DE2555450C3

DE2555450C3 - Verfahren zur Herstellung von Betonprodukten und Mittel zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2555450C3
Application number: DE2555450A
Authority: DE
Inventors: Claes Ivar Akersberga Helgesson (Schweden)
Original assignee: ALFONG BETONHAERDNINGSMEDEL STOCKHOLM AB
Current assignee: ALFONG BETONHAERDNINGSMEDEL STOCKHOLM AB
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-10
Publication date: 1979-11-08
Also published as: IT1060451B; CH599842A5; GB1506507A; NO754190L; JPS5340606B2; DE2555450A1; JPS5189520A; FR2295926A1; FI753430A; DK585675A; SE7416250L; DE2555450B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Betonprodukten, bei dem man das Betongemisch während des Mischverfahrens auf einer Temperatur von bis 363 K hält, das Betongemisch in eine Form gießt und den gegossenen Beton während wenigstens zwei Stunden auf einer Temperatur von 303 bis 363 K hält, und ein Mittel zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim Gießen von Beton sowohl an der Baustelle als auch bei der Herstellung vorgefertigter Teile, beispielsweise von Bauelementen, ist es erwünscht, die Erhärtungszeit des Betons abzukürzen. So wurden Versuche unternommen, dies durch Zusetzen verschiedener Substanzen zu dem Betongemisch und durch Erhöhen der Temperatur des Betongemisches zu erreichen. Diese Versuche waren jedoch bisher nicht erfolgreich, da entweder die Erhärtung so schnell verlief, daß der Beton steif wurde, während er sich noch im Mischer befand, oder die Qualität des fertigen Betons nicht zufriedenstellend war.

So ist aus der DE-PS 90 64 271 bereits ein Verfahren zur beschleunigten Herstellung von Betonkörpern mit hoher, gleichmäßiger Festigkeit unter Anwendung von hochwertigem Zement und äußerer Wärmezufuhr

bekannt bei dem der frische Beton durch äußere Wärmezufuhr auf eine Temperatur zwischen 323 und 372 K gebracht wurde, wobei auch die Schalung verhältnismäßig hoch, z. B. auf 372 K, erhitzt wurde. Die äußere Wärmezufuhr wurde vor oder bei Erreichen der durch das Abbinden erzeugten Höchsttemperatur abgestellt Hierbei wurden nach drei bis vier Stunden Festigkeiten von etwa 393 · 10⁶ Pa und nach sieben Stunden Festigkeiten von etwa 58,86 · 10⁶ Pa erhalten. Es wurden auf diese Weise zwar Betonträger hoher Festigkeit erreicht, jedoch wurde zugleich auch die sogenannte Topfzeit d.h. die Zeit die für das Betongemisch vor dem Gießen des Betons liegt verkürzt Dies führte bei größeren Ansätzen und bestimmten Betonsorten dazu, daß der Beton bereits im Mischer fest wurde.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine beschleunigte Betonhärtung zu bekommen, ohne die Topfzeit wesentlich zu verkürzen, und durch Zusetzen eines Mittels ein vorzeitiges Erstarren des Betongemisches im Mischer zu verhindern sowie ein Vermischen, Gießen und Erhärten bei erhöhten Temperaturen zu ermöglichen. Die Erhärtungszeit soll wesentlich vermindert werden, ohne dabei nachteilig die Eigenschaften des fertigen Betons zu beeinflussen. Der Beton soll während des Gießens eine Druckfestigkeit von 9,81 · 10⁶ bis 19,62 · 10⁶ Pa erreichen, bevor er aus der Form entfernt wird, und eine Druckfestigkeit von 29,43-10" bis 39,24 10⁶Pa erlangen, bevor die Spannung der Spannkabel aufgehoben wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man dem Betongemisch Natriumsulfat in einer Menge von 0,1 bis 5% des Zementgemisches zusetzt

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird das Natriumsulfat in einer Menge von 0,5 bis 1,5% des Zementgemisches zugesetzt.

Das zugesetzte Natriumsulfat ist zweckmäßig kristallines Natriumsulfat Na₂SO₄ · 10H₂O.

Die günstige Wirkung des Natriumsulfats scheint darauf zu beruhen, daß es durch Erhöhen der lonenaktivität in der Wasserphase die Hydratation der Zementkomponente 3 CaO · AI₂Oa (C3A) verzögert. Die Verarbeitbarkeit des Betongemisches wird während des Mischens nicht merklich vermindert. Dies steht im Gegensatz zu dem, was man erwarten müßte, da die Verarbeitbarkeit eines vorerhitzten üblichen Betongemisches (ohne Natriumsulfat) während des Mischens herabgesetzt wird. Die Hydratation der Zementkomponenten 3 CaO ■ SiO₂(C₃S) und 2 CaO · SiO₂(C₂S) tritt bei erhöhter lonenaktivität in der Wasserphase schneller ein. Da diese Reaktionen jedoch nicht unmittelbar nach der Wasserzugabe eintreten, verursachen sie auch keine Änderung der Verarbeitbarkeit des Betongemisches. Nach Eintreten der Hydratation von C3S und C₂S verläuft die Reaktion sehr schnell, erzeugt Wärme und bildet Ca(OH)₂. Die Temperatur darf nach dem Gießen nicht fallen, da sonst der gesamte Erhärtungsprozeß verzögert würde.

Das Natriumsulfat wird zu dem Betongemisch vorzugsweise gegen Ende des Mischens zugesetzt, wenn die anderen Komponenten bereits sorgfältig gemischt sind. Die erhöhte Temperatur wird bevorzugt durch Vorerhitzen der Komponenten erreicht Der Mischer kann auch von außen erhitzt oder stattdessen Wasserdampf in ihn eingeblasen werden, wobei das durch Kondensation des Wasserdampfes gebildete Wasser berücksichtigt werden muß.

Vor Gießen des Betons ist es zweckmäßig, die

Gußform mindestens auf die gleiche Temperatur wie die des Betongemisches vorzuerhitzen, um, wie erwähnt, eine Verzögerung bei der Erhärtung zu vermeiden. Nach dem Gießen des Betons steigt seine Temperatur durch die Hydratationswärme schnell an. Wenn die Temperatur jedoch nicht schnell genug ansteigt oder ein Temperaturbereich von 303 bis 363 K nicht erreicht wird, kann der gegossene Beton beispielsweise durch Wasserdampf erhitzt werden. Das Wasser soll von den der Luft ausgesetzten Betonoberflächen nicht verdamp- κι fen, was in bekannter Weise dadurch erfolgt, daß Wasser auf die Betonoberflächen aufgesprüht wird oder diese mit einer Kunststoff-Folie bedeckt werden. Beim Gießen größerer Betonmengen kann die Temperatur innerhalb des Betons so hoch ansteigen, daß der Beton ι =. in bekannter Weise gekühlt werden muß, beispielsweise mit Hilfe von im Beton eingebetteten Kühlröhren.

Das Natriumsulfat verzögert somit die Hydratation während des Mischens und beschleunigt sie in der späteren Phase nach dem Gießen des Betons.

Sowohl bei der normalen als auch der durch Wasserdampf bewirkten Temperatursteigerung während der späteren Phase besteht die Gefahr, daß der Beton durch Austrocknen schrumpft und sich Risse im Beton bilden. Es wurde nun gefunden, daß diese Gefahr 2'i vermindert oder ausgeschaltet werden kann, indem man dem Betongemisch feinteilige, reaktive amorphe Kieselsäure zusetzt. Die Kieselsäure soll vorzugsweise eine Teilchengröße entsprechend der einer kolloidalen Lösung haben, in der die Teilchengröße im allgemeinen so kleiner als 30 nm (Nanometer) ist. Eine solche kolloidale Kieselsäure kann beispielsweise durch Ausfällen aus einer Silikatlösung erhalten werden. Solche kolloidale Kieselsäure sollte in etwa der gleichen Menge wie die des Natriumsulfats zugegeben werden, d. h. 0,05 bis 3,0 π Gew.-°/o des Zementes. Kieselsäure mit gröberen Teilchen kann auch verwendet werden, beispielsweise solche, die aus Abgasen verschiedener pyrometallurgischer Verfahren extrahiert wurde. Die Teilchengröße dieser Kieselsäure ist bevorzugt kleiner als 10 μπι. Nach 4« einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden von dieser Kieselsäure 0,3 bis 6% des Zementgewichtes zugesetzt.

Die günstige Wirkung der Kieselsäure beruht offenbar auf der Umsetzung der Kieselsäure mit dem -r> Calciumhydroxid, das sich bei der Hydratation der erwähnten Zementkomponenten bildet. Durch diese vorteilhafte Reaktion wird durch den Verbrauch eines Teiles des Calciumhydroxids nicht nur die Hydratation erhöht, sondern auch die Bildung von Calciumsilikathy- ">< draten verstärkt, die die Festigkeit des Betons steigern und damit die Brüche verhindern.

Um nicht nur eine bessere Benetzung des gesamten Gemisches, sondern auch eine bessere Verteilung der feineren Zementteilchen sowie der Kieselsäure zu ^r>'· erreichen, erwies es sich als vorteilhaft, dem Betongemisch ein Benetzungsmittel zuzusetzen. Einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zufolge wird das Benetzungsmittel in einer Menge von 0,0002 bis 1,0% des Zementgewichtes zugesetzt. Mi

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man als Benetzungsmittel einen lyotropen flüssigen Kristall dem Betongemisch zusetzt. Hierdurch wird nicht nur eine bessere Benetzung des gesamten Gemisches, sondern auch eine b^i:, bessere Verteilung der feineren Zementteilchen sowie der zugesetzten Kieselsäure erreicht.

Die Erfindung betrifft auch ein Mittel für Beton, das ein Vermischen, Gießen und Erhärten bei erhöhten Temperaturen ermöglicht. Das Mittel ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine gesättigte wäßrige Lösung von Natriumsulfat ist, die darin suspendiert 10 bis 80% feinteilige Kieselsäure, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mittels, enthält.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mittels besteht darin, daß es ein Benetzungsmittel in einer Menge von 0,0002 bis 2% des Gesamtgewichtes des Mittels enthält Durch das Benetzungsmittel wird die Kieselsäure in einer relativ stabilen Suspension gehalten.

Das Benetzungsmittel bewirkt im gesamten Betongemisch nicht nur eine bessere Verteilung der feineren Zementteilchen, sondern auch die der zugesetzten Kieselsäure.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben:

Beispiel 1

Beton wurde unter den nachfolgend angegebenen Bedingungen vermischt.

Betongemisch:

Zement (schnell erhärtender Zement) 24 kg

Kies (0 bis 8 mm) 34,75 kg

GroberZusch!ag(8bisl6mm) 13,10 kg

Grober Zuschlag (16 bis 23 mm) 39,25 kg

Verhältnis von Wasser zu Zement 0,42

Mischtemperatur 40⁰C

Dieses Betongemisch wurde in drei Ansätze unterteilt. Natriumsulfat wurde in der nachfolgenden Menge zugesetzt.

Ansatz Nr. 1: kein Zusatz

Ansatz Nr. 2: 1,1 Gew.-%, bezogen auf den Zement

Ansatz Nr. 3: 5 Gew.-%, bezogen auf den Zement.

Die Konsistenz dieser drei Ansätze wurde mit einem sogenannten Setzmeßgerät gemessen und das Ergebnis in Zentimetern angegeben. Die Konsistenz wurde auch mit einem sogenannten Vebe-Konsistenzmeßgerät gemessen und das Ergebnis in Sekunden angegeben. Die Daten dieser Messungen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

	5	Ansatz 2	Ansatz 3
Ansatz I
Setzmeßgerät-Konsistenz:	0	-	-
unmittelbar nach	0
dem Vermischen		6	8
nach 15 Minuten	2	2	4
nach 35 Minuten
Vebe-Konsistenz:	nicht	-	-
unmittelbar nach	gemessen
dem Vermischen	20	2	1
nach 15 Minuten
	7	5
nach 35 Minuten

Au·· diesen drei Ansätzen wurden Prüfkörper hergestellt. Die Prüfkörper wurden in einer Kammer gehärtet, in der die Temperatur wie folgt gesteigert wurde:

Zeit
(Stunden)

Temperatur
(K)

0	313
1	323
2	330
3	335
4	338

Die Druckfestigkeit der Prüfkörper wurde nach 2, 3 und 4 Stunden ermittelt und die Ergebnisse in der folgenden Tabelle aufgeführt Die Festigkeit ist in Pa angegeben, wobei jeder Wert ein Mittelwert aus zwei Prüfkörperbestimmungen ist.

	1	Nach	10*	Nach	10*	Nach	10*
	2		10*		10*		10*
Ansatz	3	2 Stunden	10*	3 Stunden	10*	4 Stunden	10*
Ansatz	8,92 ·	23,15 ·	28,74 ·
Ansatz	10,99 ·	23,94 ·	29,43 ·
	16,58 ·	28,74 ·	31,49 ■

551.0 g Wasser,

212.1 g Natriumsulfat Na₂SO₄ 10H₂O,

236.2 g kolloidale Kieselsäure,

0,7 g Nonylphenyl-polyoxyäthylenmonoglykoläther.

Das Natriumsulfat wurde in Wasser gelöst und das, Benetzungsmittel zugegeben. Nach gleichmäßigem Mischen wurde die Kieselsäure eingerührt

Beispiel 3

Beton wurde unter den folgenden Bedingungen gemischt Prüfkörper wurden von dem Betongemisch gegossen und in einem Wasserdampfbehälter bei der angegebenen Temperatur und Feuchtigkeit gelagert. Zwei Prüfkörper wurden nach bestimmten Zeitabständen entnommen und ihre Druckfestigkeit bestimmt. Nach vier Stunden wurden auch die restlichen Prüfkörper zum Erhärten nach einer Standardmethode (sogenanntes kombiniertes Erhärten) in eine Trockenkammer gebracht.

Ansatz Nr. 1 war für praktische Verwendung nicht geeignet, da sich der Beton zu schnell verfestigte. Der Ansatz Nr. 2 war bes;ser, weil sich die Erhärtung verzögerte, so daß der Beton in plastischem Zustand gemischt und gegossen werden konnte, und zweitens die Druckfestigkeit höher als die des Ansatzes 1 war. Diese Ergebnisse sind noch besser in dem Ansatz Nr. 3 mit dem höchsten Zusatz an Natriumsulfat.

Beispiel 2

Ein Mittel wurde in einem Ansatz von 1 kg folgendermaßen hergestellt:

Betongemisch	26 kg
Zement	32,2 kg
(schnell härtender Zement)
Kies (0 bis 8 mm)	48,6 kg
Grober Zuschlag	343 K
(8 bis 12 mm)	306 K
Wassertemperatur
Betontemperatur	0,43-0,44
Verhältnis von	nicht gemessen
Wasser zu Zement
Vebe-Konsistenz

Mittel

0,78 kg (3,0% des Zementgewichtes)

Mittels gemäß Beispiel 2
Erhärtung

338 K, 10% relative Feuchtigkeit

Druckfestigkeit
(Pa)

Testkörper	10*	Testkörper	10"	Mittelwert	10*
Nr. 1	10"	Nr. 2	10*		10*
35,32 ·	10*	33,16 ■	10"	34,24 ·	10*
38,85 ·	10*	39,93 ·	10"	39,43 ·	10*
41,40 ·	42,08 ·	41,74 ·
43,56 ·	44,44 ·	43,40 ·

2 Stunden nach dem Gießen

3 Stunden nach dem Gießen

4 Stunden nach dem Gießen

Nach kombiniertem Erhärten
während 24 Stunden

Vergleichsbeispiel 1

Beton wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 gemischt, jedoch ohne Mittel. Da das Betongemisch sich während des Mischens verfestigte, konnte es nicht mehr gegossen werden.

Beispiel 4

Beton wurde unter den folgenden Bedingungen gemischt. Prüfkörper wurden von dem Betongemisch gegossen und in einer Heizkammer bei der angegebenen Temperatur erhärtet. Nach 2, 3, 4, 5, 6 und 24 Stunden wurden die Prüfkörper unter Druck geprüft.

Die erhaltenen Festigkeitswerte sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Betongemisch

Zement (schnellhärtender Zement) 19,0 kg

Kies (0 bis 8 mm) 33,6 kg

G rober Zuschlag (8 bis 16 mm) 18,7 kg

Grober Zuschlag (16 bis 22 mm) 18,7 kg

Mischtemperatur 55" C

Verhältnis Wasser zu Zement 0,43

Vebe-Konsistenz 3,0 Sek.

Zusatzstoff:

0,88 kg (4,6% des Zementgewichtes (des Mittels gemäß Beispiel 2.

Erhärtung 0 bis 2 Std.

etwa 348 K. Danach adiabatische Erhärtung, wobei die Temperatur während 2 Stunden etwa 348 K betrug und dann nach insgesamt 19 Stunden auf 318 K abnahm, wonach die Prüfkörper aus der Heizkammer entfernt und bei 293 K erhärtet wurden.

Tabelle

Erhärtungszeit
(Stunden)

Druckfestigkeit (Pa)

1,96 ■ 10'' 15,70 · 10⁶ 31,39 · 10⁶

Hrhärtungszeit
(Stunden)

12

24

Druckfestigkeit (Pa)

37,67
40,22
41,20
44,15
49,44

10" 10" 10" 10" 10⁶

Vergleichsbeispiel 2

Beton wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 5, jedoch ohne Mittel gemischt. Da sich während des Mischens das Betongemisch verfestigte, konnte es nicht mehr gegossen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Betonprodukten, bei dem man das Betongemisch während des Mischverfahrens auf einer Temperatur von 303 bis 363 K hält das Betongemisch in eine Form gießt und den gegossenen Beton während wenigstens zwei Stunden auf einer Temperatur von 303 bis 363 K hält dadurch gekennzeichnet, daß man dem Betongemisch Natriumsulfat in einer Menge von 0,1 bis 5% des Zementgewichtes zusetzt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man dem Betongemisch außerdem Kieselsäure mit einer Teilchengröße kleiner als 10 μηι ein einer Menge von 0,05 bis 6% des Zementgewichtes zusetzt

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Betongemisch außerdem ein Benetzungsmittel in einer Menge von 0,0002 bis 1,0% des Zementgewichtes zusetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Natriumsulfat in einer Menge von 0,5 bis 1,5% des Zementgewichtes zusetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Benetzungsmittel einen lyotropen flüssigen Kristall zusetzt.

6. Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer gesättigten wäßrigen Lösung von Natriumsulfat besteht, die darin suspendiert 10 bis 70% feinteilige Kieselsäure, bezogen auf das Gesamtgewicht des Mittels, enthält.

7. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Benetzungsmittel in einer Menge von 0,002 bis 2% des Gesamtgewichtes des Mittels enthält.

8. Mittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als Benetzungsmittel einen lyotropen flüssigen Kristall enthält.