von den offenporigen Zuschläge
entzogen werden. Damit kann eine Entmischung des Frischbetons
unterbunden werden. Die Frischbetoneigenschaften der mit
umhüllten offenporigen Zuschlägen hergestellten
Konstruktionsbetone entsprechen folglich denen von
Frischbetonen aus Normalzuschlägen. Die für
Konstruktionsbetone aus Normalzuschlägen bekannte Beziehung
zwischen Wasserzementwert und Betonfestigkeit etc. kann somit
weitgehend auch auf gefügedichte Leichtbetone als auch auf
Betone aus Recyclingzuschlägen übertragen werden. Ebenso
entfalten Betonzusatzmittel ihre Wirkung damit auch bei
Betonen aus offenporigen Zuschlägen in der gleichen Weise wie
dies von Normalbetonen bekannt ist. Anforderungen der
Bauindustrie an einen baustellengerechten und pumpfähigen
Frischbeton können durch die Verwendung von umhüllten
offenporigen Zuschlagstoffen erfüllt werden. Durch die
Umhüllung erhöht sich zudem die Festigkeit eines erhärteten
Konstruktionsbeton aus offenporigen Zuschlägen. Durch Vorgabe
eines gezielt einstellbaren Wasserzementwertes können
folglich selbst mit umhüllten Leichtzuschlagstoffen hochfeste
Konstruktionsleichtbetone hergestellt werden.
Konstruktionsbetone aus Zuschlag mit porigem Gefüge können
somit problemlos für die Erstellung aller Ingenieurbauwerke,
beispielsweise von Hochhäusern, Hallen, Brücken, Off-Shore-
Konstruktionen, Verwendung finden, da die abdichtende
zementgebundene Umhüllung einerseits eine wirtschaftliche
Förderung des Frischbetons ohne Beeinträchtigung der
Frischbetoneigenschaften ermöglicht und andererseits die
Einhaltung einer definierten Rohdichte im frischen und
erhärteten Zustand und gezielte Festigkeiten sicherstellt,
die gerade für die Planung und statische Bemessung von
Ingenieurbauten bekannt und vorhersagbar sein sollten.
Mit der Umhüllung von Zuschlagstoffen können aber noch
zahlreiche andere Betoneigenschaften verbessert werden.
So kann durch das geringe Wasseraufnahmevermögen von
umhüllten offenporigen Zuschlagstoffen das Brandverhalten des
Betons deutlich gegenüber einem gleichartigen Beton aus
unumhüllte Zuschläge verbessert werden. Das von den
unumhüllten offenporigen Zuschlägen während des Mischens bis
hin zum Ansteifen des Frischbetons aufgesogene Anmachwasser
kann nach der Erhärtung der Zementmörtelmatrix aufgrund der
dichten Matrix nur langsam wieder an die Umgebung abgeführt
werden. Im Brandfall führt das in den offenporigen Zuschlägen
befindliche Wasser zu hohen Dampfdrücken, die Absprengungen
und Abplatzungen in den äußeren Bauteilschichten bewirken. Da
mit der erfindungsgemäßen Umhüllung dem
Wasseraufnahmebestreben des Zuschlags entgegengetreten wird,
kann der Brandschutz des Konstruktionsbetons deutlich
verbessert werden.
Die Umhüllung der Zuschläge bewirkt aber nicht nur eine
Abdichtung der Kornoberfläche, sondern kann auch den Verbund
zwischen Zuschlag und Zementmörtelmatrix deutlich verbessern.
So ist aus wissenschaftlichen Mikrostrukturuntersuchungen
bekannt, daß die Kontaktzone zwischen Normalzuschlag und
Zementstein aus einem mehrschichtigen System besteht. Direkt
an der Zuschlagoberfläche haftet eine dichte, 2-3 µm dicke
Kontaktschicht aus Calciumhydroxid. Darüber schließt eine
dichte, 5-10 µm dicke Zwischenschicht an, die durch ein
hohlraumreiches Gefüge gekennzeichnet ist. Neben
tafelförmigen Calciumhydroxidkristallen und nadeligen
Ettringitkristallen finden sich hier auch
Calciumsilicathydrat. Die großen Calciumhydroxidkristalle
sind mit der Kontaktzone verwachsen. Die Zwischenschicht
weist in den darüber befindlichen Bereichen, im sogenannten
Übergangsbereich mit einer Dicke von 5-10 µm, eine
Strukturverdichtung aus Calciumsilicathydrat und
Calciumhydroxid auf. Hier wird die Struktur der
Zwischenschicht immer mehr der Struktur des Zementsteins
ähnlicher.
Entsprechend der Mikrostruktur des Verbundbereichs von
Zuschlag und Betonmatrix liegt die größte Schwachstelle des
Systems im Bereich der Kontaktzone, in der sich infolge des
Schwindbestrebens des Zementsteins dann auch während der
Erhärtung Mikrorisse bilden, die Auslöser für ein weiteres
Rißwachstum bei einer Belastung des Betons sind und damit die
Festigkeit und das Bruchverhalten des Betons bestimmen. Mit
der erfindungsgemäßen Umhüllung von Zuschlägen kann die
Ausbildung der Kontaktzone des Zuschlags jedoch erheblich
beeinflußt werden. So konnten bereits Hilsdorf und Ziegeldorf
(Einfluß der Zuschlagkontaktzonen auf die mechanischen
Eigenschaften von Beton, Institut für Massivbau und
Baustofftechnologie, Universität Karlsruhe, 1978)
feststellen, daß bei einem mit Kunststoffdispersion
modifiziertem Zementstein eine Steigerung der
Kontaktzonenfestigkeit erreicht werden kann, die auch zu
einer Festigkeitssteigerung des Betons führt. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren zur Umhüllung von Zuschlägen mit
dichtem und porigem Gefüge können alle möglichen Zusätze, die
sich günstig auf die Kontaktzonenfestigkeit auswirken,
eingesetzt werden, wobei die Verbesserung gezielt auf die
direkte Kornoberfläche des Zuschlags beschränkt werden kann
und damit einen guten Verbund zwischen Zuschlag und Umhüllung
sicherstellt. Durch Zugabe von geeigneten
Kunststoffdispersionen kann folglich auch die Kontaktzone des
Verbundbereichs zwischen Kornoberfläche und Umhüllung gezielt
optimiert werden. Ein optimaler Verbund zwischen Umhüllung
und Zementmörtelmatrix wird durch das hohe
Nacherhärtungspotential der zementgebundenen Umhüllung beim
Kontakt mit dem Anmachwasser des Frischbetons erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur auf die
Beschichtung bzw. Umhüllung von zementgebundenen Substanzen
beschränkt. Es ist auch möglich, andere Materialien,
insbesondere Metalle, Farbpigmente etc. aufzubringen, die
erlauben einen Beton mit besonderen Eigenschaften
herzustellen, der weitere Einsatzmöglichkeiten von Zuschlägen
aus dichtem oder porigem Gefüge erlaubt. Beispielsweise kann
durch Einsatz von wärmeleitfähigen Zusatzstoffen bei der
Umhüllung des Leichtzuschlags ein Leichtbeton mit guter
Wärmeleitfähigkeit geschaffen werden, der insbesondere als
Estrich bei Fußbodenheizungen große Vorteile bieten würde.
Durch die Zugabe elektrisch leitfähiger Zusatzstoffe bei der
Umhüllung von Zuschlägen aus dichtem und porigem Gefüge kann
zudem ein elektrostatisch geeigneter Fußbodenestrich,
beispielsweise für die elektrotechnische und chemische
Industrie, hergestellt werden. Generell können all jene
Zusatzstoffe in der Umhüllung eingebunden werden, mit denen
die Eigenschaften eines Betons günstig beeinflußt werden
können.
Zur Umhüllung der Betonzuschläge werden Ausgangsstoffe
eingesetzt, eine Mischung aus Zementen, Betonzusatzmittel
und/oder Betonzusatzstoffe die identisch und damit völlig
verträglich mit den bei der Herstellung von Betonen
verwendeten Materialien der Betonmatrix sind. Die Folge davon
ist ein verbessertes Verbundverhalten zwischen Zuschlagkorn
und Mörtelmatrix des Betons, so daß ein günstigeres
Festigkeits- und Bruchverhalten der aus umhüllten Zuschlägen
hergestellten Betone erreicht werden kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß beim
Umhüllungsvorgang eine geringere Wassermenge eingesetzt wird,
als für die vollständige Hydratation des für die Umhüllung
eingesetzten Zementes benötigt wird. Daher verfügt die
Umhüllung über ein Nacherhärtungspotential, das einen
optimalen Verband zwischen umhülltem Leichtzuschlag und
Zementmörtelmatrix des Betons sicherstellt. Zudem kann auch
der Verbund in der Kontaktzone der Kornoberfläche des
Zuschlags und der zementgebundenen Umhüllungsschicht durch
Zugabe geeigneter Stoffe beim Umhüllungsvorgang erheblich
gegenüber dem normalen Verbund von Zuschlag und Zementmörtel
verbessert werden. Bisherige Untersuchungen an Leichtbetonen
führten bereits zu einer Steigerung der Druckfestigkeit um
mehr als 30% gegenüber einem Leichtbeton der gleichen
Mischungszusammensetzung, aber mit unumhüllten
Zuschlagkörnern. Auch bei Betonen aus Zuschlägen mit dichtem
Gefüge können Festigkeitssteigerungen durch eine Verbesserung
der Verbundzone zwischen Kornoberfläche und
Zementmörtelmatrix erreicht werden. Zudem stellt sich die an
der Kornoberfläche im Beton zu beobachtende Mikrorißbildung
entlang der Korngrenzen in deutlich geringerem Ausmaße ein,
wenn ein umhüllter Zuschlag unter Einsatz von
Kunststoffdispersionen verwendet wird, daß zu einem
günstigeren Festigkeitsverhalten des Konstruktionsbetons
führt.
Die Umhüllung bzw. Beschichtung besteht vorzugsweise aus
Zementen und Betonzusatzmitteln und/oder Betonzusatzstoffen.
Der Kern der Erfindung ist letztlich darin zu sehen, daß die
Ausgangsstoffe der Beschichtung nur mit geeigneten
Verfahrenstechniken in einer minimalen Schichtdicke,
gleichmäßig und kompakt auf dem Zuschlag aufgebaut werden
können, um eine ausreichend abdichtende Wirkung und einen
verbesserten Verbund zwischen Zuschlag und Mörtelmatrix des
Betons zu erreichen. Als geeignete und wirtschaftliche
Verfahrenstechnik zur erfindungsgemäßen Umhüllung steht
derzeit vornehmlich die Aufbauagglomeration mit dem
Granulierteller bzw. der Granuliertrommel, ggf. noch das
Granulierwirbelbett-Verfahren, zur Verfügung, bei denen die
Zuschläge zunächst vorgenäßt werden und anschließend die
Beschichtung mittels gleichmäßiger Zugabe des Zements bei
gleichzeitigem Aufsprühen von Wasser erfolgt. Mit einer
Fortentwicklung des Granulierwirbelbett-Verfahrens läßt sich
auch diese Technologie wirtschaftlich für eine gleichmäßig
dichte und dünnschichtige Umhüllung von Zuschlägen einsetzen.
Andere Verfahren, so der Einsatz der Preßagglomeration, der
Microverkapselung und der Mischagglomeration im
Freifallmischer oder mit dem Schneckenmischer, können
entsprechend dem derzeitigen Stand der Technik nicht in
geeigneter und wirtschaftlicher Weise eingesetzt werden, um
die erfindungsgemäße Umhüllung der Zuschläge kontrolliert
aufzubauen. Gerade bei den beiden zuletzt genannten Verfahren
müssen entweder die Zuschlagstoffe intensiv vorgenäßt werden,
um anschließend die zugegebenen feindispersen Ausgangsstoffe
im Mischer auf den Zuschlag aufzubringen. Erfolgt die Zugabe
des Zements in Form einer Schlämme, bleiben die für die
Umhüllung eingesetzten Stoffe nur ungleichmäßig und nicht
kompakt auf der Kornoberfläche haften. Die Anforderungen an
eine erfindungsgemäße dichte Umhüllung werden somit nicht
erfüllt.
Da zum gegenwärtigen Zeitpunkt mit der Aufbauagglomeration
mit einem Granulierteller oder einer Granuliertrommel die
erfindungsgemäße Umhüllung in technisch einfacher und
beherrschbarer Form wirtschaftlich auf die Kornoberfläche
aufgebracht werden kann, werden nachfolgend die
verfahrenstechnischen Schritte zur Beschichtung der Zuschläge
aus dichtem und porigem Gefüge anhand dieser Technologie
aufgezeigt:
Zunächst werden die chargenweise oder kontinuierlich in den Granulierteller bzw. in die Granuliertrommel eingebrachten Zuschläge auf der geneigten Tellerfläche einer ständigen Rollbewegung ausgesetzt. Während dieser Rollbewegung werden die feindispersen Feststoffe, d. h. der Zement, die Betonzusatzmittel, die Betonzusatzstoffe und ggf. andere Hilfsstoffe unter gleichzeitigem Besprühen mit einer Bindemittelflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gleichmäßig dünn beschichtet bzw. umhüllt. Durch die gleichmäßige Zementzugabe bei weiterer Flüssigkeitszugabe wird die Bildung von Konglomeraten aus umhüllten Zuschlagskörnern vermieden. Günstige Umhüllungen können bei einer Zuführung von Wasser und Zement im Massenverhältnis von Wasser zu Zement von etwa 1 : 4 erreiche werden. Das optimale Verhältnis wird von der Art des verwendeten Zementes und den Betonzusatzmitteln bzw. Betonzusatzstoffen bestimmt.
Zunächst werden die chargenweise oder kontinuierlich in den Granulierteller bzw. in die Granuliertrommel eingebrachten Zuschläge auf der geneigten Tellerfläche einer ständigen Rollbewegung ausgesetzt. Während dieser Rollbewegung werden die feindispersen Feststoffe, d. h. der Zement, die Betonzusatzmittel, die Betonzusatzstoffe und ggf. andere Hilfsstoffe unter gleichzeitigem Besprühen mit einer Bindemittelflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gleichmäßig dünn beschichtet bzw. umhüllt. Durch die gleichmäßige Zementzugabe bei weiterer Flüssigkeitszugabe wird die Bildung von Konglomeraten aus umhüllten Zuschlagskörnern vermieden. Günstige Umhüllungen können bei einer Zuführung von Wasser und Zement im Massenverhältnis von Wasser zu Zement von etwa 1 : 4 erreiche werden. Das optimale Verhältnis wird von der Art des verwendeten Zementes und den Betonzusatzmitteln bzw. Betonzusatzstoffen bestimmt.
Je nach angestrebter Verbesserung der Betoneigenschaft im
frischen oder festen Zustand können verschiedenste
Betonzusatzmittel und Betonzusatzstoffe sowie weitere
Hilfsstoffe einzeln oder in Kombination zugegeben werden,
wobei in Vorversuchen die optimalen Komponenten und
Zugabemengen zu erarbeiten sind.
Als Betonzusatzmittel stehen dabei vor allem
Betonverflüssiger, Fließmittel, Stabilisierer,
Betondichtungsmittel, Erstarrungsbeschleuniger und ggf.
Luftporenbildner zur Verfügung. Die Betonzusatzmittel werden
nur in relativ geringen Mengen zugesetzt. Zumeist müssen sie
dem Wasser untergemischt werden, um gleichmäßig auf den
Kornoberflächen verteilt werden zu können. Bei den
physikalisch wirkenden Betonzusatzmittel handelt es sich
zumeist um oberflächenaktive Stoffe, die neben einer
verflüssigenden Wirkung durch die Herabsetzung der
Oberflächenspannung des Wassers auch eine Schaum- oder
Luftporenbildung auslösen können. Als oberflächenaktive
Stoffe kommen dabei neben anionaktiven auch kationaktive
Stoffe zum Einsatz. Des weiteren werden nichtiogene Stoffe
verwendet. Die Einflüsse der einzelnen Betonzusatzmittel auf
den Beschichtungsvorgang und die Eigenschaften der umhüllten
Zuschläge sowie des daraus hergestellten Betons sind in
Vorversuchen zu untersuchen.
Betonzusatzstoffe sind fein verteilte Stoffe, die durch
chemische oder-physikalische Wirkung bestimmte
Betoneigenschaften, z. B. Konsistenz, Verarbeitbarkeit,
Festigkeit, Dichtheit oder Farbe der Umhüllung beeinflussen.
Inerte Stoffe, beispielsweise Gesteinsmehle aus Quarz oder
Kalkstein, könnten eingesetzt werden, um den Anteil an Zement
in der Umhüllung und damit die Kosten zu reduzieren. Pigmente
können zum Einfärben der Zuschläge verwandt werden.
Puzzolanische Stoffe, die einen hohen Anteil an Kieselsäure
und ggf. Tonerde aufweisen, können mit Wasser und
Calciumhydroxid, das bei der Erhärtung des Zementes entsteht,
reagieren. Diese Zusatzstoffe könnten folglich genutzt
werden, um das Nacherhärtungspotential der Umhüllung zu
steigern und die Art und Dauer der Nachbehandlung des
umhüllten Zuschlags zu steuern. Gebräuchliche Puzzolane sind
Steinkohleflugaschen, Silicastaub bzw. silicatische
Feinstäube sowie getempertes Steinmehl. Neben den besonderen
Einflüssen auf die Festigkeitsentwicklung der
Umhüllungsschicht wirken sich Puzzolane als Folge ihres
kleinen Partikeldurchmessers auch günstig hinsichtlich der
Packungsdichte von Zement und Betonzusatzstoffen aus, da sich
die kleineren Partikel in die Hohlräume der größeren
Zementkörner einlagern. Da sie gegenüber den Zementen neben
der wesentlich größeren Feinheit teils zudem eine kugelige
Form besitzen, erhöht beispielsweise die Zugabe von
silicatischen Feinstäuben die Klebwirkung der Beschichtung an
der Kornoberfläche, die bei der Aufbauagglomeration nicht
zwingend erforderlich ist, die sich aber gerade bei einer
Umhüllung im Granulierwirbelbett-Verfahren vorteilhaft
auswirken kann. Latent-hydraulische Stoffe, die ähnlich den
puzzolanischen Stoffen in Verbindung eines Anregers,
beispielsweise Calciumhydroxid, reagieren aber keine Reaktion
mit dem Anreger selbst eingehen, beispielsweise Hüttensand
oder Hochofenschlacke, könnten ebenfalls genutzt werden, um
das Nacherhärtungspotential der Umhüllung zu steuern.
Weitere Hilfsstoffe sind Kunststoffdispersionen oder sonstige
organische Stoffe, beispielsweise hochleistungsfähige
Polymere oder Cellulose, die als Plastifizierungsmittel oder
Stabilisierer wirkend, die Klebrigkeit oder Packungsdichte
der Umhüllung beeinflussen können. Außerdem können diese
Hilfsstoffe je nach Art und Zusammensetzung auch eine
günstigere Festigkeitsentwicklung, eine Erhöhung des
Verformungsvermögens oder eine Steigerung des
Verschleißverhaltens der Beschichtung bewirken. Des weiteren
können Kunststoffdispersionen auch für die Optimierung der
Nachbehandlung Verwendung finden.
Kugelförmige Zuschläge, wie z. B. Naturkiese oder die im
Konstruktionsleichtbeton zumeist eingesetzten Blähtonkörner
lassen sich dabei besonders gut beschichten. Mit der
Aufbauagglomeration im Granulierteller oder in der
Granuliertrommel lassen sich aber auch gebrochene, kantige
Zuschlagkörner mit einer absperrenden Schicht umhüllen.
Allerdings ist dabei zu beachten, daß hierfür größere
Zementmengen erforderlich sind und die Schichtdicke der
Umhüllung gegenüber kugelförmigen Zuschlägen ungleichmäßiger
wird. Für gebrochene Materialien wäre daher der Einsatz des
Granulierwirbelbett-Verfahrens anzustreben, bei dem auch
gebrochene Kornformen mit einer erfindungsgemäßen Umhüllung
beschichtet werden können.
Nach der Erhärtung der Umhüllung durch die Reaktion des
Zementes mit dem für die Beschichtung verwendeten Wasser
steht dann ein Zuschlag zur Verfügung, der die zuvor
angeführten Verbesserungen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit
des Frischbetons aber auch der Eigenschaften des erhärteten
Betons sicherstellt.
Der Umhüllungsvorgang kann dabei sowohl zentral beim
Zuschlaghersteller erfolgen, als auch erst unmittelbar vor
der Betonherstellung. Wird die Umhüllung der Betonzuschläge
beim Zuschlaghersteller vorgenommen, beispielsweise im
Anschluß an das Naßbaggern und Klassieren von Kiesen, nach
dem Brechen und Klassieren von natürlichen oder recycelten
Ausgangsstoffen, nach dem Brennen von Blähtonen etc., muß der
beschichtete Zuschlag ausreichend nachbehandelt werden, damit
die Umhüllung eine für die Lagerung, das Umschlagen und den
späteren Mischvorgang notwendige Festigkeit erreicht. Die Art
und Dauer der Nachbehandlung muß sich dabei an der sich
anschließenden Lagerung des umhüllten Zuschlags (Silo- oder
Haldenlagerung) und an den Auflasten durch darüber liegende
umhüllte Zuschlagsmassen orientieren, um im Falle einer noch
nicht vollständig erhärteten Beschichtung eine Konglomeration
der umhüllten Zuschläge zu vermeiden. Sollen die umhüllten
Zuschläge im Freien gelagert werden, ist zu berücksichtigen,
daß durch die Bewitterung die Eigenschaften der Umhüllung
beeinflußt werden, da die Niederschläge eine weitere Reaktion
des noch nicht vollständig hydratisierten Zementes auslösen.
Die weitere Hydratation hat jedoch keine nachteiligen Folgen
für den umhüllten Zuschlag selbst. Soll jedoch der Verbund
zwischen umhülltem Zuschlag und Zementmörtelmatrix des Betons
optimiert werden, so wäre allerdings eine Lagerung der
Zuschläge im Silo oder einer überdachten Halle vorzuziehen,
um das Nacherhärtungspotential des umhüllten Zuschlags
vollständig nutzen zu können.
Alternativ kann die Umhüllung aber auch dezentral unmittelbar
vor der Betonherstellung erfolgen. Hierzu müßten spezielle
Zemente und Betonzusatzmittel eingesetzt werden, die den
Reaktionsprozeß des Zementes in der Umhüllung beschleunigen,
so daß bereits direkt oder kurz nach dem Verlassen des
Granuliertellers, der Granuliertrommel bzw. der
Granulierwirbelbettanlage die Umhüllung eine ausreichende
Festigkeit aufweist, um beim den Mischen nicht beschädigt zu
werden und um außerdem eine ausreichende abdichtende Wirkung
aufzuweisen, die die geforderte Verarbeitbarkeit und
Pumpfähigkeit des Frischbetons sicherstellt. Durch den
Einsatz geeigneter Zemente und Betonzusatzmittel läßt sich
die erfindungsgemäße Umhüllung unmittelbar vor der
Betonherstellung unproblematisch herstellen. In Form einer
anlagentechnischen Erweiterung des Betonmischwerkes stellt
die werksseitige Umhüllung derzeit aber noch die
unwirtschaftlichere Variante des Umhüllungsprozesses dar.
Sollten sich aber umhüllte Zuschläge auf dem Markt
etablieren, beispielsweise umhüllte Leichtzuschläge für
Konstruktionsleichtbetone, umhüllte Recyclingzuschläge für
Konstruktionsbetone oder gar umhüllte Zuschläge aus dichtem
Gefüge zur Steigerung der Festigkeit und zur Verbesserung der
Dauerhaftigkeit durch eine Minimierung der Mikrorisse im
Beton, stellt die direkte Vorschaltung des
Umhüllungsprozesses vor die Betonherstellung eine
interessante technologische Perspektive auch für die
Transportbetonindustrie dar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Beispiele
näher erläutert:
Die Leichtzuschlagkörner werden auf die geneigte Tellerfläche des Granuliertellers gegeben (anstelle eines Granuliertellers kann ohne weiteres auch eine Granuliertrommel verwendet oder gar das Granulierwirbelbett-Verfahren angewandt werden) und zunächst leicht vorgenäßt, um ein Anhaften des Zements auf der Leichtzuschlagkornoberfläche zu bewirken. Nach ausreichender Vornässung erfolgt die Beschichtung der in Rollbewegung befindlichen Körner durch eine gleichmäßige Zugabe des Zementes unter gleichzeitigem Aufsprühen von Wasser. Die Wasserbedüsung sollte dabei vorzugsweise in den Bewegungsbahnen der kleineren Zuschlagkörner erfolgen. Die gesamte während des Beschichtungsprozesses zugeführte Wassermenge sollte ein Verhältnis zum zugegebenen Zement von 0,3 nicht überschreiten, um Konglomerationen der Zuschläge auszuschließen. Außerdem kann der Zement während des Beschichtungsvorgangs nicht vollständig hydratisieren. Bei der späteren Erhärtung des gefügedichten Leichtbetons kann damit eine Nacherhärtung des für die Umhüllung aufgebrachten Zements erreicht werden, die eine Verbesserung des Verbunds zwischen dem Zuschlag und der Umhüllung und auch zwischen der Umhüllung und der Feinmörtelmatrix des Betons bewirken kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte bei Verwendung von Zement, eines gewöhnlichen handelsüblichem Stabilisierers und von Wasser eine Beschichtung erreicht werden, die gegenüber dem unbeschichteten Leichtzuschlagkorn bei einer einminütigen Druckbeaufschlagung von 50 bar statt 37,1 Gewichts-% Wasser nur noch 5,3 Gewichts-% Wasser aufnimmt. Die Festigkeit des aus diesem umhüllten Leichtzuschlag hergestellten Betons erreicht im Alter von 28 Tagen eine Steigerung um mehr als 30% gegenüber der Festigkeit des Leichtbetons aus unbehandeltem Leichtzuschlag. Weitere Verbesserungen sind bei einer Optimierung der Umhüllung zu erwarten.
Die Leichtzuschlagkörner werden auf die geneigte Tellerfläche des Granuliertellers gegeben (anstelle eines Granuliertellers kann ohne weiteres auch eine Granuliertrommel verwendet oder gar das Granulierwirbelbett-Verfahren angewandt werden) und zunächst leicht vorgenäßt, um ein Anhaften des Zements auf der Leichtzuschlagkornoberfläche zu bewirken. Nach ausreichender Vornässung erfolgt die Beschichtung der in Rollbewegung befindlichen Körner durch eine gleichmäßige Zugabe des Zementes unter gleichzeitigem Aufsprühen von Wasser. Die Wasserbedüsung sollte dabei vorzugsweise in den Bewegungsbahnen der kleineren Zuschlagkörner erfolgen. Die gesamte während des Beschichtungsprozesses zugeführte Wassermenge sollte ein Verhältnis zum zugegebenen Zement von 0,3 nicht überschreiten, um Konglomerationen der Zuschläge auszuschließen. Außerdem kann der Zement während des Beschichtungsvorgangs nicht vollständig hydratisieren. Bei der späteren Erhärtung des gefügedichten Leichtbetons kann damit eine Nacherhärtung des für die Umhüllung aufgebrachten Zements erreicht werden, die eine Verbesserung des Verbunds zwischen dem Zuschlag und der Umhüllung und auch zwischen der Umhüllung und der Feinmörtelmatrix des Betons bewirken kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte bei Verwendung von Zement, eines gewöhnlichen handelsüblichem Stabilisierers und von Wasser eine Beschichtung erreicht werden, die gegenüber dem unbeschichteten Leichtzuschlagkorn bei einer einminütigen Druckbeaufschlagung von 50 bar statt 37,1 Gewichts-% Wasser nur noch 5,3 Gewichts-% Wasser aufnimmt. Die Festigkeit des aus diesem umhüllten Leichtzuschlag hergestellten Betons erreicht im Alter von 28 Tagen eine Steigerung um mehr als 30% gegenüber der Festigkeit des Leichtbetons aus unbehandeltem Leichtzuschlag. Weitere Verbesserungen sind bei einer Optimierung der Umhüllung zu erwarten.
Ziel der Erfindung ist die Umhüllung von Zuschlag aus dichtem
und porigem Gefüge, um die Verarbeitbarkeit des Frischbetons
und/oder die Eigenschaften des erhärteten Betons bei
Verwendung von umhüllten Zuschlägen deutlich zu verbessern.
Der Umhüllung kommt im wesentlichen eine feuchtesperrende
Wirkung und/oder eine Verbesserung des Verbundverhaltens zu,
wobei die Umhüllung aus einer gleichmäßig dichten Schicht
aufzubauen ist, wobei eine minimale Schichtdicke im Sinne
einer Kostenreduzierung und einer Verringerung der Rohdichte
im Falle von Leichtzuschlägen anzustreben ist.
Folgende Betonzuschläge können mit der erfindungsgemäßen
Umhüllung versehen werden und erreichen dabei Verbesserungen
der Frisch- und Festbetoneigenschaften, die ebenfalls
beispielhaft angeführt werden:
Zuschläge mit dichtem Gefüge:
Die Umhüllung von Zuschlägen mit dichtem Gefüge kann zu einer deutlichen Erhöhung der Betonfestigkeiten führen und beeinflußt damit das Bruchverhalten des Betons.
Kornformen: kugelig und kantig, gebrochen
Zuschlagarten: Quarzit, dichte und sonstige Kalksteine, quarzitischer und sonstiger Sandstein, Basalt, Porphyr, Granit, Hochofenschlacke etc.
Die Umhüllung von Zuschlägen mit dichtem Gefüge kann zu einer deutlichen Erhöhung der Betonfestigkeiten führen und beeinflußt damit das Bruchverhalten des Betons.
Kornformen: kugelig und kantig, gebrochen
Zuschlagarten: Quarzit, dichte und sonstige Kalksteine, quarzitischer und sonstiger Sandstein, Basalt, Porphyr, Granit, Hochofenschlacke etc.
Durch die das Korn umschließende Umhüllung können für
Konstruktionsbetone alle Arten von Zuschlägen mit
ausreichender Festigkeit eingesetzt werden, die aufgrund
ihres Saugvermögens ansonsten nur selten in
Konstruktionsbetonen Verwendung finden.
Zuschläge mit porigem Gefüge sind z. B. Leichtzuschläge und
Abbruchmaterialien.
Mit der Umhüllung von Leichtzuschlägen werden die bisherigen
Probleme der Verarbeitbarkeit und Pumpfähigkeit von
Konstruktionsleichtbetonen gelöst. Zudem kann durch die
gezielte Einhaltung des Wasserzementwertes und der
Frischbetonkonsistenz auch ein günstiges Verhalten des
Festbetons erreicht werden.
Kornformen: kugelig und kantig, gebrochen
Zuschlagarten: Blähton, Naturbims, gebrochene Lavaschlacke, Kesselschlacke, Sinterbims, Blähschiefer, Blähglas etc.
Kornformen: kugelig und kantig, gebrochen
Zuschlagarten: Blähton, Naturbims, gebrochene Lavaschlacke, Kesselschlacke, Sinterbims, Blähschiefer, Blähglas etc.
Mit der Umhüllung von Abbruchmaterialien können künftig
Zuschläge nicht nur aus dem Abbruch von Betonbauwerken,
sondern auch aus dem Bauschutt des Abrisses von normalen
Hochbauten gewonnen werden. Hier fallen eine Vielfalt
unterschiedlichster mineralischer Baustoffe des Mauerwerksbau
sowie aus Decken, Böden und Dächern an.
Kornformen: kantig, gebrochen
Materialarten: Betonabbruch (Normalzuschlag mit Mörtelmatrix), Ziegelsplitt, Mauermörtel, Putze, Estriche, baukeramische Stoffe wie Steingutfliesen/feinkeramische Fliesen, Steinzeugwaren, Dachziegel, Mauersteine aus Kalksandstein, Ziegel, Porenbeton, Bimsbeton, Blähtonbeton etc.
Kornformen: kantig, gebrochen
Materialarten: Betonabbruch (Normalzuschlag mit Mörtelmatrix), Ziegelsplitt, Mauermörtel, Putze, Estriche, baukeramische Stoffe wie Steingutfliesen/feinkeramische Fliesen, Steinzeugwaren, Dachziegel, Mauersteine aus Kalksandstein, Ziegel, Porenbeton, Bimsbeton, Blähtonbeton etc.
Weitere Ausgangsstoffe können für eine Optimierung der
erfindungsgemäßen Umhüllung Verwendung finden.
Für die Optimierung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Umhüllung (abdichtende Wirkung selbst bei großen Pumpdrücken,
gute Verbundwirkung zwischen Korn und Umhüllung, hohes
Nacherhärtungspotential, Lagerfähigkeit,
Verschleißeigenschaft, Brandverhalten, Leitfähigkeit etc.)
können neben den handelsüblichen Zementen und
Spezialbindemitteln auch verschiedenste Betonzusatzmittel
und/oder Betonzusatzstoffe sowie sonstige Betonhilfsstoffe
verwendet werden. Dabei können verschiedenste Kombinationen
von Ausgangsstoffen, die je nach der Art der angestrebten
Verbesserung das Betons durch den umhüllten Zuschlag
auszuwählen sind, eingesetzt werden:
Zemente: Alle bauüblichen Zemente und alle Spezialbindemittel.
Betonzusatzmittel: Betonverflüssiger (BV); Fließmittel (BV), Luftporenbildner (LP), Dichtungsmittel (DM), Beschleuniger (BE), Stabilisierer (ST) etc.
Betonzusatzstoffe: Inerte Stoffe (Quarz- und Kalksteinmehle), Farbpigmente, Puzzolane (Traß, Steinkohleflugasche, Silicastaub, silicatische Feinstäube, getempertes Gesteinsmehl, Flugaschen), latent-hydraulische Stoffe (Hüttensand), wärmeleitende und elektrisch leitende Stoffe etc.
sonstige Hilfsstoffe: Kunststoffdispersionen, Hochleistungspolymere, Cellulose, Fasern etc.
Zemente: Alle bauüblichen Zemente und alle Spezialbindemittel.
Betonzusatzmittel: Betonverflüssiger (BV); Fließmittel (BV), Luftporenbildner (LP), Dichtungsmittel (DM), Beschleuniger (BE), Stabilisierer (ST) etc.
Betonzusatzstoffe: Inerte Stoffe (Quarz- und Kalksteinmehle), Farbpigmente, Puzzolane (Traß, Steinkohleflugasche, Silicastaub, silicatische Feinstäube, getempertes Gesteinsmehl, Flugaschen), latent-hydraulische Stoffe (Hüttensand), wärmeleitende und elektrisch leitende Stoffe etc.
sonstige Hilfsstoffe: Kunststoffdispersionen, Hochleistungspolymere, Cellulose, Fasern etc.
Grundsätzlich sind zur erfindungsgemäßen Umhüllung von
Zuschlägen die Verfahren der Aufbauagglomeration und das
Granulierwirbelbett-Verfahren geeignet, um eine möglichst
dünne Beschichtung auf der Kornoberfläche aufzubauen, die
aufgrund der gleichmäßigen und kompakten Anlagerung der
feindispersen Stoffe eine hohe Dichtigkeit erreicht. Die
Aufbaugranulation bietet dabei verschiedene Möglichkeiten die
erfindungsgemäße Umhüllung auf der Kornoberfläche aufzubauen.
So kann neben dem Granulierteller und der Granuliertrommel
auch ein sogenannter Granulierkonus zum Einsatz kommen. Neben
einstufigen Verfahren handelt es sich beim Granulierkonus um
mehrstufige kontinuierlich oder schrittweise abgestufte
Tellerbereiche, so daß verschiedenartige Schichten auf der
Kornoberfläche aufgebaut werden können, wobei die einzelnen
Schichten aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt
sein können. Im Granulierteller bzw. in der Granuliertrommel
können auch Prallbleche etc. eingebaut werden, um die
Gleichmäßigkeit der Beschichtung und die Packungsdichte der
in der Umhüllung befindlichen Stoffe zu optimieren. Neben den
üblichen rotationssymmetrischen Wänden könnten auch polygonale
Teller- und Trommelwände eingesetzt werden. Des weiteren kann
durch eine Drucklufteinleitung die Rollbewegung und damit der
Schichtenaufbau des umhüllten Zuschlags beeinflußt werden.
Die Aufbauagglomeration im Granulierteller, in der
Granuliertrommel und im Granulierkonus als auch das
Granulierwirbelbett-Verfahren läßt sich sowohl chargenweise
als auch kontinuierlich betreiben.
Preßagglomerations-Verfahren, wie sie beispielsweise in der
pharmazeutischen Industrie zur Herstellung von Tabletten
bekannt sind, könnten bei einer Fortentwicklung des
Verfahrens und bei einer sorgfältigen und engen Klassierung
der Korngrößen des zu umhüllenden Zuschlags ebenfalls
Verwendung finden. Hier sind die Oberflächen der
Doppelzylinderpreßwalzen entsprechend den Korngrößen des
umhüllten Zuschlags strukturiert. Die Umhüllung wird folglich
auf die Kornoberfläche des Zuschlags aufgepreßt. Theoretisch
wäre auch die Microverkapselung eine technische Möglichkeit,
Zuschläge an der Oberfläche mit einer Beschichtung zu
versehen. Hier werden elektrostatische Aufladungen genutzt,
um auf die Zuschlagoberfläche die feindispergierten Partikel
der Umhüllung sowie Wasser als Bindeflüssigkeit aufzubringen.
Die Mischagglomeration in Form eines gewöhnlichen
Freifallmischers scheidet weitestgehend aus. Lediglich wenn
die Ausgangsstoffe in weitestgehend trockener Form im Mischer
vorliegen und mittels Prallblechen und weiteren Einbauten im
Mischgefäß eine Verdichtung der feindispersen Stoffe auf der
Kornoberfläche erfolgen kann, könnte u. U. eine brauchbare
Umhüllung auf den Zuschlag aufgebracht werden. Trogmischer,
Schneckenmischer etc. bieten möglicherweise ebenfalls
Ansatzpunkte, um bei einer Fortentwicklung der
Verfahrensweise in großen Mengen umhüllte Zuschläge mit den
erfindungsgemäßen Eigenschaften herzustellen.
Die erfindungsgemäße Umhüllung der Zuschläge kann mit den
vorstehend angeführten Verfahrenstechniken entweder zentral
beim Hersteller der Zuschläge selbst, also im Kieswerk im
Nachgang an die Klassierung, im Brechwerk oder nach dem
Brennvorgang im Anschluß an die Abkühlung des Rohzuschlags
erfolgen. Dabei kann der Zuschlag direkt aus der
Produktionslinie oder von der Halde aufgegriffen werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der dezentralen Umhüllung
der Zuschläge unmittelbar vor der eigentlichen
Betonherstellung, beispielsweise im Transportbetonwerk oder
auf der Baustelle. Um die abdichtende Wirkung und eine
ausreichende Festigkeit in der umhüllten Schicht möglichst
frühzeitig zu erreichen, so daß eine Zwischenlagerung des
umhüllten Zuschlags nicht erforderlich ist, können neben
schnell erhärtenden Zementen oder Spezialbindemitteln auch
Betonzusatzmittel in Form von Erstarrungsbeschleunigern
zugesetzt werden.
Im Hinblick auf die Effizienz des erfindungsgemäßen
Verfahrens sei noch angemerkt, daß beim derzeitigen Stand der
Technik mit Hilfe der Aufbauagglomeration im Granulierteller
oder in einer Granuliertrommel eine Umhüllung mit einer
einheitlichen Schichtdicke, mit einer gleichmäßig auf der
gesamten Oberfläche lückenlos dicht aufgetragenen Umhüllung
und mit einer verglichen mit dem Durchmesser des Zuschlags
geringen Schichtdicke am besten möglich ist. Die
dünnschichtige Umhüllung bewirkt insbesondere bei
Leichtzuschlägen eine nur geringfügige Erhöhung der Rohdichte
von Leichtzuschlägen. Dennoch reicht die Schichtdicke aus,
durch die absperrende Wirkung der Umhüllung einem Entzug von
großen Teilen des Anmachwassers selbst bei hohen Drücken
entgegenzutreten. Die Aufbauagglomeration in einem
Granulierteller oder in einer Granuliertrommel erlaubt gerade
bei runden Zuschlägen eine besonders kompakte und damit
abdichtende Schicht auf der Kornoberfläche aufzubauen. Auch
bei gebrochenen Zuschlägen läßt sich die abdichtende Wirkung
der zementgebundenen Umhüllung mit der Aufbauagglomeration im
Granulierteller bzw. in der Granuliertrommel erreichen. Zu
berücksichtigen ist lediglich, daß aufgrund der gebrochenen,
kantigen Kornform des Abbruchmaterials eine ungleichmäßigere
Schicht als bei der Umhüllung von kugelförmigen Zuschlägen
aufgebaut wird. Verbesserungen lassen sich hier mit dem
aufwendigeren aber handhabbaren Granulierwirbelbett-Verfahren
erreichen, bei dem selbst kantige Zuschläge mit einer äußerst
dünnen Schicht umhüllt werden können.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines umhüllten Zuschlagstoffs
für Konstruktionsbeton, wobei die Beschichtung aus
Zementen, Betonzusatzmitteln und/oder Betonzusatzstoffen
sowie sonstigen Hilfsstoffen aufgebaut wird, dadurch
gekennzeichnet,
daß auf der Kornoberfläche des runden oder gebrochenen
Zuschlags eine kompakte und dichte Beschichtung
aufgebracht wird, die dünner als der Korndurchmesser ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Beschichtung mittels Aufbauagglomeration erfolgt, indem
- - die Zuschlagstoffe zunächst vorgenäßt werden, und
- - die Beschichtung mittels gleichmäßiger Zugabe des Zements bei gleichzeitigem Aufsprühen von Wasser erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Zuschlag ein Leichtzuschlagstoff mit offenporigem
Gefüge verwendet wird (beispielsweise Blähton, Naturbims,
gebrochene Lavaschlacke, Sinterbims, Blähschiefer,
Blähglas etc.), der mit der Umhüllung abgedichtet wird und
damit als Konstruktionsleichtbeton in Form des
Frischbetons eine gleichbleibende Verarbeitbarkeit und
Pumpfähigkeit sicherstellt und vorhersagbare
Frischbetonrohdichten im frischen und festen Zustand
ebenso aufweist wie eine definierte Betonfestigkeit.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Zuschlag ein Recyclat aus Rückbaumaterialien mit
offenporigem Gefüge verwendet wird (beispielsweise
Betonabbruch, Ziegelsplitt, Mauermörtel, Putze, Estriche,
baukeramische Stoffe, Dachziegel, Mauersteine aus
Kalksandstein, Ziegel, Porenbeton, Bimsbeton, Blähtonbeton
etc.), der mit der Umhüllung abgedichtet wird und damit in
Verbindung mit Konstruktionsbetonen verwendet werden kann,
die in Form des Frischbetons eine gleichbleibende
Verarbeitbarkeit und Pumpfähigkeit sicherstellt und
vorhersagbare Frischbetonrohdichten im frischen und festen
Zustand ebenso aufweisen wie eine definierte
Betonfestigkeit.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Zuschlag ein Zuschlagstoff mit dichtem Gefüge
verwendet wird (beispielsweise Quarzit, Kalkstein,
Sandstein, Basalt, Porphyr, Granit etc.), wodurch mit der
Umhüllung eine deutliche Steigerung der Verbundfestigkeit
zwischen Zuschlag und Zementmörtelmatrix des Betons
erreicht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Optimierung der Umhüllung neben
handelsüblichen Zementen auch Spezialbindemittel
eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Optimierung der Umhüllung
hinsichtlich Dichtigkeit, Schichtdicke und
Verbundfestigkeit neben Zementen verschiedenste
Betonzusatzmittel (Betonverflüssiger, Fließmittel,
Luftporenbildner, Dichtungsmittel, Beschleuniger,
Stabilisierer etc.) und/oder Betonzusatzstoffe (inerte
Stoffe, Farbpigmente, Puzzolane, latent-hydraulische
Stoffe etc.) und/oder sonstige Hilfsstoffe
(Kunststoffdispersionen, Hochleistungspolymere, Cellulose,
Fasern etc.) eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß in die Umhüllung auch elektrisch
leitende (Metallpulver, Graphit etc.) und/oder
wärmeleitende Stoffe (Metallpulver etc.) eingebunden
werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Umhüllung der Zuschläge direkt
nach der Gewinnung bzw. Herstellung der Zuschläge (nach
dem Naßbaggern, Brechen, Brennen etc.) oder unmittelbar
vor der Betonherstellung (beispielsweise im
Transportbetonwerk) erfolgt.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Beschichtung durch Aufbauagglomeration ein Granulierteller
oder eine Granuliertrommel oder ein Granulierkonus oder
eine Granulierwirbelbett-Einrichtung oder eine
Preßagglomerations-Einrichtung oder eine
Microverkapselungs-Einrichtung oder eine
Mischagglomerations-Einrichtung in Gestalt eines Trog- oder
Schnecken- oder Freifallmischers vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19735063A DE19735063A1 (de) | 1996-08-14 | 1997-08-13 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von umhüllten Zuschlagstoffen für Konstruktionsbeton zur Verbesserung der Frisch- und/oder Festbetoneigenschaften |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19632711A DE19632711A1 (de) | 1996-08-14 | 1996-08-14 | Zuschlagstoff für Leichtbeton |
DE19735063A DE19735063A1 (de) | 1996-08-14 | 1997-08-13 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von umhüllten Zuschlagstoffen für Konstruktionsbeton zur Verbesserung der Frisch- und/oder Festbetoneigenschaften |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19735063A1 true DE19735063A1 (de) | 1999-02-18 |
Family
ID=26028387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19735063A Ceased DE19735063A1 (de) | 1996-08-14 | 1997-08-13 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von umhüllten Zuschlagstoffen für Konstruktionsbeton zur Verbesserung der Frisch- und/oder Festbetoneigenschaften |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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- 1997-08-13 DE DE19735063A patent/DE19735063A1/de not_active Ceased
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