DE102006034969A1

DE102006034969A1 - Verfahren zur Herstellung von mehrfarbigen, hochfesten Betonprodukten mit konturenscharfen Farbübergängen

Info

Publication number: DE102006034969A1
Application number: DE200610034969
Authority: DE
Inventors: Michael Heide
Original assignee: Heide Michael Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Heide Michael Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Mehrfarbige, hochfeste Betonprodukte mit konturenscharfen Farbübergängen lassen sich effizient bisher nur mit ebenen Oberflächen durch den Einsatz von Sägemaschinen nach der Aushärtung herstellen. Es werden zudem noch konkav und/oder konvex gewölbte Oberflächen gewünscht, die bisher einen zusätzlichen Fräsmaschineneinsatz erforderlich machten. Jede der einzelnen Farbkomponenten des Betonprodukts benötigt eine separat zu berücksichtigende Aushärtezeit, wenn konturenscharfe Farbübergänge gewünscht sind. Das hier vorgestellte Verfahren senkt die Herstellungszeit vom Gießen bis zur Aushärtung ca. auf ein Zehntel, macht den aufwändigen Säge- und Fräsmaschineneinsatz komplett überflüssig und eröffnet dadurch dem Material "hochfester Beton" weitere bisher nicht zugängliche Einsatzgebiete. Die Erfindung beruht auf der Weiterentwicklung der bestehenden Gestaltungs- und Herstellungsmöglichkeiten ebener mehrfarbiger Betonoberflächen zu frei gestaltbaren dreidimensionalen, mehrfarbigen und durchgefärbten Betonprodukten. Dies wird erreicht durch eine spezielle Rezeptur, verschiedenen zeitnah aufeinander folgenden Mischvorgängen, den damit erzielten unterschiedlichen Konsistenzen und dem anschließend ablaufenden chemischen Prozess (Exothermie) bei der Aushärtung des Hartgipses. Dieser exothermische Vorgang wirkt sich zudem beschleunigend auf die Aushärtung des Gesamtbetonprodukts aus. Hauptsächliche Verwendungsmöglichkeiten der hochfesten Betonprodukte sind in privaten und ...

Description

Das Verfahren zur Herstellung von mehrfarbigen, hochfesten Betonprodukten mit konturenscharfen Farbübergängen ist dort anwendbar, wo es auf eine Homogenität des Materials und ein hohes Gewicht ankommt und zudem auch eine glattwandige, optisch ansprechende und in die Tiefe wirkende Oberfläche ausdrücklich gewünscht wird.
Problemdarstellung
Farbige hochfeste Betonprodukte, wie zum Beispiel Feinsteinzeugfliesen, Betonplatten, Fassadenelemente werden mit zum Teil hohem maschinellem Aufwand industriell hergestellt. Diese haben zumeist ein zweidimensionales ebenes Erscheinungsbild. Mit der in Fachkreisen bekannten Tomolithtechnik¹ können mehrfarbige Betonprodukte im Blockgussverfahren hergestellt werden. Dabei entstehen aber nur Platten oder quaderförmige Produkte. Sollen diese Produkte aber konkav und/oder konvex gewölbte Oberflächen aufweisen, ist dies nur mit sehr hohem technischem Aufwand durch den Einsatz Fräsmaschinen möglich. Umgehen kann man diesen Aufwand für einfarbige Betonprodukte durch die Anwendung des Steingussverfahrens mit Kunststoff- oder Silikonformen. Damit verringert sich der Nachbearbeitungsaufwand nach der Aushärtung.
Werden aber um optischen und ästhetischen Ansprüchen gerecht zu werden zwei- oder vielfarbige Betonprodukte mit konturenscharfen Farbübergängen gewünscht, erhöht der zeitliche Aufwand auf der Herstellungsseite wieder, besonders durch langwierige aufeinander folgende Gießvorgänge und einzuhaltenden Aushärtezeiten pro Farbfraktion von 10 bis 24 Stunden bis zur Entformung.
Siehe auch Literaturquellen zum Stand der Technik: (1), (2) und (3)
Problemlösung
Mittels eines weiterentwickelten Herstellungsverfahrens für hochfesten Beton lässt sich die Produktion wesentlich effizienter gestalten. Außerdem sind Produkte von bisher nicht gekannter Qualität und Ausstrahlung mit neuen Formen und Funktionen herstellbar.
Verwendet wird das bekannte Steingussverfahren in Silikonformen. Die Anmischung verschiedenfarbigen Betons erfolgt in separaten Zwangsmischvorgängen und nahezu zeitgleich. Damit sich der verschiedenfarbige Beton beim Eingießen in die Form nicht vermischt und es zu unkontrollierten Farbgebungen oder Vermischungen kommt, werden die einzelnen Farbfraktionen mit verschiedenen Konsistenzen hergestellt. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die einzelnen Farbkomponenten nicht vermischen und ein sauberer konturenscharfer und der Position genau festgelegter Farbübergang entsteht und auch nach der Aushärtung erhalten bleibt. Andererseits verbinden sich die einzelnen Betonkomponenten durch den Feuchtigkeitsaustausch so fest miteinander, dass sie nach dem Aushärtungsprozess nur mit den bekannten Maschinen und Werkzeugen (Sägen, Fräsen, Bohren, Meißeln etc.) zu trennen sind, woraus sich die uneingeschränkte hohe mechanische Festigkeit ergibt. Wenn Betonprodukte zur zusätzlichen Sicherheit und/oder aufgrund von besonderen statischen Erfordernissen eine noch höhere Festigkeit aufweisen müssen, können problemlos Stahlarmierungen o. ä. durch Eingießen mit eingebettet werden.

Die unterschiedlichen Konsistenzen werden durch die verschiedenen Rezepturen beim Anmischen erreicht. Grundsätzlich gilt, je höher der Hartgipsanteil (25 bis 50 %), umso schneller erfolgt die Aushärtung (ab 10 min nach Mischende) mit kürzeren Entformungszeiten (ab 30 min nach Mischende), dass heißt, die zeitliche Konsistenzveränderung vom plastischen zum zähflüssigen und festen Zustand lässt sich durch die Rezeptur einstellen. Außerdem wird die Fließfähigkeit des zu mischenden Materials durch die Zugabe von Fließmitteln steuern (0,2 bis 1,2 %). Je höher der Fließmittelanteil, desto größer ist die Fleißfähigkeit während der plastischen Konsistenzphase. Die prozentuale Zusammensetzung der Rezepturen:

1 Zement oder selbstverdichtende Hochleistungsbindemittel	50 bis 75 % Massenteile (in ergänzender Wechselbeziehung zu 2)
2 Hartgips	25 bis 50 % Massenteile (in ergänzender Wechselbeziehung zu 1)
3 Fließmittel	0,2 bis 1,2 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2
4 Entlüfter	0,2 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2
5 zementechte Farbpigmente	bis 8 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2
6 Zuschlagstoffe (Sand), bei Bedarf	bis 20 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2
7 Wasser	19 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2

Der Mischvorgang sollte in Zwangsmischern mit mindestens fünfminütiger Mischdauer erfolgen.
Ausführungsbeispiel

Nachfolgend beschrieben wird ein vergleichsweise einfacher Anwendungsfall als Ausführungsbeispiel. Grundsätzlich sind alle Anwendungen realisierbar, bei dem das Betongussverfahren in Silikonkautschukformen gießtechnisch möglich ist. Zusätzlich sind Einbettungen von Armierungsstahl oder Lichtleitfasern für Hinweisfunktionen realisierbar. Bestandteile beim Mischvorgang:

1 Dyckerhoff Weißzement	75 % Massenteile
2 Hartgigs Giluform	25 % Massenteile
3 Fließmittel Maxiflow	1,0 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2
4 Entlüfter Optec 960	0,4 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2
5 10 zementechte Farbpigmente	8 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2
6 Wasser	19 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2

Die Dauer des Mischvorgangs im Zwangsmischer betrug pro Farbfraktion 5 Minuten.
Die Schale aus hochfestem Beton ist zehnfarbig, extrem porenarm und glattwandig, mit konturenscharfen Farbübergängen innerhalb von 12 Stunden hergestellt worden. Generell kann man pro Farbfraktion 20 bis 60 min Herstellungszeit ansetzen. Die technischen Daten sind: Gewicht ca. 330 g, kreisrund, Durchmesser 120 mm, Höhe 24 mm, geringste Materialstärke 4 mm.
Die in der Zeichnung dargestellten Ansichten sind im Einzelnen:
1 Draufsicht; die gepunkteten Linien zeigen die Grenzen zum jeweils andersfarbigen Beton
2 Seitenansicht; die gestrichelte Linie zeigt die verdeckte Außenkante; auf die Darstellung der Farbgrenzen durch gepunktete Linien wird aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet
3 Unterseitenansicht; die gepunkteten Linien zeigen die Grenzen zum jeweils andersfarbigen Beton
Die einzelnen farbigen Bestandteile (Farbfraktionen) sind:

1: weiß
2: ocker
3: orange
4: rot
5: hellblau
6: grün
7: dunkelblau
8: schwarz
9: grau
10: gelb

Vorteile

– effiziente Herstellung von mehrfarbigen hochfesten Betonprodukten mit konkav und/oder konvex gewölbten Außenflächen und konturenscharfen Farbübergängen
– optisch attraktives Erscheinungsbild der homogen durchgefärbten mehrfarbigen Betonprodukte
– glattwandige, extrem porenarme Außenflächen machen Betonprodukte für viele Anwendungsfälle im täglichen Leben nutzbar
– im Bereich des Herstellungsprozesses werden die Entformungszeiten von 10 Stunden auf 1 Stunde gesenkt
– daraus bewirkt eine schnellere allseitige Austrocknung und Härtung
– die ablaufende exotherme Reaktion bei der Aushärtung des Hartgipses begünstigt und beschleunigt die Aushärtung der Zementbestandteile; eine zusätzliche Wärmezufuhr von außen, wie bei der Herstellung von ultrahochfestem Beton üblich, entfällt komplett
– kostenintensive Fräsmaschinen werden für die Nachbearbeitung nicht benötigt; der Werkzeugverschleiß (Fräser) entfällt komplett

Literaturquellen:

(1) „Tomolith – Steinspielereien mit Betonwerkstein", Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Martin Möllmann in: http://dyckerhoffweiss.de/index.php?spr=de&m=art&txt=artikel11, 20.11.2005, Fachbeitrag
(2) „Nachhaltiges Bauen mit Ultra-Hochfestem Beton (UHPC) zur Leistungssteigerung, Umweltentlastung und Kostensenkung im Betonbau", Ausschreibung DFG-Schwerpunktprogramm, Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Schmidt, Universität Kassel, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau, Fachgebiet Werkstoffe des Bauwesens, 01.11.2004
(3) „Einfärben von Beton", Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Martin Möllmann in : http://dyckerhoffweiss.de/index.php?spr=de&m=art&txt=artikel01, 01.06.2006, Fachbeitrag

Claims

Das Verfahren zur Herstellung von mehrfarbigen, hochfesten Betonprodukten mit konturenscharfen Farbübergängen ist dadurch gekennzeichnet, dass durch unterschiedliche Konsistenzen (halbfest und flüssig) der aufeinander folgenden Mischvorgänge der verschiedenfarbige Beton sich zwar mechanisch während der Aushärtung in der Gießform fest miteinander verbindet, aber dennoch exakt vorbestimmte konturenscharfe Farbübergänge erhalten bleiben.
Das Verfahren zur Herstellung von mehrfarbigen, hochfesten Betonprodukten mit konturenscharfen Farbübergängen nach dem Hauptanspruch dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Konsistenzen durch unterschiedliche Rezepturen bei den Bestandteilen 1, 2 und 3 erreicht werden: 1 Zement oder selbstverdichtende Hochleistungsbindemittel 50 bis 75 % Massenteile (in ergänzender Wechselbeziehung zu 2) 2 Hartgips 25 bis 50 % Massenteile (in ergänzender Wechselbeziehung zu 1) 3 Fließmittel 0,2 bis 1,2 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2 4 Entlüfter 0,4 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2 5 zementechte Farbpigmente bis 8 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2 6 Zuschlagstoffe (Sand), bei Bedarf bis 20 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2 7 Wasser 19 % Massenteile, bezogen auf die Summe von 1 und 2
Das Verfahren zur Herstellung von mehrfarbigen, hochfesten Betonprodukten mit konturenscharfen Farbübergängen nach dem Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die ablaufende exotherme Reaktion während der schnellen Aushärtung des Hartgipses eine beschleunigte Aushärtung des Gesamtbetonproduktes zur Folge hat.