DE102005052817B3 - Verwendung einer Betonmischung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Beton, insbesondere einen Beton zur Herstellung von Abwasserrohren oder Kanalbauteilen.

Description

• Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Betonmischung zur Herstellung von Abwasserrohren oder Kanalbauteilen.
• An Betonmischungen, insbesondere solche zur Herstellung von Abwasserrohren und Kanalbauteilen, werden hohe Anforderungen gestellt. So sollten die Betonmischungen eine dem Formgebungsverfahren und der Bauteilgeometrie entsprechende Verarbeitungskonsistenz und eine der Produktionstechnologie entsprechende Frühfestigkeit sowie für den Nutzungszustand einen hohen Sulfatwiderstand aufweisen.
• Soweit es sich bei den aus der Betonmischung herzustellenden Formteilen um Abwasserrohre oder Kanalbauteile in abwassertechnischen Anlagen handelt, bei denen ein sehr hoher Widerstand gegenüber Sulfatangriff erforderlich ist, wird in aller Regel für die Herstellung des Betons ein Zement mit hohem Sulfatwiderstand verwendet, zum Beispiel CEM I 42,5 R-HS. Dabei beruht der erhöhte Sulfatwiderstand der Portlandzemente unter anderem auf der Begrenzung des Tricalciumaluminat-Gehaltes.
• Bevorzugt können auch Hochofenzemente als Bindemittel zur Herstellung eines Betons mit hohem Sulfatwiderstand eingesetzt werden. Bei diesen Hochofenzementen beruht der erhöhte Sulfatwiderstand insbesondere auf der mit dem hohen Hüttensandgehalt verbundenen erhöhten Dichte der Mörtelmatrix. Diese wird, bei Einhaltung weiterer betontechnologischer Randbedingungen, zum Beispiel durch Zemente nach DIN 1164 mit einem Hüttensandgehalt über 65 Masse-% im Zement erreicht.
• Die Herstellung von Betonteilen geschieht gewöhnlich in der Weise, dass ein Frischbetongemenge erdfeucht oder in plastischer bis weicher Konsistenz in Formen gefüllt und im Rüttelpressverfahren beziehungsweise mit Außen- und/oder Innenvibratoren verdichtet wird. Während Erzeugnisse aus erdfeuchter Betonmischung aufgrund ihrer Grünstandfestigkeit sofort entschalt werden können, haben Elemente aus plastischer bis weicher Betonmischung erst nach einer Erhärtungszeit von mehreren Stunden (in der Regel wenigstens 8 Stunden) eine Festigkeit erreicht, die es gestattet, die Form zu entfernen. Damit auch komplizierte und schlanke räumliche Formen qualitativ hochwertig gefertigt werden können, sollten bevorzugt jedoch solche Betonmischungen mit einer weicheren Konsistenz eingesetzt werden, etwa der Konsistenzklasse F6, oder selbstverdichtende Betonmischungen. Bei Einsatz entsprechend leicht verarbeitbarer Betonmischungen, die vorteilhafterweise wenig Rüttelenergie erfordern, ist jedoch eine wesentlich längere Erhärtungszeit notwendig, um die erforderliche Ausschalfestigkeit zu erreichen. Diese Betonmischungen weisen regelmäßig eine Erhärtungszeit zum Erreichen der Entschalfestigkeit auf, die deutlich über 8 Stunden liegt.
• EP 1 547 987 A2 offenbart einen Zement zur Erstellung von hydrophoben Bauteilen für sehr hohe Bauten oder Brücken. In DE 101 64 824 B4 wird eine Bindemittelmischung zur Verwendung im Feuerfestbereich beschrieben. Die in DE 298 25 081 U1 offenbarte Bindemittelzusammensetzung findet Verwendung als Spritzbindemittel.
• Die Fertigung, insbesondere von großen Bauteilen, erfolgt häufig in Fertigungshallen, die die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen nur bedingt ausgleichen. Umgebungs- und Frischbetontemperaturen um 10°C sind daher zu berücksichtigen.
• Zur Beschleunigung der Erhärtung kann eine Wärmebehandlung (Schnellhärtung) der Betonmischung vorgesehen sein. Diese Behandlung ist jedoch kostenintensiv und mit hohem technischem Aufwand verbunden.
• Auch das oben genannte Rütteln der Betonmischung ist mit einem hohen Aufwand an Maschinentechnik sowie, insbesondere aufgrund des hohen Einsatzes an Rüttelenergie sowie der Instandhaltung, mit einem hohen Kostenaufwand verbunden.
• Verglichen mit Portlandzement der gleichen Festigkeitsklasse verfügt Hochofenzement über eine geringere Frühfestigkeit. Eine Verwendung dieser Zemente für leicht verarbeitbare oder selbst verdichtende Betonmischungen, insbesondere mit erhöhten Anforderungen an die Frühfestigkeit, schließt sich daher regelmäßig aus. Eine verstärkte Wärmebehandlung zur Verkürzung der Erhärtungszeit schließt sich zum einen aus Kostengründen, zum anderen sowohl aus betontechnologischen Gründen (Sicherung der Dauerhaftigkeit durch Begrenzung der Betonkerntemperatur) als auch aus konstruktiven Gründen (Rissbildung) regelmäßig aus.
• Zur Herstellung von Betonformteilen wäre es sowohl für bereits bestehende Produktionsstätten, als auch für Neuinvestitionen vorteilhaft, auf die Vibrationsverdichtung (Rütteln) und Maßnahmen zur Schnellhärtung (Wärmebehandlung) verzichten zu können.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betonmischung zur Verfügung zu stellen, die sowohl eine hohe Frühfestigkeit als auch einen hohen Sulfatwiderstand aufweist.
• Eine weitere Aufgabe ist es, eine Betonmischung zur Verfügung zu stellen, die sich in einer Fertigungsform zur Fertigung eines Betonformteils ohne den Einsatz von Rüttelenergie verteilt und verdichtet.
• Auch ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Betonmischung zur Verfügung zu stellen, die ohne den Einsatz einer Wärmebehandlung eine hohe Frühfestigkeit entwickelt, möglichst eine Druckfestigkeit von mindestens 10 N/mm² im Prüfalter von 8 Stunden.
• Schließlich ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Betonmischung zur Verfügung zu stellen, die zur Herstellung von Abwasserrohren oder Kanalbauteilen verwendet werden kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Verwendung einer Betonmischung nach Anspruch 1 vorgeschlagen.
• Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass sich auf der Grundlage eines Bindemittels in Form eines Hochofenzements, der mit einem Verflüssiger auf Basis Polycarboxylatether kombiniert wird, ein Beton erstellen lässt, der den vorgenannten Anforderungen gerecht wird. Dabei liegt der Erfindung die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass eine Betonmischung der anmeldungsgemäßen Art selbstverdichtend ist und damit ohne den Einsatz von Rüttelenergie verdichtet sowie frühhochfest ist. Damit eignet sich der anmeldungsgemäße Beton in äußerst vorteilhafter Weise insbesondere auch zur Verwendung in einer Schalungsform, insbesondere zur Herstellung von Abwasserrohren oder Kanalbauteilen.
• Selbstverdichtende Betonmischungen sind zwar grundsätzlich bekannt. Unbekannt war bisher jedoch die anmeldungsgemäße Verwendung einer selbstverdichtenden, frühhochfesten Betonmischung auf Basis eines Hochofenzements mit hohem Sulfatwiderstand. Dies liegt insbesondere daran, dass Hochofenzemente nur äußerst langsam erhärten, insbesondere wesentlich langsamer als Portlandzemente. Zur Herstellung einer selbstverdichtenden Betonmischung ist jedoch die Zugabe eines Verflüssigers, wie beispielsweise Polycarboxylatether, notwendig. Durch die Zugabe eines Verflüssigers wird die Erhärtungszeit jedoch noch weiter erhöht, so dass bisher davon abgesehen wurde, selbstverdichtende Betonmischungen auf Basis eines Hochofenzementes anmeldungsgemäß zu verwenden.
• Wesentlich für die Erfindung war die Erkenntnis, dass selbstverdichtende Betone auf Basis eines Hochofenzementes dann erstellt werden können, wenn ihnen neben einem Verflüssiger zusätzlich ein Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger beigegeben wird.
• Solche Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger (BE) sind in der Betontechnologie zwar bekannt, sie führen aber ein „Schattendasein" und kommen kaum zur Anwendung. Dies liegt insbesondere daran, dass Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger häufig Chloride aufweisen, die die Stahlbewehrung eines Betons angreifen. Für Stahl- und Spannbeton dürfen daher chloridhaltie Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger grundsätzlich nicht eingesetzt werden. Weitere Nachteile bei einem bisherigen Einsatz von Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleunigern waren eine mögliche Herabsetzung der Endfestigkeit des Betons sowie eine Erstarrungsverzögerung statt einer -beschleunigung bei einer nur geringen Fehldosierung.
• Überraschend hat sich nunmehr herausgestellt, dass bei der anmeldungsgemäßen Verwendung die negativen Effekte eines Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleunigers in einem Beton nicht oder nur in wesentlich verringertem Maße zum Tragen kommen, wenn dieser Beton auf Basis Hochofenzement aufbaut und ferner Polycarboxylatether als Betonverflüssiger aufweist.
• Grundsätzlich kann ein beliebiger Erhärtungs- beziehungsweise Erstarrungsbeschleuniger (BE) nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Erhärtungsbeschleuniger auf Basis Silikat, Aluminat (beispielsweise Natriumaluminat), Carbonat, Nitrat (beispielsweise Natrium- oder Calciumnitrat), Formiat, Amin, Hydroxid und/oder Sulfat (insbesondere Aluminiumsulfat) eingesetzt werden. Dabei können beispielweise Salze organischer Säuren, beispielsweise Carbonsäuren, verwendet werden, zum Beispiel basische Natrium-, Kalzium- oder Aluminiumsalze.
• Besonders bevorzugt kann ein Erhärtungsbeschleuniger auf Basis von Calciumverbindungen, insbesondere auf Basis von organischen Calciumverbindungen eingesetzt werden. Nach einer Ausführungsform wird ein Erhärtungsbeschleuniger auf Basis des Calciumsalzes einer organischen Säure eingesetzt. Nach einer Ausführungsform wird ein Erhärtungsbeschleuniger des Typs Centrament Rapid (Marke der MC-Bauchemie Müller GmbH & Co. KG, Bottrop) verwendet.
• Neben Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger und Polycarboxylatether kann die Betonmischung für die anmeldungsgemäße Verwendung weitere Betonzusatzmittel aufweisen, beispielsweise wenigstens eines der folgenden Betonzusatzmittel: Luftporenbildner, Verzögerer, Stabilisierer, Chromatreduzierer, Einpresshilfe, Schaumbildner, Dichtungsmittel und/oder Recyclinghilfen. Beispielsweise kann die Betonmischung auch weitere Betonverflüssiger/Fließmittel aufweisen.
• Bei dem Bindemittel in Form eines Hochofenzements kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Hochofenzement, zum Beispiel nach DIN 1164 beziehungsweise nach Allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung, handeln, bevorzugt wird jedoch ein Hochofenzement des Typs CEM III/A eingesetzt Besonders bevorzugt kann ein Hochofenzement mit hohem Sulfatwiderstand (HS) eingesetzt werden (gemäß DIN 1164 Teil 10).
• Der Hochofenzement kann bevorzugt ein solcher mit niedrigem wirksamem Alkaligehalt (NA) sein (gemäß DIN 1164-10).
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Hochofenzement der Festigkeitsklasse 52,5 eingesetzt.
• Die Betonmischung kann beliebige Gesteinskörnungen enthalten. Bei den Gesteinskörnungen kann es sich um natürliches oder industriell hergestelltes körniges Material oder Mischungen hieraus handeln. Es können grobe und/oder feine und/oder feinste Gesteinskörnungen eingesetzt werden.
• Als weitere Komponente kann die Betonmischung beispielsweise einen oder mehrere Zusatzstoffe beinhalten.
• Nach einer Ausführungsform weist die Betonmischung Steinkohlenflugasche als Zusatzstoff auf.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Betonmischung Silikastaub als Zusatzstoff auf, bevorzugt Mikrosilika.
• Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Betonmischung einen äquivalenten Wasserzementwert im Bereich von 0,2 bis 0,45 auf, noch bevorzugter im Bereich von 0,25 bis 0,45 (gemäß DIN EN 206-1/DIN 1045-2).
• Bezogen auf einen m³ (Kubikmeter) verdichteten Frischbeton kann dieser beispielsweise die folgenden Anteile an Komponenten beinhalten:
  Hochofenzement beispielsweise 200 bis 700 kg, also beispielsweise auch 300 bis 600 kg, 300 bis 550 kg oder 350 bis 550 kg.
• Zusatzstoffe können beispielsweise in Anteilen bis 400 kg, also beispielsweise auch in Anteilen bis 300 oder 50 bis 200 kg vorliegen. Dabei kann Steinkohlenflugasche beispielsweise in Anteilen bis 200 kg, also beispielsweise in Anteilen von 50 bis 150 kg vorliegen. Mikrosilika, die bevorzugt in Form von Mikrosilikaslurry beigegeben wird, kann beispielsweise in Anteilen bis 80 kg, also beispielsweise in Anteilen von 20 bis 60 kg zugegeben sein.
• Zusatzmittel können beispielsweise in Anteilen von 2 bis 50 kg, also beispielsweise auch in Anteilen von 10 bis 30 kg im Beton vorliegen. Dabei kann Polycarboxylatether beispielsweise in Anteilen von 2 bis 20 kg, also beispielsweise auch in Anteilen von 2 bis 15 kg oder in Anteilen von 5 bis 15 kg vorliegen. Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger können beispielsweise in Anteilen von 2 bis 20 kg, also beispielsweise auch in Anteilen von 2 bis 15 kg oder von 5 bis 15 kg vorliegen.
• Gesteinkörnung kann im Beton beispielsweise in Anteilen von 1300 bis 1900 kg, also beispielsweise auch in Anteilen von 1500 bis 1800 kg oder 1500 bis 1700 kg vorliegen. Bevorzugt kann die Gesteinskörnung in mehreren Fraktionen vorliegen, beispielsweise in einer Fraktion von 0 bis 2 mm (0/2 mm) und in einer weiteren Fraktion von 2 bis 8 mm (2/8 mm). In einer Fraktion 0/2 mm können beispielsweise Anteile von 500 bis 800 kg und in einer Fraktion 2/8 mm beispielsweise Anteile 800 bis 1100 kg vorliegen.
• Nachfolgend wird eine beispielhafte Rezeptur für eine Betonmischung genannt:

  CEM III/A 52,5 N-HS/NA:	450 kg
  Steinkohlenflugasche:	100 kg
  Mikrosilikaslurry:	40 kg
  Polycarboxylatether:	8 kg
  Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger (Ca-Salz einer org. Säure):	9 kg
  Gesteinkörnung (0/2 mm):	643 kg
  Gesteinskörnung (2/8 mm):	965 kg

• Wasser wird der vorgenannten Rezeptur in einer Menge beigegeben, dass der äquivalente Wasser-Zement-Wert der vorgenannten Mischung 0,3 beträgt.
• Bezogen auf die mit Wasser angemachte Betonmischung kann diese beispielsweise die folgenden Anteile an Komponenten, jeweils angegeben in Masse-%, beinhalten:
  Hochofenzement beispielsweise 10 bis 35 %, also beispielsweise auch 15 bis 25 % oder 17 bis 21 %.
• Zusatzstoffe können beispielsweise in Anteilen bis 15 %, also beispielsweise auch in Anteilen bis 10 oder 3 bis 9 % vorliegen. Dabei kann Steinkohlenflugasche beispielsweise in Anteilen bis 10 %, also beispielsweise in Anteilen von 2 bis 6 % vorliegen. Mikrosilika, die bevorzugt in Form von Mikrosilikaslurry beigegeben wird, kann beispielsweise in Anteilen bis 5, also beispielsweise in Anteilen von 2 bis 4 % zugegeben sein.
• Zusatzmittel können beispielsweise in Anteilen von 0,1 bis 3 %, also beispielsweise auch in Anteilen von 0,3 bis 2 % oder 0,4 bis 1,5 % im Beton vorliegen. Dabei kann Polycarboxylatether beispielsweise in Anteilen von 0,1 bis 1,5 %, also beispielsweise auch in Anteilen von 0,1 bis 1 % oder in Anteilen von 0,1 bis 0,7 % oder 0,2 bis 0,4 % vorliegen. Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger können beispielsweise in Anteilen von 0,1 bis 1,5 %, also beispielsweise auch in Anteilen von 0,1 bis 1 % oder in Anteilen von 0,1 bis 0,8 % oder 0,3 bis 0,5 % vorliegen.
• Gesteinkörnung kann im Beton beispielsweise in Anteilen von 40 bis 85 %, also beispielsweise auch in Anteilen von 60 bis 80 % oder 65 bis 75 % vorliegen. In einer Fraktion 0/2 mm können beispielsweise Anteile von 22 bis 32 % und in einer Fraktion 2/8 mm beispielsweise Anteile von 35 bis 47 % vorliegen.
• Nachfolgend wird eine weitere beispielhafte Rezeptur, jeweils angegeben in Masse-%, für eine Betonmischung genannt:

  CEM III/A 52,5 N-HS/NA:	19,3 %
  Steinkohlenflugasche:	4 %
  Mikrosilikaslurry:	2 %
  Polycarboxylatether:	0,3 %
  Erstarrungs-/Erhärtungsbeschleuniger (Ca-Salz einer org. Säure):	0,4 %
  Gesteinkörnung (0/2 mm):	27 %
  Gesteinskörnung (2/8 mm):	41 %
  Wasser:	6 %

• Auch bei dieser Rezeptur führt die Wasserzugabe zu einem äquivalenten Wasser-Zement-Wert von 0,3.
• Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass der Beton im abgebundenen Zustand eine ausgezeichnete Oberflächenqualität besitzt. Die Oberflächen sind glatt und hochfest, so dass der Beton beispielsweise auch für Sichtflächen verwendet werden kann.
• Ferner besitzt der Beton eine hervorragende Frühhochfestigkeit. So liegt die Druckfestigkeit des Betons im Prüfalter von 8 Stunden bei mindestens 10 N/mm², also beispielsweise im Bereich von 10 bis 22 N/mm² oder 14 bis 18 N/mm², beispielsweise bei 16 N/mm² (gemäß DIN EN 12390-3).
• Schließlich hat sich herausgestellt, dass bei dem Beton die Frühfestigkeit auch bei Frischbetontemperaturen von 10°C und Umgebungstemperaturen von 8°C gewährleistet ist (gemäß DIN 12390-3).
• Bei der Betonmischung wird ein Verarbeitungsverhalten (Setzfließmaß) des Frischbetons im Bereich von 700 mm bis 850 mm über einen Zeitraum von minimal 30 bis 50 Minuten eingehalten (gemäß DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton, 'SVB-Richtlinie').
• Es hat sich herausgestellt, dass auf Basis der Betonmischung Formteile, die in Schalungsformen hergestellt werden, hervorragend erstellt werden können.
• Dabei ist die Betonmischung selbstverdichtend, so dass sie sich ohne die Anwendung von Rüttelenergie verdichtet. Ferner erreicht die Betonmischung ohne eine zusätzliche Warm- oder Dampfbehandlung eine hohe Frühfestigkeit.
• Es hat sich herausgestellt, dass die Betonmischung hervorragend zur Herstellung von Abwasserrohren oder Kanalbauteilen verwendet werden kann. Die Verwendung der Betonmischung zur Herstellung von Abwasserrohren oder Kanalbauteilen erfolgt in Formen, in die der Beton gefüllt wird; die Betonmischung verhält sich dort selbstnivellierend und selbstverdichtend. Nach maximal 8 Stunden kann das Beton-Bauteil der Form entnommen werden, da es zu diesem Zeitpunkt bereits eine ausreichende Festigkeit erreicht hat.

Claims (8)

1. Verwendung einer die Komponenten Hochofenzement, Verflüssiger auf Basis Polycarboxylatether, Erhärtungsbeschleuniger, Gesteinskörnung und Wasser enthaltenden Mischung als selbstverdichtende Betonmischung zur Herstellung von Abwasserrohren oder Kanalbauteilen in Schalungsformen.
2. Verwendung nach Anspruch 1 mit einem Hochofenzement des Typs CEM III/A.
3. Verwendung nach Anspruch 1 mit einem Hochofenzement mit hohem Sulfatwiderstand gemäß DIN 1164.
4. Verwendung nach Anspruch 1 mit einem Hochofenzement mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt gemäß DIN 1164.
5. Verwendung nach Anspruch 1 mit einem Hochofenzement der Festigkeitsklasse 52,5.
6. Verwendung nach Anspruch 1 mit einer weiteren Komponente in Form von Steinkohlenflugasche.
7. Verwendung nach Anspruch 1 mit einer weiteren Komponente in Form von Silikastaub, bevorzugt Mikrosilika.
8. Verwendung nach Anspruch 1 mit einem äquivalenten Wasser-Zement-Wert im Bereich von 0,25 bis 0,45.