DE10331758A1

DE10331758A1 - Betonverdicker zum Verdicken einer Betonware, diese Betonware und Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE10331758A1
Application number: DE10331758A
Authority: DE
Inventors: Fritz Tollner
Original assignee: Remei & Co KG GmbH; Remei & Cokg GmbH
Current assignee: Remei & Co KG GmbH; Remei & Cokg GmbH
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2023-07-15
Also published as: DE10331758B4; CA2529722A1; EP1644299A1; WO2005007594A1; US20050011416A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betonware, wobei die Betonware einen Betonverdicker enthält, der die folgenden Komponenten umfaßt: a) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-%, eines Verdickungsmittels; b) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-%, eines Hydrophobieradditivs und c) Rest Wasser, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Betonware sowie einen Betonverdicker zum Verdicken einer Betonware.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Betonverdicker zum Verdicken einer Betonware, diese Betonware sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Betonware.

Betonwaren (Pflastersteine, Betonwerksteine) werden heute überwiegend zweischichtig produziert (Kernbeton und Vorsatzschicht). An die Vorsatzschicht werden dabei i. d. R. besondere Anforderungen (z. B. Farbgebung, mechanische Belastung, chemische Beaufschlagung, Witterungseinflüsse, Frost- Tausalzbeständigkeit u.a.m.) gestellt.

Nach DIN 18 501 müssen Betonpflastersteine eine mittlere Druckfestigkeit von 60 N/mm² aufweisen, kein geprüfter Einzelwert darf unter 50 N/mm² liegen. Betonpflastersteine nach DIN 18 501 gelten allgemein als widerstandsfähig gegen Frost- und Tausalzangriff, wenn sie den Anforderungen der Norm entsprechen, wobei die eingesetzten Zuschläge ausreichend widerstandsfähig gegen Frosteinwirkung sein müssen.

Weisen Betonerzeugnisse weiße Ablagerungen an der Oberfläche auf, so handelt es sich in den meisten Fällen um harmlose Kalkausscheidungen. Sie werden im allgemeinen Sprachgebrauch als Ausblühungen bezeichnet.

Kalkausblühungen sind bei zementgebundenen Erzeugnissen materialbedingt. Die Ursache ist darin zu sehen, daß alle Normzemente Kalkanteile enthalten. Zement ohne Kalk ist nicht denkbar, und es gibt keinen brauchbaren Beton, bei dem der Kalkgehalt so niedrig ist, daß eine Kalkausscheidung von vornherein unmöglich wäre. Ob und in welchem Umfang Ausblühungen auftreten, ist allerdings auch von der Witterung abhängig.

Chemisch handelt es sich bei den Ablagerungen um in Wasser gelöstes Kalkhydrat, das nach Verdunsten des Wassers und Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft als Calciumcarbonat auf der Betonoberfläche anfällt.

Die Güteeigenschaften von Betonpflastern und -bauteilen bleiben hiervon unberührt.

Ausblühungen (Kalkausscheidungen) auf Betonoberflächen entstehen oft bei kühler und nasser Witerung. Infolge Verzögerung des Erhärtungsverlaufs und dadurch einer besseren Löslichkeit von Calciumhydroxid hat das beim Hydratationsprozess des Bindemittels frei werdende Kalkhydrat durch den Kapillarporenraum des Betongefüges Gelegenheit, mit dem Anmachwasser gelöst an die Betonoberfläche zu wandern. Dort reagiert das Calciumhydroxid mit dem CO₂ der Luft, wodurch schwerlösliches Calciumcarbonat (CaCO₃) entsteht, welches auf der Betonoberfläche ausscheidet.

Durch extern eindringendes Fremdwasser (Regen-/Kondenswasser) werden Ausblühungen häufig stark gefördert. Je nach der Dichtigkeit des Betongefüges und der Verdunstungs-Geschwindigkeit kann Calciumcarbonat an der Oberfläche sichtbar, aber auch unsichtbar innerhalb des Gefüges im Porenraum vorkommen. Die Stärke der Ausblühungen hängt insbesondere vom Wasser-Zement-Wert ab, der unten näher erläutert ist.

Beton wird aus Zement, Wasser und Gesteinskörnungen hergestellt. Zur Beeinflussung bestimmter Betoneigenschaften können ferner Betonzusätze zugegeben werden. Frischbeton, d.h. Beton, der noch verarbeitet werden kann, wird eine gewünschte Form gegeben, die er im erhärteten Zustand, als künstlicher Stein, beibehält.

Die Gesteinskörnungen können natürliche Gesteinskörnungen, nicht gebrochen oder gebrochen, wie Sand, Kies, Brechsand, Splitt und Schotter, und industriell hergestellte Gesteinskörnungen, wie Hochofenbrechsand und Hochofenschlackensplitt, und Mischungen derselben umfassen.

Der für den Beton verwendete Zement ist ein hydraulisches Bindemittel. Er wird mit Wasser angemacht und erhärtet durch Hydratation sowohl an der Luft als auch unter Wasser. Der entstandene Zementstein ist wasserbeständig. Mischt man Wasser und Zement, so entsteht zunächst Zementleim. Dieser Vorgang findet beim Mischen des Betons statt. Der Zementleim umhüllt die Gesteinskörner, füllt die Hohlräume zwischen ihnen aus und macht den Frischbeton verarbeitbar. Durch Erhärten des Zementleims entsteht dann Zementstein, der die Gesteinskörner miteinander verkittet. Viele Materialeigenschaften des fertigen Festbetons hängen von den Eigenschaften des Zementsteins ab, insbesondere von dem Wasser-Zement-Wert (W/Z-Wert), d.h. dem Massenverhältnis von Wasser zu Zement. Der optimale W/Z-Wert beeinflußt beispielsweise die Festigkeit, die Ausblühneigung, die Frost-Tausalz-Beständigkeit, etc. des Festbetons.

Zum Härten des Betons (vollständige Hydratation) ist eine verhältnismäßig geringe Wassermenge notwendig. Aus der Betontechnologie ist allgemein bekannt, daß ein W/Z-Wert von 0,40 als dabei optimal anzusehen ist. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß der Zement nur eine Wassermenge von etwa 40 % seiner Masse binden kann (etwa 25 % chemisch und 15 % physikalisch). Jedoch kann ein W/Z-Wert von 0,40 auch nachteilig sein, da dann zum einen eine Konsistenz des Zementleims erhalten wird, die die Betonmischung schwierig zu verarbeiten macht, beispielsweise ist mit diesem W/Z-Wert eine Produktion in einem Rüttel-Preßverfahren nicht möglich, und zum anderen die aus einer solchen Betonmischung hergestellten Betonwaren formlabil werden, ausbauchen, nicht standfest sind und an den Formteilen ankleben.

Beim Rüttel-Preß-Verfahren wird der Beton (Hinterbeton oder Kernbeton) unter Vibration mittels Füllwagen in die entsprechende Form eingebracht und kurz verdichtet. Auf diesen Beton wird anschließend der Vorsatzbeton aufgebracht und die gesamte Mischung hydraulisch endverdichtet (Preßdruck) und ausgetragen (sogenannter zweischichtiger Aufbau). Bei einer einschichtigen Fertigung wird nur Vorsatzbeton verwendet. Die Vorteile eines Rüttel-Preß-Verfahrens bestehen in einer schnellen und homogenen Verdichtung, einem geringen Wasserzementwert und dadurch einer hohen Festigkeit der Betonprodukte, kurzen Taktzeiten und einer sofortigen Entschalung, vielfältigen Formgebungsmöglichkeiten, einer rationellen Herstellung der gewünschten Stückzahl und einer vollautomatischen Produktion.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die gattungsgemäße Betonware dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere eine Betonware bereitgestellt wird, bei der höhere W/Z-Werte eingestellt werden können, ohne daß zwangsläufig die Konsistenz des Betons wesentlich verändert wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Betonware, die einen erfindungsgemäßen Betonverdicker enthält, bereitzustellen.

Die erste Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Betonware einen Betonverdicker enthält, der die folgenden Komponenten umfaßt:

a) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Verdickungsmittels;
b) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Hydrophobieradditivs; und
c) Rest Wasser.

Bevorzugt ist das Verdickungsmittel ein organisches oder anorganisches Polymer.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Verdickungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen, Alginaten, Polyosen, Cellulosederivaten, Polycarbonsäuren, Polyethern, Polyiminen, Polyamiden, Kieselsäurederivaten, Zeolithen und/oder Kombinationen derselben, wobei Polyacrylate, Polyurethane, Cellulosederivate und Kieselsäurederivate bevorzugt sind.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß der Betonverdicker in der Betonware in einem Anteil von etwa 0,01 bis etwa 2,0 Gew.-%, bevorzugt von etwa 0,04 bis etwa 1,0 Gew.-% vorliegt.

Weiterhin ist bevorzugt, daß das Hydrophobieradditiv ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silanen, Siloxanen, Siliconen, Siliconaten, Fluorsilikaten, Hydrosilanen, Fettsäuren und deren Salze, Wachsen, Acrylharzen, Epoxidharzen, Polyurethanen, Wassergläsern (Alkalisilikate), Kieselsäureester und/oder Kombinationen derselben.

Ferner wird vorgeschlagen, daß der Betonverdicker Farbstoffe, wasserlösliche Polymere, Polymerdispersionen, oberflächenaktive Substanzen oder Mischungen derselben umfaßt.

Auch kann vorgesehen sein, daß die Betonware weitere Betonzusätze, wie Betonzusatzmittel und/oder Betonzusatzstoffe, enthält.

Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, daß die Betonzusatzmittel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Betonverflüssigern, Fließmitteln, Luftporenbildnern, Dichtungsmitteln, Verzögerern, Beschleunigern, Einpreßhilfen, Stabilisierern, Chromatreduzierern, Recyclinghilfen für Waschwasser und/oder Kombinationen derselben, und die Betonzusatzstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Trass, Gesteinsmehl, Steinkohlenflugasche, Silikastaub, Pigmenten und/oder Kombinationen derselben.

Erfindungsgemäß zeichnet sich die Betonware bevorzugt durch einen Wasser-Zement-Wert von etwa 0,3 bis etwa 0,5 bevorzugt etwa 0,4 aus.

Vorteilhaft ist Betonware vorgesehen, die in einem Rüttel-Preßverfahren hergestellt ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Betonware gelöst, welches die folgenden Schritte umfaßt:

i) Mischen von Zement, Gesteinskörnungen und Zugabewasser, und optional weiteren Betonzusätzen, wie Betonzusatzmitteln und/oder Betonzusatzstoffen, in einem Mischer; und
ii) anschließendes Zudosieren eines Betonverdickers zu der Mischung aus Schritt i), wobei der Betonverdicker die folgenden Komponenten umfaßt: a) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Verdickungsmittels; b) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Hydrophobieradditivs; und c) Rest Wasser.

Ferner kann vorgesehen sein, daß das Zudosieren des Betonverdickers über eine Entleerungspumpe und eine Sprühdüse in den Mischer erfolgt.

Auch wird ein Betonverdicker, insbesondere zum Verdicken einer Betonware, vorgeschlagen, der die folgenden Komponenten umfaßt:

Dabei ist das Verdickungsmittel bevorzugt ein organisches oder anorganisches Polymer.

Schließlich ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, daß das Verdickungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen, Alginaten, Polyosen, Cellulosederivaten, Polycarbonsäuren, Polyethern, Polyiminen, Polyamiden, Kieselsäurederivaten, Zeolithen und/oder Kombinationen derselben.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß einer gattungsgemäßen Betonware durch Zusatz eines erfindungsgemäßen Betonverdickers eine zusätzliche Menge an Wasser angeboten werden kann und das Abbindeverhalten des Betons wesentlich verbessert wird, ohne daß die daraus resultierende Konsistenz des Betons die Verarbeitbarkeit und Verwendbarkeit des Betons in bestimmten Herstellungsverfahren einschränkt. Die erfindungsgemäßen Betonwaren sind formstabil, bauchen nicht aus, sind standfest und kleben nicht an den Formteilen, ermöglichen also insbesondere ein frisches Entschalen der Betonware.

Bei der erfindungsgemäßen Betonware wird die große Menge an Wasser, die bei einem hohen Wasser-Zement-Wert in der Betonmischung vorhanden ist, wie einem W/Z-Wert von etwa 0,40, durch den Betonverdicker zunächst gespeichert und nach und nach zur Hydratation des Zements abgegeben. Dabei wird jedoch nur so viel Wasser abgegeben, wie zur Hydratation nötig ist, ein Wasserüberschuß mit den damit verbundenen Nachteilen wird vermieden.

Eine weitere wichtige Eigenschaft des erfindungsgemäßen Betonverdickers ist seine hydrophobe Einstellung durch ein vorhandenes Hydrophobieradditiv. Dieses Hydrophobieradditiv sorgt dafür, daß Wasser von außerhalb der Betonmischung abgestoßen wird und der Hydratationsprozeß zum Abbinden des Betons nicht negativ beeinflußt wird, nämlich durch eventuelle Verschiebung des Hydratationsgleichgewichts.

Durch Zusatz des erfindungsgemäßen Betonverdickers zu einer erfindungsgemäßen Betonware wird die Ausblühneigung des resultierenden Festbetons stark reduziert. Ferner wird die Betonfestigkeit erhöht, da eine erhöhte Wasserzugabe möglich ist. Des weiteren zeigt die erfindungsgemäß Betonware eine ausgezeichnete Verdichtungswilligkeit ohne Klebeerscheinungen, sowie eine hohe Grünstandsfestigkeit. Schließlich wird das Wassereindringvermögen verringert und eine hohe Frost-Tausalz-Beständigkeit erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist darauf hinzuweisen, daß eine direkte Dosierung des Betonverdickers direkt auf die Gesteinskörnungen, wie es allgemein im Zusatzmittelbe reich üblich ist, hier nicht möglich ist. Eine optimale Wirkung des Betonverdickers wird bevorzugt erzielt, wenn dieser auf die bereits fertige Mischung der Betonware dosiert wird. Die Dosierung erfolgt dabei bevorzugt mit einer Dosierwaage (Typ BPB, Beton- und Prüftechnik Blomberg GmbH & Co. KG, 32825 Blomberg) über eine Entleerpumpe und eine Sprühdüse in einen Mischer, der die Betonmischung enthält. Die Nachmischzeit mit dem Betonverdicker kann dabei etwa 30 Sekunden betragen. In dieser Zeit wird die eigentlich zu feuchte Betonmischung in eine, im KS-Verfahren verarbeitbare, Konsistenzstufe überführt, d.h. in eine steife, "erdfeuchte" Konsistenz mit niedrigem Wasserzementwert.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und dem darin aufgeführten Beispiel für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Betonware.
Eine typische Rezeptur für eine erfindungsgemäße Betonware ist wie folgt:
Zement: 380 kg/m³
Sand (Durchmesser der Sandkörner ≤ 2 mm): 1.320 kg/m³
Splitt (Durchmesser der Splitteilchen 1-3 mm): 510 kg/m³
Zugabewasser: 151 kg/m³
W/Z-Wert: 0,40
Betonverdicker: 1,14-1,90 kg/m³
Der Betonverdicker weist dabei eine Zusammensetzung auf aus etwa 30 Gew.-% Verdickungsmittel, etwa 30 Gew.-% Hydrophobieradditiv und dem Rest Wasser.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Betonware werden die genannten Bestandteile, mit Ausnahme des Betonverdickers, zunächst in einem Mischer vermischt. Nach entsprechender Vermischung wird der Betonverdicker, vorzugsweise über eine Sprühdüse, zudosiert und durch weitere Vermischung eine verarbeitbare Konsistenz erzielt.
Bei Verwendung der oben angegebenen Rezeptur wird schließlich eine Betonware erhalten, die die in der Beschreibung ausgeführten Vorteile und Eigenschaften aufweist.
Die in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Betonware, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonware einen Betonverdicker enthält, der die folgenden Komponenten umfaßt: a) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Verdickungsmittels; b) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Hydrophobieradditivs; und c) Rest Wasser.
Betonware nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel ein organisches oder anorganisches Polymer ist.
Betonware nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyurethanen, Alginaten, Polyosen, Cellulosederivaten, Polycarbonsäuren, Polyethern, Polyiminen, Polyamiden, Kieselsäurederivaten, Zeolithen und/oder Kombinationen derselben, wobei Polyacrylate, Polyurethane, Cellulosederivate und Kieselsäurederivate bevorzugt sind.
Betonware nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonverdicker in der Betonware in einem Anteil von etwa 0,01 bis etwa 2,0 Gew.-%, bevorzugt von etwa 0,04 bis etwa 1,0 Gew.-% vorliegt.
Betonware nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrophobieradditiv ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silanen, Siloxanen, Siliconen, Siliconaten, Fluorsilikaten, Hydrosilanen, Fettsäuren und deren Salze, Wachsen, Acrylharzen, Epoxidharzen, Polyurethanharzen, Wassergläsern (Alkalisilikate), Kieselsäureester und/oder Kombinationen derselben.
Betonware nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betonverdicker ferner Farbstoffe, wasserlösliche Polymere, Polymerdispersionen, oberflächenaktive Substanzen oder Mischungen derselben umfaßt.
Betonware nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonware weitere Betonzusätze, wie Betonzusatzmittel und/oder Betonzusatzstoffe, enthält.
Betonware nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonzusatzmittel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Betonverflüssigern, Fließmitteln, Luftporenbildnern, Dichtungsmitteln, Verzögerern, Beschleunigern, Einpreßhilfen, Stabilisierern, Chromatreduzierern, Recyclinghilfen für Waschwasser und/oder Kombinationen derselben, und die Betonzusatzstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Trass, Gesteinsmehl, Steinkohlenflugasche, Silikastaub, Pigmenten und/oder Kombinationen derselben.
Betonware nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Wasser-Zement-Wert von etwa 0,3 bis etwa 0,5, bevorzugt etwa 0,4.
Betonware nach einem der vorangehenden Ansprüche, die in einem Rüttel-Preßverfahren hergestellt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Betonware, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches die folgenden Schritte umfaßt: i) Mischen von Zement, Gesteinskörnungen und Zugabewasser, und optional weiteren Betonzusätzen, wie Betonzusatzmitteln und/oder Betonzusatzstoffen, in einem Mischer; und ii) anschließendes Zudosieren eines Betonverdickers zu der Mischung aus Schritt i), wobei der Betonverdicker die folgenden Komponenten umfaßt: a) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Verdickungsmittels; b) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Hydrophobieradditivs; und c) Rest Wasser.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zudosieren des Betonverdickers über eine Entleerungspumpe und eine Sprühdüse in den Mischer erfolgt.
Betonverdicker, insbesondere zum Verdicken einer Betonware, der die folgenden Komponenten umfaßt: a) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Verdickungsmittels; b) etwa 20 bis etwa 40 Gew.-%, bevorzugt etwa 30 Gew.-% mindestens eines Hydrophobieradditivs; und c) Rest Wasser.
Betonverdicker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel ein organisches oder anorganisches Polymer ist.
Betonverdicker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdickungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polyuret hanen, Alginaten, Polyosen, Cellulosederivaten, Polycarbonsäuren, Polyethern, Polyiminen, Polyamiden, Kieselsäurederivaten, Zeolithen und/oder Kombinationen derselben.