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Zementgebundener Baustoff Die Erfindung betrifft einen zementgebundenen
Baustoff mit reduzierter Porosität und verbesserTer Dichtigkeit. Unter Baustoffen
werden in diesem Zusammenhang sowohl Zementschlämmen als auch Mörtel und Betone
für die FTerstellung beoniter Strassen, Flugplätzen oder anderer Bauwerke verstanden.
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Betonierte Strassen und andere Bauwerke sind alljährlich beträchtlichen
Schäden durch Frosteinwirkung und der Einwirkung von Tausalzen ausgesetzt. Da die
Frost- und Tausalzschäden zum grössten Teil durch das Eindringen von Wasser bzw.
Salzlösung in den Zementmörtel oder Beton verursacht werden, und da dabei insbesondere
die Menge des durch die Kapillaren aufgenommenen wassers bzw. der Salzlösung eine
Rolle spielt, wurde nach einer Möglichkeit gesucht, durch Ausschluss des Grobporengehalts
die Aufnahmefähigkeit der genannten Materialien für Wasser- und Salzlösungen zu
vermindern und damit die durch die Kapillaren aufgenommene Wassermenge möglichst
stark herabzusetzen. Für die Bildung von Frostschäden ist eine Wasseraufnahme von
mindestens 7
Volumenprozewt erforderlich. Die Schadenursachen liegen
im Eiskristallisationsdruck, der Rissbildung durch Temperaturschwankungen, dem Salzkristallisationsdruck,
dem osmotischem Druck etc. Qualitativ einwandfrei abgebundene Portlandzementmörtel
und -betone können 14 bis 17 Vol. t Wasser aufnehmen.
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Es wurden bisher verschiedene Methoden und Mittel angewendet, wobei
die bekanntesten Betondichtungs- oder Sperrmittel und Luftporenbildner sind, die
bezwecken, die iderstandsfähigkeit eines Betons gegen das Eindringen von Wasser
auf Grund ihrer porendichtenden oder wasserabweisenden Wirkung zu erhöhen. Die Zugabe
dieser Mittel, die grösstenteils auf Polyvinylacetatbasis aufgebaut sind, führte
bis heute zu keiner konkreten, andauernden Dichtigkeit des Betons. Weiter werden
durch Zugabe grössere Mengen dieser Dichtungsmittel die übrigen physikalischen Eigenschaften
des Betons beeinträchtigt.
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Vor allem wird die Festigkeit verglichen mit einem Beton ohne Zusatzmittel
vermindert. Ausserdem wird oft ein Schwinden der Betonmasse beobachtet.
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Um das Eindringen von Wasser und Salzlösungen in Beton zu verhindern,
wurde deren Oberfläche bisher auch silikoniert. Der Silikonüberzug verwittert jedoch
bald und blättert dann ab.
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Weiterhin ist der sogenannte Luftporenbeton vorgeschlagen worden.
Die künstlich eingeführten Luftporen haben im Gegensatz zu den übrigen Poren einen
runden Querschnitt und einen Durchmesser von weniger als 0,3 mm. Die dabei geforderte
gleichmässige Einführung von Poren gleicher Grösse ist jedoch in der Praxis mit
Schwierigkeiten verbunden.
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Der Erfindung liegt die aufhabe zugi-unde, einen zementgebundenen
Baustoff zu schaffen, der sich im Vergleich zu den herkömmlichen Materialien durch
eine optimale Dichtigkeit auszeichnet, d.h. dessen Aufnahme- und Speicherfähigkeit
für Wasser und Salzlösungen langfristig auf ein Minimum reduziert ist.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäss durch einen zementgebundenen
Baustoff der sich dadurch auszeichnet, dass er bezogen auf die Menge an Zement 4,8
- 40 Gewichts% eines zementverträglichen Polymerisat-Kunststoffs 33 - 40 Gewichts%
Wasser 0,001 - 4,0 Gewichts% Entschäumungsmittel enthält.
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Der erfindungsgemässe Baustoff kann hergestellt werden, indem man
eine Flüssigkeit aus Wasser, einer wässrigen Dispersion des Polymerisat-Kunststoffs
und dem Entschäumungsmittel zu einer Vormischung aus Zement und Zuschlagstoffen
wie Sand, Kies, Splitt zugibt und das Ganze intensiv vermischt.
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Der Polymerisations-Kunststoff kann ein halogenfreies Homo-oder Copolymer,
insbesondere ein Acrylat sein. Das Entschäumungsmittel kann vorzugsweise emulsionsstabil
sein und beispielsweise aus einer Mischung aus Fettsäureestern und höheren Kohlenwasserstoffen
mit carbonsauren Salzen bestere
Der Gehalt an Entschäumungsmittel
kann zwecks Erzielung einer optimalen Dichte des Baustoffs 0,2 - 4,0 Gewichts %
bezogen auf den Zement anteil betragen. Durch geeignete Dosierung des Entschäumungsmittels
ist ferner die Einführung künstlicher Kugelporen mit einem Durchmesser von weniger
als 0,3 mm möglich. Diese Feinporen können den hydraulischen efrierdruck durch ihren
wasserfreien Expansionsraum eliminieren. Zwecks Erreichung einer optimalen Frost-
und Tausalzbeständigkeit soll dieser Feinporenanteil etwa 1/10 des Kapillarporenanteils,
welcher das gefrierbare Wasser enthält,betragen. Ein solcher Feinporenanteil kann
durch einen Entschäumungsmittelgehalt von 0,001 - 0,2 Gewichts % bezogen auf die
Zementmenge erreicht werden.
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Es hat sich ferner gezeigt, dass der nötige Feinporenanteil des zementgebundenen
Baustoffes nicht in allen Fällen allein durch geeignete Dosierung des Entschäumungsmittels
zuverlässig erreichbar ist.
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Eine Variante des Baustoffs gemäss der Erfindung bezweckt, den genannten
Nachteil zu vermeiden. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der Baustoff zusätzlich
ein Luftporenbildungsmittel enthält. Die Menge des Luftporenbildungsmittel kann
vorzugsweise 0,1 - 0,5 Gewichts % bezogen auf die Menge an Zement betragen. Diese
Zusammensetzung des erfindungsgemässen Baustoffs gewährleistet
den
für die Erreichung einer optimalen Frost- und Tausalzbeständigkeit erforderlichen
Feinporenanteil.
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Durch die erfindungsgemässe Zusammensetzung des Blndemittelanteils,
d.h. das bestimmte Verhältnis von Zement zu Wasser zu Polymerisat-Kunststoff zu
Entschäumungsmittel gelingt es erstmals, eine entscheidende Reduktion der Gesamtporosität
von Mörteln und Beton zu erreichen. Die starke Verminderung oder zum Teil gar Eliminierung
der Poren sowie Lunkern und Hohlräumen, führt zu zementgebundenen Baustoffen von
sehr hoher Dichtigkeit, deren Gesamtporenvolumen weniger als 8 Volumen % des Baustoff
lumens betragen kann.
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Zudem wird durch diese Zusammensetzung eine starke Verflüssigung (Viskositätssenkung)
des Frischbetons bewirkt.
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Zur Einstellung der erforderlichen Verarbeitungskonsistenz genügt
deshalb ein Wasserzementfaktor (WZ) von weniger als 4, vorzugsweise von 3,5. Der
WZ von 0,35 ist praktisch der minimal erforderliche Wasser anteil für das Zementgel.
Wassermengen die einen WZ von 4 übersteigen senken die Qualität und erhöhen den
Hohlraum anteil des Betons oder Mörtels.
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Bei der Aushärtung bildet die Kunststoffdispersion sofort einen Kunststoffilm
an der Oberfläche und später im Körper.
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E dichtet den Mörtel oder Beton ab und senkt auch den Wasserverlust,
der durch Verdunstung entsteht, Die Kapillarbildung
wird deshalb
stark reduziert, Der Kunststoffilm ist in viel geringerem Masse wasserquellbar,
als die bekannten Dispersionsfilme und weitgehend -beständig gegen chemischen Abbau.
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Der erfindungsgemässe Baustoff weist eine konkrete Wasserdichtigkeit
auf. Nach fünftägiger Wasserlagerung ohne Vakuum beträgt die Wasseraufnahme 1,6
bis 2,5 Vol. % während sie bei einem guten Beton herkömmlicher Art mindestens 9
Vol. t aufweist.
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Beim neuen zementgebundenen Baustoff kann die Wasseraufnahme im Vakuum
unter Wasser zwischen 0,5 und 7,1 Volumenprozent des Baustoffvolumens betragen,
d.h. weniger als das Gelporenvolumen der Mikroporen von 0,0001 - 0,001 µ, Dagegen
beträgt die Wasseraufnahme im Vakuum unter Wasser bei einem normalen Mörtel oder
Beton 12 - 20 Volumenprozent.
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Der neue zement gebundene Baustoff weist infolge seiner minimalen
Porosität gegenüber den herkömmlichen Mörteln und Betonen eine Erhöhung der Festigkeiten
insbesondere der Biegezug- und Druckfestigkeit und ein erhöhte Elastizitätsmodul
sowie eine verbesserte Haftfestigkeit auf der Unterlage auf. Zur Erzielung einer
guten Festigkeit müssen ferner bekannte Zementmörtel in Schichten von 2,5 cm und
mehr aufgetragen werden, wogegen mit dem neuen Baustoff auch mit Be schichtungen
von 0,1 mm gute Festigkeit erzielbar ist.
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Der erfindungsgernässe Baustoff kann als Belags-, Konstruktions-und
Elementbeton bzw. -mörtel Verwendung finden.
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Beispiel 1 Auf einer abgefahrenen, Ausbrüche aufweisenden Betonstrasse
wurde die schadhafte Oberfläche im Umfang von ca. 30 m2 1 bis 2 cm tief ausgefräst,
sodann wurde eine erfindungsgemässe Zementschlämme in einer Schichtstärke von 0/1
mm als Haftbrücke mit Lammfellwischern aufgebracht. Die Reprofilierung der Fahrbahn
erfolgte alsdann mit einem erfindungsgemässen portlandzementgebundenen Zementmörtel,
um einen frost- und tausalzbeständigen Mörtel von hoher Biegezug- und Druckfestigkeit
zu erhalten. Für das Verlegen wurde ein Vibrationsbalken benützt.
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Zusammensetzung der Zementschlämme: Portlandzement 200 Gewichtsteile
Wasser 20 " Polyacry latdispers ion (50 %ig in Wasser) 100 " emulsionsstabiles Entschäumungsmittel
0,1 320,1 Gewichtsteile
Zusammensetzung des zementmörtels: Portlandzement
200 Gewichtsteile Wasser 20 lt Polyacrylatdispers ion (50 %ig in Wasser) 100 lv
emulsionsstabiles Entschäumungsmittel 0,1 II Quarzsand (Körnung n /5 mm) 600 Ir
920,1 Gewichtsteile Aus der erhaltenen Mörtelmischung wurde ein Prüfkörper hergestellt
und die Dichtigkeitsmessung durchgeführt. Es betrugen der Wasser-Zementfaktor 0,35
der Zementgehalt /m3 533 kg das Raumgewicht 2,3 kg/l die Wasseraufnahme im Vakuum
unter Wasser (AV) 2,7 Vol.% Daraus berechnete sich die Dichtigkeit d wie folgt d
= 100 - AV = 100 - 2,3 = 97,3 Beispiel 2 Eine Mischung aus Portlandzement 350 Gewichtsteile
Sand, Korngrösse 0/3 mm 560 Splitt " 3/6 mm 260 " Splitt " 6/16 mm 440 " Splitt
" 16/25 mm 600 2210 Gewichtsteile
wurde mit einer @lüssigkeit aus
Wasser 105 Gewichtsteile Polyacrylat-Dispersion, 50 %ig in Wasser 34,98 " emulsionsstabiles
Entschäumungsmittel 0,02 vv 140,0 Gewichtsteile zusammengegeben und in einen Zwangsmischer
vermengt. Die erLe6-tene Betonmischung wurde mit einer Strassenbetonmaschine in
5 cm Schichtdicke auf eine schon bestehende Betonunterschic;-einer Brücke aufgebracht
und in überlicher Weise verdichtet. :5 wurde ein Betonbelag von sehr hoher Frost-
und Tausalzbeständigkeit sowie einer hohen Biegezug- und Druckfestigkeit erhalten.
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Aus der erhaltenen Betonmischung wurde ferner ein Prüfkörper hergestellt
und an diesen folgenden Eigenschaften bestimmt: Wasser-Zementfaktor 0,35 Zementgehalt
pro m3 350 kg Raumgewicht 2,35 kg/l Wasseraufnahme in Vakuum unter Wasser (AV) 10,10
Vol. % Dichtigkeit d = 100 - AV 89,9 Anteil an Kugelporen mit einem Durchmesser
unter 0,3 mm 2,61 Vol. % Beispiel 3 Eine Mischung aus Portlandzement 300 Gewichtsteile
Sand, Korngrösse 0/4 mm 680 Kies li 8/16 mm 660 II Kies II 16/32 mm 660
wurde
mit einer Flüssigkeit aus Wasser 91 Gewichtsteile Polyacrylat-Dispersion 50 %ig
in Wasser 58,5 II emulsionsstabiles Entschäumungsmit-tel 1,5 II zusammengegeben
und in einem Zwangsmischer intensiv gemischt Die so erhaltene Betonmischung wurde
mit Druck durch Ronrleitungen in eine vorbereitete Schalungsform gepresst und mit
einem Rüttler verdichtet. Man erhielt einen wasser-, flüssigkeits- sowie gasdichten
Betonformkörper mit hoher nnemikalien resistenz, der sich vorzüglich für Schutzbauten
gegen giftige Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase eignet.
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Aus der hergestellten Betonmischung wurde ferner ein Prüfkörper hergestellt
und an diesem folgende Eigenschaften bestimmt: Wasser-Zementfaktor 0,4 Zementgehalt
pro m3 300 kg Raumgewicht 2,45 kg/l Wasseraufnahme im Vakuum unter Wasser (AV) 7,9
Vol. % Dichtigkeit d = 100 - AV 92,1
Beispiel 4: Es wurde eine
Vormischung hergestellt aus: Portlandzement 350 Gewichtsteile Sand Korngrösse 0,3
mm 560 Gewichtsteile Splitt Korngrösse 3/6 mm 260 Gew-chtsteile Splitt Korngrösse
6/16 mm 440 Gewichtsteile Splitt Korngrösse 16/25 mm 600 Gewichtstelle 2210 Gewichtsteile
Danach wurde eine Flüssigkeit aus: Wasser 105 Gewichtsteile Luftporenbildungsmittel
0,5 Gewichtsteine Polyacrylat-Dispersion (50 %-ig in Wasser) 34,8 Gewichtsteile
emulsionsstabiles Entschäumungsmittel 0,2 Gewichtsteile 140,5 Gewichtsteile zubereitet,
wobei zunächst das Luftporenbildungsmittel in Wasser dispergiert und danach die
Polyacrylat-Dispersion und das Entschäumungsmittel eingerührt wurden. Hierauf wurde
die Festteilmischung mit der Flüssigkeit in einem Zwangsvermischer vermengt.
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Die erhaltene Betonmischung wurde in einer Strassenbetonmaschine in
5 cm Schichtdicke auf eine schon bestehende Betonunterschicht einer Brücke aufgebracht
und In üblicher wt7eise verdichtet. Es wurde ein Betonbelag von sehr hoher Frost-
und Tausalzbeständigkelt sowie einer hohen Biege zug- und Druckfestigkeit erhalten.
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Aus der erhaltenen Betonmischung wurde ferner ein Prüfkörper hergestellt
und an diesem die folgenden Figenschaften bestimmt Wasser-Zementfaktor 0,35 Zementgehalt
pro m3 350,0 kg Raumgewicht 2,38 kg/l Wasseraufnahme in Vakuum unter Wasser (AV)
11,70 Vol. % Dichtigkeit d = 100 - AV 88,30 Anteil an Luftporen mit einem Durchmesser
von weniger als 0,3 mm 3,10 Vol. %