DE2649709B2

DE2649709B2 - Leichtbeton und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2649709B2
Application number: DE2649709A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ruediger Dipl.-Chem. Dr. 8221 Palling Braun; Andre Paris Coin; Roland Maurepas Davril; Hans-Guenter Dipl.-Chem. Dr. 8223 Trostberg Rosenbauer
Original assignee: AUXILIAIRE D'ENTREPRISES PARIS Ste; SKW Trostberg AG
Current assignee: AUXILIAIRE D'ENTREPRISES PARIS Ste; Evonik Operations GmbH
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1979-11-22
Also published as: US4126470A; DE2649709A1; FR2364870B1; FR2364870A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Lciehtbetor mit niedriger thermischer Leitfähigkeit und guten mechanischen Festigkeiten sowie ein Verfahren /u seiner Herstellung.

Es ist bekannt, daß man zur Herstellung thermisch gut isolierter Bauten einen Beton verwenden kann, dem expandierte Zuschläge zugesetzt werden, um die thermische Leitfähigkeit zu erniedrigen. Darüber hinaus hat ein solcher Beton den Vorteil, leichter zu sein als ein klassischer Beton, wodurch wesentlich leichtere, nichttragende Elemente hergestellt werden können, welche den Aufwand an tragenden Baukörpern wesentlich reduzieren.

Bei der Herstellung solcher Leichtbetone stößt man auf mehrere gleichzeitig auftretende Schwierigkeiten;
ί I. Man erhält, wenn man versucht, die Dichte des Betons zu sehr zu verringern, eine zu geringe mechanische Festigkeit

2. Die Verwendung von expandierten Zuschlägen, die dem Beton zugesetzt werden, bewirkt, daß mit einer

ι η Bauwerksfeuchte gerechnet werden muß, die wesentlich über der Ausgleichsfeuchte liegt

3. Die Verwendung von expandierten porösen Zuschlagen bewirkt, daß der Beton durch Wasseraufnahme der Zuschläge sehr schnell ansteift. Deshalb müssen die Zuschläge entweder vorgenäPt werden oder man muß die Konsistenz durch erhöhte Wasserzugabe viel weicher einstellen, um beim Einbau die gewünschte Konsistenz zu erreichen. Daraus folgt, daß der Beton sein Wasser nur sehr langsam verlien, daß das

jii Ausschalen erst nach längerer Zeit vorgenommen werden kann und daß das Schwinden des Betons über einen zu langen Zeitraum erfolgt,

4. Die Zugabe von expandierten Zuschlägen zum Beton kann kaum einen homogenen Beton liefern, da im Moment des Verdichtens des Betous eine Entmischung der Zuschläge erfolgt, die dazu führt, daß die leichteren Zuschläge aufschwimmen und die Feinanteile sich im unteren Bereich zusammenballen. Dadurch entsteht ein Beton mit heterogenen Eigenschaften und Verdich-

jo tungsporen.

Um die geschilderten Schwierigkeiten zu beheben, hat man bereits vorgeschlagen, in den Beton zusätzlich zu den expandierten Zuschlägen, weiche die thermische Leitfähigkeit und seine Dichte verringern, einen Zusatz

)-, hinzuzufügen, der die Wassermenge, die zum Einbau des Betons notwendig ist, erniedrigt. Solche Zusatzmittel mit wasserredu/i'-render Eigenschaft erlauben, unter Beibehaltung aiii, übrigen Komponenten, die anzuwendende Anmachwassennenge zum Erhalt eines einge-

ID bauten Kubikmeters Beton zu verringern: Daraus resultiert, daß sich die Erhärtungszeit und damit die Ausschalfrist verringert, was sich durch eine Erhöhung der mechanischen Festigkeiten nach I, 7 und 28 Tagen ausdrückt. Es ergibt sich daraus weiterhin, daß die

r> Periode des Schwindens des Leichisbetons verringert wird, wobei sie von mehreren Jahren auf wenige Monate zurückgeht. Durch die Zugabe eines wasserreduzierenden Zusatzmittels wird jedoch nicht vermieden, daß der Beton porös und seine Bauwerksfeuchte hoch

,.ι bleibt, so daß er als feuerhemmende Barriere ungeeignet bleibt. Ferner läßt die Verwendung eines solchen Zusatzes nicht nur das Entmischen der expandierten Zuschläge im Moment des Verdichtens des Betons nicht vermeiden, sondern führt darüber hinaus sogar zu einer

,-, Verminderung der Homogenität des Betons, was auf einem Verflüssigungseffekt beruht, welcher die Entmischungbegünstigt.

Um die Schwierigkeiten zu beheben, die sich aus der Porosität und der Kapillarität des Betons ergeben, hat

w) man auch bereits vorgeschlagen, dem Leichtbeton außer dein wasserreduzierenden Mittel auch ein weiteres Ziisat/.mittei zuzufügen, das aus einem hydrophobierenden Produkt, wie z. B. einem Stearat, besteht und einen synergistischen Effekt zeigt (Tonind.

h-, Ztg. 95 (1971). 49). Die Zugabe eines solchen Produkts hydrophobiert den Beton derart, daß die Wiederaufnahme von Wasser nach dem Trocknen verhindert wird. Diese Hydrophobierung verhindert jedoch das Trock-

nen nicht und erlaubt konsequenterweise den Abgang von Wasserdampf im Verlauf des Erhärtens des Betons. Durch diesen Zusatz wurde der Leichtbeton zwar schon weitgehend verbessert, aber damit wurde noch nicht verhindert, daß sich der Beton während des Verdichtens entmischte und eine wenig homogene Masse bildete. Die vorliegende Erfindung hat daher zum Ziel, einen Leichtbeton zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu finden, welches das Problem der Entmischung der Betonkomponenten löst, indem erreicht wird, daß s;ich die feinen Anteile um die grobkörnigen Zuschlagsstciffe so fest anordnen, daß auch beim Verdichten keiine Entmischung erfolgt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen definierte Erfindung.

Als expandierte Zuschlagstoffe für den Leichtbeton kommen verschiedene natürliche und/oder künstlich hergestellte Produkte in Frage. Zu den natürlich vorkommenden Mineralien sind beispielsweise zu zählen: Bims, T'jff, Kieselgur, geblähte Mineralien wie Obsidian oder Schiefer. Zu den technisch herstellbaren Zuschlagen zählen z. B. Hochofenschlacke, Vermiculit, Perlit, Calciumsilikate, Schaumglas sowie organiüch geschäumte Stoffe auf Basis Polystyrol und Polyurethan. >i Eine bevorzugte Zusammensetzung des Leichtbetons enthält pro Kubikmeter eingebauten Betons

100 bis 1501 Blähtonsand mit einem Größtkorn < 2 mm und einer Rohdichte zwischen 0,70 und 0,78 kg/dm¹

250 bis 3001 Blähtonsand einer Korngröße von 1 bis 3 mm jnd einer Rohdichte von 1 bis 3 mm und einer Rohdichte von 0,62 bis 0,75 kg/dm³

180 bis 250 I Blähton mit einem Korn-ufbau zwischen 4 ^>Ί und 10 mm und einer Rohdichte von 0,47 bis 035 kg/dm^J

600 bis 7001 Blähschiefer mit einem Kornaufbau von 5 bis 10 mm und einer Rohdichte von 0,38 bis 0,45 kg/dm^{1 4n}

Wesentliche Komponente der Erfindung ist das komplexe Zusatzmittel. Das wasserreduzierende Miltel besteht mindestens aus einer Verbindung mit wr sssrreduzierender Wirkung. Mittel mit wasserreduzierender 4-, Wirkung sind bekannt. Verwendung finden für diesen Zweck insbesondere Sulfonsäuregruppen aufweisende Verbindungen wie Naphthalin-Formaldehyd- und Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte bestimmter Molekülgröße und Sulfonatgruppengehalts, Ligninsulfonate und Kombinationen von Salzen von Zuckersäuren mit Aminosäuren. Bevorzugt werden für die Erfindung jedoch Sulfonsäuregruppen enthalterde Melamin-Formaldehyd-Kondensationsprodukte verwendet, welche die Verdichtungswilligkeit des Betons -,-> erhöhen und somit dessen Verarbeitbarkeit verbessern.

Die Verwendung von Hydrophobierungsmitteln in Beton ist bekannt. Das hydrophobierende Mittel ist mindestens aus einer Verbi idung mit hydrophobiercnder Wirkung zusammengesetzt. Verwendet werden «> hierfür z. B. Paraffinöle, Wachse, Harze, natürliche Fettsäuren sowie synthetisch hergestellte, geradkettige und verzweigte Monokarbonsäuren mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen im Molekül. Zemente, die mit solchen Produkten gemischt werden, verleihen dem <,> Beton gute hydrophobierende Eigenschaften. Vorzugsweise verwendet man als Hydrophobierungsmittei Metallsalze von höheren aliphatischen Fettsäuren.

insbesondere Zink-, Calcium- oder Magnesiumsalze der Stearin-, Palmitin-, Laurin-, Caprin-, Capron-, ölsäure. Mit gleichem Erfolg lassen sich auch Silikone als Hydrophobierungsmittel einsetzen.

Als Polyalkylenglyko! verwendet man bevorzugt ein Polyäthylenglykol mit einem Molekulargewicht von 100 000 bis zu über 5 Millionen. Bevorzugt verwendete Produkte weisen in wäßriger Lösung bei 25° C in 0,3-mol-%iger Konzentration eine Viskosität von ungefähr 50 bis 150mPas und als l°/oige Lösuig eine Viskosität von ungefähr 2500 bis 3500 mPas auf.

Mit Hilfe des mineralischen Trägermaterials, das bevorzugt in dem komplexen Zusatzmittel enthalten ist, gelingt es, eine homogene Mischung der unterschiedlichen Komponenten herzustellen. Als mineralisches Trägermaterial verwendet man mindestens eine vorzugsweise feingemahlene Verbindung wie Calciumcarbonat. Calciumhydroxid, Dolomit, verschiedene Quarzqualitäten, Silikate oder Tone. Bevorzugt wird hierfür Zement, z. B. Portlandzement, eingesetzt

Das zur Herstellung des erfindungsgemäßen Leichtbetons niedriger thermischer Leitfähigkeit und guter mechanischer Festigkeit besonders geeignete Zusatzmittel enthält

von 10 bis 40 M.-Teile wasserreduzierendes Mittel
von 10 bis 40 M.-Teile hydrophobierendes Mittel
von 25 bis 100 M.-Teü*. mineralisches Trägermaterial
von 0,5 bis 5 M.-Teile Polyalkylenglykol.

Aus dem angegebenen Bereich, der von 1,5 bis 5% Zusatzmittel, bezogen auf die Zementmasse, geht, wählt man vorzugsweise ein Verhältnis zwischen 2 und 3 M.-°/o.

Bei einer bevorzugten Herstellungsweise für den erfindungsgemäßen Leichtbeton wird das komplexe Zusatzmittel den expandierten Zuschlagen und dem Zement in trockenem Zustand zugefügt. Das notwendige Anmachwasser wird erst später hinzugegeben. Man dosiert vorzugsweise 2 bis 3% des Zusatzmittels, bezogen auf die Zementmasse. Der Wasserzementwert liegt zwischen 0,30 und 0,50 und vorzugsweise zwischen 0,34 und 0,40. Der verwendete Zement ist ein Portlandzement, z. B. vom Typ Portlandzement PZ 350 F. Zur Herstellung eines Kubikmeters verdichteten und eingebauten Betons verwendet man vorzugsweise 250 bis 300 kg Zement sowie expandierte Zuschläge, die aus einer Mischung verschiedener Produkte unterschiedlicher Sieblinie zusammengesetzt sind.

Die erfindungsge.näß erhaltenen Vorteile beruhen auf der Verwendung eines komplexen Zusatzmittels, welches bewirkt, daß sich die kleinen Zuschläge um die großen anordnen, und daß die Zuschläge vor Zugabe zum Beton nicht befeuchtet werden müssen. Dadurch erreicht man eine Reduzierung der Rohdichte des erhaltenen Bstons. Die erfindungsgemäße Verwendung eines homogenisierenden Zusatzmittels, kombiniert mit Zusätzen mit wasserreduzierender und hydrophobierender Wirkung, führt nicht nur dazu, daß die qualitativen Vorteile, die jedem der Zusätze zugesprochen werden, aufrecht erhalten bleiben, sondern daß man zusätzlich einen synergistischen Effekt erreicht, so daß man einen Leichtbeton erhält, der eine gute thermische Isolation aufweist, homogen ist, schnell ausgeschaltet werden kann und eine gute Festigkeit besitzt.

Erfindungsgcmaß erhält iiuni einen homogenen Leichtbeton, der eine Rohdichte nach 7 Tagen erreicht.

die gleich oder niedriger als 1 ist und der gute mechanische Eigenschaften aufweist. Das Erhärten des Betons findet in einer genügend kurzen Zeit statt und man erhält mechanische Eigenschaften nach 7 Tagen, die deutlich über denen eines Betons liegen, der bei 5 ansonst gleicher Zusammensetzung nur ein Mittel mit hydrophobierender Wirkung nach dem Stand der Technik enthält Die Wirksamkeit des komplexen Zusatzmittels bei der Herstellung eines Leichtbetons beruht darauf, daß die kleinen Körner der expandierten Zuschlagstrffe die großen Teile dicht umhüllen, ohne daß irgendwelche Entmischung sichtbar wird.

Das erfindungsgemäß verwendete, homogenisierende Zusatzmittel verleiht dem Beton thixotrope Eigenschaften. Dadurch erhält der erfindungsgemäße Beton π beim Einbau eine gewisse Steifheit, so daß er auch von einer leicht geneigten Unterlage niciit abläuft, aber trotzdem über einen Zeitraum von wesentlich mehr als 1 Stunde gut verarbeitbar und einbaufähig bleibt.

Um die Erfindung und die dadurch erzielten Vorteile näher zu erläutern, wurden Vergleichsversuche durchgeführt. Hierau wurden unter völlig gleichen Bedingungen und Zusammensetzungen vier Leichtbetone hergestellt, deren Eigenschaften verglichen wm Jen.

Zur Herstellung der Betone mischt rnnn bei jedem 2ί Versuch in einem Zwangsmischer mit vertikaler Achse mit 350 U/Minute zunächst 30 Sekunden lang 280 kg Zement (Portlandzement CPA der Klasse 400) mit 1290 Litern expandierenden Zuschlägen und dem eventuell verwendeten Zusatzmittel. Danach gibt man das j» Anmachwasser in solcher Menge hinzu die gerade ausreicht, nach einer Mischzeit von weiteren 2 Minuten eine zum Einbau des Betons ausreichende Verarbeitbarkeit zu erzielen.

Die Zuschläge haben in allen Fällen die folgende r, Zusammensetzung:

1001 Blähtonsand

mit einer Korngröße < 2 mm
3001 Blähton ⁴"

rrv¹ einer Sicblinie zwischen 1 und J mm
2401 Blähton

mit einer Sieblinic zwischen 4 und 10 mm
6501 Blähschiefer

mit einer Sicblinie zwischen 5 und 10 mm. ^4l

Der so erhaltene Beton wird nach klassischen Methoden eingebaut und verdichtet.

Der Beton des Beispiels I wurde ohne Znsatzmittcl hergestellt.

Der Beton des Beispiels 2 enthält zusätzlich 7 kg eines Ziisatzmittcls bestehend aus

a) 1,4 kg eines Sulfonsäurcgruppcn enthaltenden Kondcnsationsprodiiktcs aus Melamin und Formaldehyd, wie es z.B. in der DH-PS 23 59 291 beschrieben wird.

b) 0,035 kg Poiyäthylenglykol mit einer Viskosität von 100 mPas in einer 0,3 M.-%igen wälirigen Lösung.

c) 5,565 kg eines pulverförmigen mineralischen Trägermaterials (Zement).

Der Beton des Beispiels 3 enthält die unter Beispiel 2 angegebene Menge des Sulfonsäuregruppen aufweisenden Melamin-Formaldehyd-Kondensationsproduktes sowie zusätzlich 2,24 kg Calciumstearat und 3 36 kg Zement.

Die Beispiele 1 bis 3 sind Vergleichsbeispiele.

Das Beispiel 4 entspricht dem erfindungsgemäßen Verfahren. Den Zuschlagsstoff und dem Zement werden 7 kg des Zusatzmittels zugegeben, das folgende Zusammensetzung aufweist:

a) 1,4 kg eines Sulfonsäuregruppen enthaltenden Melamin-Formaldehyd-Kondensationsproduktes

b) 2,24 kg Calciumstearat

c) 0,035 kg Poiyäthylenglykol

d) 3,325 kg Portlandzement als mineralisches, pulverförmiges Trägermaterial.

Wie in den Beispielen 1 b\r- 3 wurde soviel Anmachwasser zugegeben, daß nach einer Mischzeit von weiteren 2 Minuten eine ausreichende Verarbeitbarkeit zum Einbau des Betons erzielt wurde.

Die nachfolgende Tabelle 1 gibt die Versuchsergebnisse der nach den Beispielen 1 bis 4 erhaltenen Betone wieder. Die Werte der Zeile 1 zeigen, daß durch Verwendung von Zusatzmitteln nach dem Stand der Technik zur Erzielung einer gleichen Verarbeitbarkeit weniger Anmachwasser benötigt wird als für einen Beton ohne Zusatzmittel. Ohne weitere Erhöhung des Anteils an wasserreduzierendem Zusatzmittel wird durch Zugabe des erfindungsgemäßen, mehrere Komponenten enthallenden Zusatzmittels der Bedarf an Anmachwasser deutlich weiter verringert. Diese gleichzeitige Verwendung der Zusätze in dem mehrere Komponenten enthaltenden Zusatzmittel belegt den synergistischen Effekt, der erfindungegem?ß erhalten wird.

Zeile 2 zeigt, daß der crfindurigsgemäß zusammengesetzte Beton länger verarbeitbar bleibt als ein Beton ohne Zusatzmittel.

Aus den Zeilen 2 und 4 ist ersichtlich, daß die 7- und 28-Tage-Druckfcstigkciten des erfindungsgemäßen Betons höher sind als die jedes Verglcichsbctons Dies gilt auch für die I-. 7- und 28-Tagc-Bicgezugswerte, wie die Ergebnisse der Zeilen 5,6 und 7 beweisen. Dabei sind die Rohdichtc-Wcrtc nach 7 und 28 Tagen des erfindungsgemäßen Betons niedriger als die der Vcrglcichsbctonc (Zeilen 8 und 9).

Dementsprechend besitz! der crfinclungsgemäßc Beton die günstigste thermische Leitfähigkeit.

Bei Unterwasscrlagcrung hat der erfindungsgemäße Beton nach 28 Tagen weniger als 5% Feuchtigkeit aufgenommen Die Vei jrlcichsbctonc zeigen höhere Massenzunahmen.

Tabelle I	Beispiel I	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
	145 W)	121 75	121 40	101 75
I) Minimal notwendige Wasscrmcngc (in Litern) 2) Mögliche Verarbeitungszeit (in Minuten)

Fortsetzung

	Beispiel I	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel t
3) 7-Tage-Druckfesti\|skeit (in N/mm²)	9,7	10,7	9,8	12,0
4) 28-Tage-Druckfestigkeit (in N/mm²)	9,4	10,9	10,0	17,0
5) 24-Stunden-Biegej:ugfestigkeit (in N/mm²)	1,0	0,9	0,8	2,0
6) 7-Tage-Biegezugfestigkeit (in N/mm²)	1,6	1.8	1,7	2,4
7) 28-Tage-Biegezugfestigkeit (in N/mm²)	2.0	2,2	2,1	3,0
8) Rohdichte nach 7 Tagen (in kg/dm')	1.03	1,02	1,03	0,93
9) Rohdichte nach 2S! Tagen (in kg/dm¹)	1.02	1.02	1,02	0,89
10) Wänne-Leitrahigkeit (in W/m²)	0.32	0,33	0,32	0,24
II) Entmischung	stark	schwach	mittel	keine
12) Feuchtigkeitsaufnahme (Unterwasserlagerung während 28 Tagen)	>I5M,%	>10M,%	<5 M.-%	<5 Ni.-"

Claims

Patentansprüche:

1. Leichtbeton mit niedriger thermischer Leitfähigkeit und guten mechanischen Festigkeiten auf Basis von Zement, expandierten Zuschlagen, Anmachwasser, Mitteln mit wasserreduzierender Wirkung und Mitteln mit hydrophobierender Wirkung, dadurch gekennzeichnet, daß er in frischem Zustand je Kubikmeter verdichteten und eingebauten Betons UOO bis 14001 expandierte Zuschläge, 200 bis 350 kg Zement, 70 bis 175 kg Anmachwasser und 1,5 bis 5 Massen-%, bezogen auf die Zementmassc, eines komplexen Zusatzmittels enthält, welches aus dem Mittel mit wasserreduzierender Wirkung, dem Mittel mit hydrophobierender Wirkung, Polyalkylenglykol und gegebenenfalls einem mineralischen Trägermaterial besteht.

2. Beton nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmittel 10 bis 40 Massen-Teile eines wasserreduzierenden Mittels, 10 bis 40 fviassen-Tei'e eines hydrophobierenden Mittels, 0,5 bis 5 Massen-Teile Polyalkylenglykol und 25 bis 100 Massen-Teile mineralisches Trägermaterial enthält.

3. Beton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserreduzierende Mittel des komplexen Zusatzmittels ein Sulfonsäuregruppen enthaltendes Melamin-Formaldehyd-Kondensationsproduktist.

4. Beton nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobierende Mittel des komplexen Zusatzmittels ein Silikon oder Metallstearat, vorzugsweise Calciumstearat ist.

5. Beton nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Polyäthylenglykol einer Viskosität von 50 bis 150mPas in 0,3mol-%iger wäßriger Lösung bei 25° C.

6. Beton nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er 2 bis 3 Mol-% des komplexen Zusatzmittels, bezogen auf die Zementmasse, enthält.

7. Beton nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die enthaltenen expandierten Zuschläge Blähprodukte von natürlich vorkommenden Mineralien sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines Betons gemäß Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Zusatzmittel trocken mit den expandierten Zuschlagen und dem Zement vormischt und das notwendige Anmachwasser danach hinzugibt.

9. Verfahren zur Herstellung eines Betons nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserzementwert /wischen 0.30 und 0,50. vorzugsweise zwischen 0.34 und 0.40 eingestellt wird.