DE19853196A1 - Hydraulisches Bindemittel mit reduzierter Schwindung und seine Verwendung - Google Patents
Hydraulisches Bindemittel mit reduzierter Schwindung und seine VerwendungInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Bindemittel mit reduzierter Schwindung und seine Verwendung für die Herstellung von zementgebundenen Baukörpern, wobei das Bindemittel in einer Standardrezeptur zumindest enthält: gebrannten Ölschiefer, Zementklinker, Calciumsulfat, Siliciumdioxid, Alkalisulfat und Fließmittel.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Bindemittel, welches wegen seiner
schwindarmen bzw. leicht quellenden hydraulischen Erhärtung sehr vielseitig eingesetzt
und verwendet werden kann.
Als Schwinden bezeichnet man die Volumenverringerung von Zementstein bzw.
zementgebundenen Massen. Das Schwinden kann z. B. leicht die Bildung von netz
artigen, wie Spinnweben aussehenden Schwindrissen verursachen, die den Rissen von
austrocknendem Ton oder Schlamm ähnlich und wesensgleich sind. In beiden Fällen
kann das austrocknende Feststoff-Wasser-Gemisch der Volumenverringerung durch den
Verlust des Wassers nicht mehr durch ein plastisches Verformen folgen und reißt. Bei
hydraulisch erhärtenden Bindemitteln, wie z. B. Zement nach DIN 1164, kommt das
chemische Schwinden ohne Wasserverlust dazu, das man damit erklärt, daß das dem
Zement zugegebene flüssige Anmachwasser in dem Gitter der entstehenden
Hydratationsprodukte weniger Platz einnimmt als vorher.
Fig. 1 zeigt die Längenänderung eines üblichen Normalbetons unter kontrollierten
Bedingungen.
Entstandene Risse sind oft nicht nur optische Mängel, sondern begünstigen das
Eindringen von Wasser und Schadstoffen in die Baustoffe oder Bauteile, und stellen
damit direkte und indirekte Schädigungen und somit letztendlich eine enorme volks
wirtschaftliche Belastung dar. Zur Reduzierung der Bildung von Schwindrissen werden
schon seit vielen Jahrzehnten technologische (1), physikalische (2) und/oder chemische
(3) Möglichkeiten der Beeinflussung angewendet.
1) Technologisch sorgt z. B. bei Betonen eine geeignete Nachbehandlung durch längeres
Feuchthalten dafür, daß die großen freien Oberflächen vor Sonne, Wind und Zugluft,
z. B. mit geeigneten Folien, Matten oder Bewässerung durch Sprühnebel geschützt und
damit kaum oder gering austrocknungsgefährdet sind.
Derartige Nachbehandlungsmaßnahmen werden z. B. auch bei Zementestrichen ange
wandt. Insbesondere bei der Herstellung von schwimmendem Estrich wie auch von
Estrich auf Trennschicht werden durch eine weitere technologische Maßnahme, nämlich
die Unterteilung größerer Estrichflächen durch Dehnungsfugen bzw. Scheinfugen in
möglichst gedrungene Felder, die Bildung freier Schwindrisse kompensiert. Allerdings
kommt es dabei sehr auf die handwerkliche Erfahrung der Verarbeiter an, denn sind
Scheinfugen falsch eingebracht, kann es trotzdem zu der Bildung von Schwindrissen in
den Estrichflächen kommen. Außerdem ist eine derartige Nachbehandlung sehr zeit-
und damit sehr kostenintensiv.
2) Eine bewährte Form der physikalischen Beeinflussung zur Reduzierung der Schwind
rißbildung ist die Auswahl geeigneter Ausgangsstoffe und die Zusammensetzung der
hergestellten hydraulisch erhärtenden Baustoffe. Ziel dieser Maßnahmen ist immer die
Reduzierung des Anmachwassers und somit die direkte Reduzierung der
Austrocknungsgefahr. Zuschlagsart und -form, Kornverteilung, Zuschlaggrößtkorn,
Anteil an Abschlämmbarem usw. ermöglichen es z. B., Estrichmörtel mit möglichst
kleinem Wasserzementwert bzw. möglichst geringem Zementleimgehalt herzustellen.
Auch die Mahlfeinheit des verwendeten Bindemittels ist eine physikalische Einfluß
größe. Zur Herstellung von Zementestrich können z. B. alle Zemente nach DIN 1164
und bauaufsichtlich zugelassene Zemente verwendet werden, bevorzugt werden
allerdings Zemente mit mittlerer Mahlfeinheit, etwa zwischen 2800 cm2/g und
3500 cm2/g. Auch mit der Dauer und Intensität des Mischens oder mit der
Verarbeitungstemperatur kann das Längenänderungsverhalten hydraulisch erhärtender
Baustoffe beeinflußt werden, siehe "Rendchen K.: Technologie, Herstellung und
Anwendung von Zementestrich, TAE-Lehrgangsunterlagen Estriche im
Bauwesen 1995".
Eine weitere Einflußmöglichkeit ist die Zugabe physikalisch wirkender Zusatzmittel,
wie z. B. Fließmittel, Verflüssiger, Luftporenbildner usw. oder feinen Zusatzstoffen. In
der Druckschrift "Rendchen K.: Zusammensetzung und Eigenschaften von zement
gebundenem Fließestrich, Beton 39 (1989) H. 3, S. 111 ff", werden ausführlich die
Wirkung von Zusatzstoffen, wie z. B. Kalksteinmehl oder Flugasche und verschiedener
Fließmittel ausführlich beschrieben und erläutert. Wesentlich ist dabei die Reduzierung
des Anmachwassers und damit auch der Schwindneigung; eine schwindarme oder sogar
freie Erhärtung kann auf diese Art und Weise allerdings nicht bewirkt werden.
Da die Rißbildung u. a. auch durch die Behinderung von im Bauteil auftretenden
Spannungen verursacht wird, kann sie durch Verbesserung des elastischen Verhaltens
des Baustoffes, d. h. durch Reduzierung des Elastizitätsmoduls unterdrückt werden.
Praktikabel ist z. B. die Zugabe sogenannter Polymer- oder Kunststoffdispersionen; in
der Druckschrift "Alexanderson J.: Self-Smoothing Floors Based on Polymer Cement
Concrete, Concrete International, January 1990, S. 49 ff", wird über eine derartige
Anwendung berichtet. Aufgrund der notwendigen Zusatzmengen ist diese Möglichkeit
der Einflußnahme jedoch sehr teuer.
In der Druckschrift "Engstrand J.: Shringkage Reducing Admixture for Cementitious
Compositions, ConChem-Journal, 5. Jahrgang 5/97, S. 149 ff", wird die Möglichkeit
der Schwindungskompensation durch Verwendung leichtflüchtiger Alkohole in Pulver
form, z. B. Hexandiole, beschrieben. Dabei wird der effektive Wasser/Bindemittel-Wert
reduziert, weil sich der zum Erzielen der Verarbeitungskonsistenz notwendige Wasser
anspruch aus dem hydraulischen Anteil und dem leichtflüchtigen Anteil zusammensetzt.
Es wird berichtet, daß die durch Austrocknung bedingte Schwindung um ca. 40% nach
21 Tagen reduziert werden konnte - von 0,8 mm/m auf 0,47 mm/m. Die Wirkung ist
allerdings sehr stark abhängig von der verwendeten Zementart; auch diese Variante ist
für den praktischen Gebrauch zu teuer.
In DE-GM 295 03 540.4 wird eine Kombination der genannten Zusatzmittel zur Her
stellung eines Fließestriches auf Zementbasis in Form eines selbsttätig verlaufenden
selbstnivellierenden Mörtels mit geschlossener Oberfläche beschrieben. Dabei handelt
es sich um einen Werktrockenmörtel, d. h. ein Fertigprodukt aus Bindemittel, Zuschlag
stoffen und Zusatzmitteln, bei dem bevorzugt als Zement eine Mischung von Portland
zement und Schnellzement vorgesehen ist, damit das zur Verarbeitung notwendige
Wasser, - bereits reduziert in der Menge - durch die Zusammensetzung des Fließestrich
gemisches überwiegend chemisch gebunden und ein Schwinden durch Austrocknen
reduziert wird. Nachteilig wirken sich die hohen Materialkosten aus, die eine
Anwendung im normalen Wohnungsbau als Zementfließestrich schwimmend oder auf
Trennlage ausschließen. Untersuchungen der Anmelderin haben zudem gezeigt, daß
trotz aller Maßnahmen zur Schwindreduzierung eine Rißbildung in schwimmenden
Estrichen, insbesondere bei Estrichdicken < 35 mm, in Verbindung mit Auf
schlüsselungen auftritt. Zudem ist durch die Schnellabbindung eine normale Ver
arbeitung bei entsprechend langer Verarbeitungszeit nicht möglich.
Es ist Stand der Technik, nicht nur durch Werktrockenmörtel die Gefahr der Schwind
rißbildung zu reduzieren, sondern auch durch Herstellen sogenannter Werkfrischmörtel.
Nach der Druckschrift DE-GM 295 18 306 kommt ein Gemenge von gewaschenem
Sand in der Korngröße 0 bis 8 mm, Zement, Füller, einem Stabilisator und Wasser zum
Einsatz, das werksseitig mittels Zwangsmischer gemischt, mit Betonmischfahrzeugen
zur Baustelle transportiert und nach der Zugabe hochkonzentrierten Fließmittels
anschließend mittels Betonpumpe zum Einbauort gefördert wird.
Der Nachteil hierbei ist hauptsächlich ökologischer Art, da der Primärenergieverbrauch
infolge des Transports aller Komponenten sehr hoch ist und nicht eingebautes Material
wieder zurücktransportiert und entsorgt werden muß.
3) Unter den chemischen Einflußmöglichkeiten wird insbesondere die Beeinflussung der
chemischen Reaktionen der verwendeten hydraulisch erhärtenden Bindemitteln mit dem
Anmachwasser verstanden. Hierzu zählt die Zugabe besonderer Wirk- und Zusatzstoffe,
z. B. Beschleuniger, Verzögerer usw. und ganz besonders die chemische und
mineralogische Zusammensetzung des verwendeten Bindemittels. Die Entwicklung
besonders schwindarmer oder sogar leichtquellender Bindemittel war daher schon früh
von großer Bedeutung für die Praxis.
In der Druckschrift "Keil F.: Zement - Herstellung und Eigenschaften, Springer-Verlag
1971", wird berichtet, daß bereits 1940 mit den bis heute grundsätzlich ähnlichen
Mischungen aus üblichem Portlandzementklinker und einem Klinker aus Calcium-
Aluminat-Sulfat unter Zusatz von Hochofenschlacke als Moderator oder Stabilisator
begonnen wurde. In DE 44 10 850 wird z. B. ein Bindemittel für hydraulisch
abbindende Fließestriche oder Industrieböden beschrieben, das aus einer Mischung aus
Calciumsulfat, Hüttensand und reaktiven Aluminaten besteht und so neben hohen Früh
festigkeiten und ausreichender Oberflächenfestigkeit ein so geringes Schwindvermögen
beim Austrocknen und Endabbinden zeigt, daß kein Reißen oder Aufschlüsseln erfolgt.
Nachteilig bei der Verwendung der genannten Komponenten ist, daß sie relativ teuer
sind und nicht überall zur Verfügung stehen.
Insbesondere zur Herstellung rissefreier Zementfließestriche ist es Stand der Technik,
reaktive CaSO4-Verbindungen und Zement so miteinander zu mischen, daß eine größt
mögliche Ettringitbildung stattfindet, wodurch der Zementfließestrich schnell, risse-
und schwindungsfrei aushärtet. Hierüber wird z. B. in DE 44 10 130 berichtet. Nach
teilig bei dieser Erfindung ist, daß das Produkt fertig mit Kalksteingries-Zuschlägen
gemischt wird und somit nicht auf regional geeignete Sande zurückgegriffen werden
kann. Außerdem kann als Zement nur Portlandzement, Eisenportlandzement oder Hoch
ofenzement eingesetzt werden, nicht jedoch z. B. Portlandölschieferzement.
In EP 427 064 wird ebenfalls ein hydraulisches Bindemittel und seine vielfältigen
Verwendungsmöglichkeiten beschrieben. Auch dabei werden α-Calciumsulfat-Halb
hydrat und Zement sowie weitere Zusätze miteinander gemischt, wobei der Zement
dadurch gekennzeichnet ist, daß ein aluminatarmer Portlandzement HS nach DIN 1164,
C3A < 3% verwendet wird. Eine Verwendung von normalem Zement, also nicht
hochsulfatbeständig, mit höherem C3A-Gehalt ist nicht vorgesehen.
Darüber hinaus ist es Stand der Technik, die Schwindneigung durch sogenannte
Expansions- oder Quellzemente zu reduzieren. In DE 195 01 074 wird ein derartiges
Bindemittel beschrieben, das Portlandzement, Tonerdezement, Gips und insbesondere
Zitronensäure oder Weinsäure oder deren Salze enthält. Ein derartiges Bindemittel ist
für die Verfüllung von Hohlräumen, vorzugsweise bei der Herstellung von Boden
ankern oder Felsankern vorgesehen. Allerdings beträgt die Volumenexpansion 10 bis
20%, bei stabiler Wasserlagerung und Verarbeitungszeiten von 20 bis 40 Minuten. Die
niedrige Verarbeitungszeit und die hohe Volumenexpansion machen daher eine
Anwendung in Baustoffen wie Estrichen, Vergußbetonen, Stuckmörteln usw. unmög
lich.
In der Druckschrift "Kikas u. a.: Portland-Ölschieferzement als Quellzement, Wiss.
Zeitschrift der Bauhaus-Universität Weimar 42 (1996), 4/5, S. 165 ff", wird die Ein
stellung einer Quellung bis 40 mm/m, insbesondere zur Herstellung spezieller Quell-
und Spannzemente, beschrieben. Allerdings handelt es sich dabei um den sogenannten
Kukersit-Ölschiefer, der bei Temperaturen von 1300 bis 1400°C in Staubfeuerungen
verbrannt wird und dadurch einen Freikalk-Gehalt bis 14% und einen Calciumsulfat-
Gehalt bis 15% besitzt. Die erreichbaren Druckfestigkeiten und die beobachteten
Quellmaße können zur Herstellung schwindarmer Bindemittel auf der Basis von
Ölschiefer nicht herangezogen werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bindemittelmischung und
Möglichkeiten der Verwendung derselben zu schaffen, mit der ein schwindarmes oder
schwindkompensiertes Bindemittel hergestellt werden kann, das einen reduzierten
Wasseranspruch bei gleichzeitig gutem rheologischem Verhalten, Feuchtebeständigkeit,
Rißsicherheit und Temperaturunabhängigkeit gewährleistet und eine leichte zuverlässige
und wirtschaftliche Herstellung von Baustoffen daraus, unter Verwendung lokaler,
geeigneter Sande verschiedenster Kornverteilungen und Korngrößen zuläßt und damit
ökologisch weitere Vorteile schafft.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Bindemittelmischung
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Mischung und Verwendungsmöglichkeiten
werden in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß gelingt die Herstellung von schwindarmen Bindemitteln mit Binde
mittelmischungen, die gebrannten Ölschiefer, Zementklinker, Calciumsulfat, Silicium
dioxid, Alkalisulfat und Fließmittel enthalten. Weitere zweckmäßige Zusätze sind
Entschäumer, Verzögerer und Kunststoffdispersionen.
Vorteilhaft sind folgende Trockenmischungen:
- - 10 bis 20 Gew.-%, insbesondere 12 bis 16 Gew.-% gebrannter Ölschiefer nach DIN 1164, Teil 1, Abschnitt 4.5 und ENV 197,
- - 20 bis 50 Gew.-%, insbesondere 30 bis 45 Gew.-% Portlandzement-Klinker,
- - 15 bis 30 Gew.-%, insbesondere 20 bis 25 Gew.-% Steinkohle-Flugasche,
- - 15 bis 30 Gew.-%, insbesondere 20 bis 25 Gew.-% Anhydrit,
- - 0 bis 3 Gew.-%, insbesondere 2 bis 2,5 Gew.-% Fließmittel,
- - 0 bis 2 Gew.-% insbesondere 0,4 bis 0,8 Gew.-% Alkalisulfat,
- - 0 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 0,4 Gew.-% Entschäumer,
- - 0 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 0,6 Gew.-% Verzögerer,
- - 0 bis 3 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-% Kunststoffdispersionen.
Bei dem verwendeten Ölschiefer handelt es sich um bitumenarmen Posidonienschiefer
mit einem durchschnittlichen Gehalt an organischer Substanz von 10 bis 13%.
Der Ölschiefer wird nach entsprechender Aufbereitung im Wirbelschichtofen bei ca.
810°C gebrannt und anschließend sehr fein vermahlen. Vorzugsweise wird der
gebrannte Ölschiefer auf eine Mahlfeinheit gemäß DIN EN 196-6 nach dem Luftdurch
lässigkeitsverfahren (Blaine) von 6.000 bis 10.000 cm2/g gebracht.
Die chemische Zusammensetzung des gebrannten Ölschiefers ist abhängig von der
Geologie der Lagerstätte und dem Brennprozeß. Die Durchschnittsanalyse weist etwa
32% CaO, 36% SiO2, 11% Al2O3, 10% SO3, 7% Fe2O3 und geringe Mengen von
MgO, K2O und Na2O auf (Werte glühverlustbehaftet). Die mineralogische Zusammen
setzung ist u. a. beschrieben in "Rohrbach R.: Herstellung von Ölschieferzement und
Gewinnung elektrischer Energie aus Ölschiefer nach dem Rohrbach-Lurgi-Verfahren;
ZKG 7 (1989, Heft 7, S. 293 ff)". Bei der Reaktion im Wirbelbett im festen Zustand
entstehen Calciumsilikate (vornehmlich C2S), verschiedene Calciumaluminate und
Calciumsulfat. Neben ca. 4 bis 5% Freikalk enthält der gebrannte Ölschiefer noch
größere Mengen an reaktiver Kieselsäure.
Der gebrannte Ölschiefer ist selbst hydraulisch erhärtend und kann teilweise durch
latent-hydraulische Stoffe ersetzt werden. Ebenso ist es möglich, einen Teil des
gebrannten Ölschiefers durch Gesteinsmehle, insbesondere aus Kalkstein oder Kalk
mergel, zu ersetzen, sofern dadurch nicht die erwähnten wichtigen Anforderungen an
hydraulische Bindemittel mit reduzierter Schwindung beeinträchtigt werden.
Der verwendete Portlandzement-Klinker besitzt eine praxisübliche Klinkerphasen-
Zusammensetzung gemäß "VDZ-Zement-Taschenbuch 1984 (Bauverlag)" und ist durch
eine wesentlich geringere Mahlfeinheit gekennzeichnet. Vorzugsweise wird er auf eine
Mahlfeinheit von 2.700 bis 4.500 cm2/g nach Blaine gemahlen.
Gebrannter Ölschiefer und Portlandzement-Klinker werden erfindungsgemäß gemein
sam oder getrennt vermahlen. Bei getrennter Vermahlung werden beide Komponenten
in einer geeigneten Bindemittelmischanlage trocken homogen vermischt.
Bei der Steinkohlen-Flugasche handelt es sich um Flugasche für Beton gemäß EN 450.
Steinkohlen-Flugaschen mit Prüfzeichen werden bereits seit längerem als Betonzusatz
stoff oder als Bestandteil von flugaschehaltigen Zementen eingesetzt. Sie verbessern die
Betoneigenschaften durch physikalische und puzzolanische Wirkung. Der mittlere Korn
durchmesser der glasigen, überwiegend kugelförmigen Partikel sollte vorzugsweise
zwischen 1 bis 100, vorzugsweise 5 bis 20 µm liegen.
Als Anhydrit kann Natur-Anhydrit, synthetischer Anhydrit oder REA-Anhydrit einge
setzt werden. Damit die eingangs geforderten Eigenschaften eines hydraulischen Binde
mittels mit reduzierter Schwindneigung erreicht werden, werden an die Gleichmäßigkeit
und die Reinheit des verwendeten Anhydrits große Anforderungen gestellt. Daher wird
vorzugsweise sehr homogener, reiner REA-Anhydrit mit Reinheiten < 85%
eingesetzt.
Das verwendete Alkalisulfat dient als Beeinflussungskomponente für den
Reaktionsablauf. Alkalisulfate sind bekannt und dienen z. B. als Anreger in
konventionellen Calciumsulfat-Fließestrichen. Eine gezielte Verwendung in hydraulisch
gebundenen Baustoffen ist bisher jedoch nicht bekannt.
Als verflüssigende Komponente zur Reduzierung des Wasseranspruchs des Bindemittels
haben sich Betonverflüssiger oder Fließmittel auf der Basis von Ligninsulfonat, eines
Melamin-, Naphthalin-, Acrylsäure- oder Maleinsäure-Copolymers bewährt.
Vorzugsweise wird ein Melamin-Polykondensat auf Natriumsulfonatbasis eingesetzt.
Zur Einstellung der elastischen Eigenschaften des erhärtenden Festmörtels wird ein
redispergierbares Kunststoffdispersionspulver verwendet. Bewährt haben sich Acrylat-
Dispersionen und Homo- bzw. Copolymerisate auf Vinylacetat- oder Styrol-Basis oder
sogenannte Druckpolymerisat-Dispersionen. Vorzugsweise wird ein redispergierbares
Dispersionspulver eines Vinylacetat-Ethylen-Copolymers mit guter Verseifungsresistenz
eingesetzt.
Als Entschäumer werden Polyglykole oder Kombinationen von flüssigen Kohlenwasser
stoffen, Polyglykol und amorpher Kieselsäure eingesetzt. Bevorzugt werden
Polyethylenglykole in Pulverform verwendet.
Als Verzögerer werden anorganische Verbindungen, bevorzugt komplexe Phosphate
oder Alkalipyrophosphate, eingesetzt.
Angesichts der erfindungsgemäßen Wahl der Feststoffkomponenten und deren Mengen
bzw. der Zusammensetzung der Trockenmischung gelingt es überraschenderweise, ein
Bindemittel mit reduzierter Schwindung und daraus entsprechende Baustoffe herzu
stellen, die alle eingangs geforderten Eigenschaften wie reduzierter Wasseranspruch,
reduzierte Porosität, Anwendung lokaler geeigneter Sande, ökologische Vorteile usw.
erfüllen.
Erfindungswesentlich ist die entsprechend der eingangs genannten Zusammensetzung
des gebrannten Ölschiefers eingestellte Erhöhung des SO4-Anteils und des SiO2-Anteils
in Form der genannten Zusatzstoffe sowie die Einstellung und Regelung der
Alkalisulfatmenge. Dadurch wird die exakte Einstellung des Reaktionsablaufs einer
Ettringitbildung und eines entsprechenden Abbaus in der Lösungsphase und in der
erstarrenden/erhärtenden Phase ermöglicht.
Die bisher bekannten Schadensbilder in der festen Phase - Ettringitzerfall durch
Feuchte- und Temperaturschwankungen und damit verbundenen Festigkeitsverluste,
Volumenverminderung und Schwindung oder Ettringitbildung und damit
Treiberscheinung - werden somit erfindungsgemäß vermieden.
Der zugegebene Verzögerer reguliert die Abbindung und das Erstarren des eingesetzten
Portlandzementklinkers, insbesondere die typischen Reaktionen der Aluminat- und
Silikatphasen, damit die daraus entstehenden festigkeitsbildenden CSH-Phasen die oben
beschriebenen Reaktionen nicht stören.
Zweckmäßig kann das erfindungsgemäße Bindemittel zusätzlich geeignete Fasern, wie
z. B. Polypropylen-, Glas- oder Polyacrylnitril-Fasern enthalten. Versuche haben
gezeigt, daß durch Faserzugabe, insbesondere von alkalibeständigen Fasern die Neigung
zur Rißbildung von Baustoffen, hergestellt mit dem schwindarmen Bindemittel, weiter
reduziert werden kann.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels zur Herstellung
schwindungsoptimierter Zement-Estriche ist es zur Verbesserung der
Schwindreduzierung zweckmäßig, die Estriche auf Trockenschüttungen als Unterbau zu
applizieren. Dabei handelt es sich um Schüttungen aus Blähton bzw. Blähglas, die zum
Teil mit Zement stabilisiert wurden. Bei Messungen der Anmelderin wurden je nach
Ausgangskonsistenz somit Reduzierungen des effektiven W/Z-Wertes von bis zu 20%
(gemessen nach 6 h) festgestellt.
In den nachfolgenden Beispielen sind erfindungsgemäße Bindemittelformulierungen und
einige Verwendungen näher erläutert:
Die Komponenten werden homogen miteinander vermischt. Diese Gemische wurden in
verschiedenen Anwendungen als Bindemittel verwendet und die eingangs beschriebenen
Vorteile untersucht. Die Messungen wurden an sogenannten Schwindrinnen (Länge 1 m)
und überwiegend bei Lagerung in Klima gemäß DIN 18557 (20°C/65% r.F.)
vorgenommen.
Fig. 2 zeigt die unterschiedlichen Sieblinien der in den Anwendungen verwendeten
Kalkstein-Zuschläge.
Mit jeweils 57,65 Gew.-% der Körnung 0/8 B/C und 42,35 Gew.-% des Bindemittels
nach Beispiel 1a bzw. 1b wurden Feinbetone hergestellt, um den Einfluß der
Bindemittel-Zusammensetzung zu untersuchen.
Fig. 3 zeigt die gemessenen Längenänderungen bei unterschiedlicher Bindemittel-
Zusammensetzung. Mit der Standardrezeptur nach Beispiel 1a kann man schon eine
gute Schwindreduzierung erreichen. Für erhöhte Anforderungen können die weiteren
Zusatzmittel zur Herstellung des Bindemittels hach Beispiel 1b verwendet werden.
Fig. 4 zeigt den Einfluß der Bindemittelherstellung auf das Längenänderungsverhalten,
insbesondere die Verwendung eines gemahlenen Bindemittels im Vergleich zu einem
gemischten Bindemittel, gemessen am Feinbeton nach oben beschriebener Mischung mit
Bindemittel nach Beispiel 1a. Man erkennt, daß beide Herstellungsverfahren möglich
sind, die Herstellung des schwindarmen Bindemittels per Mischung jedoch
offensichtlich eine bessere Schwindkompensation sogar bis in den Bereich einer leichten
Quellung (ähnlich wie bei Calciumsulfatestrichen) bewirkt.
Vergußbetone eignen sich zur Verfüllung von bestimmten Mauerwerksbildnern, z. B.
Schallschutzziegeln, geeigneten Hohlbocksteinen mit außenseitig aufgebrachter Wärme
dämmung, usw. Insbesondere bei Steinen mit durchgängigen Stegen besteht bei her
kömmlichen Vergußbetonen Gefahr der Schwindung und Rißbildung.
Als erfindungsgemäßer Vorteil wurde die Anwendung verschiedener Kornverteilungen
bei verschiedenen Verarbeitungskonsistenzen genannt. Diese beiden Einflußfaktoren
wurden untersucht. Dazu wurden 57,65 Gew.-% Zuschläge der jeweiligen
Kornverteilung und 42,35 Gew.-% Bindemittel nach Beispiel 1b zu einem
verarbeitbaren plastischen Feinbeton in einem Freifallmischer gemischt.
Fig. 5 zeigt den Einfluß der Kornverteilung auf das Längenänderungsverhalten bei
steifer Verarbeitungskonsistenz.
Fig. 6 zeigt den Einfluß der Kornverteilung auf das Längenänderungsverhalten bei
plastischer Konsistenz.
Sowohl bei stark schwankender Kornverteilung als auch bei stark unterschiedlichen
Konsistenzen werden in allen Fällen leichte Quellmaße erreicht und damit eine
Schwindung der Baustoffe vermieden.
Ein erfindungsgemäßer Vorteil ist die Verwendung geeigneter lokaler Sande, wie es
z. B. in einem Transportbetonwerk möglich ist. Dort können unterschiedliche
Körnungen zum Einsatz kommen. Dieser Einflußfaktor wurde untersucht. Dazu wurden
im Mittel 55 Gew.-% des jeweiligen Zuschlags mit 45 Gew.-% Bindemittel nach
Beispiellb zu einem homogenen Feinbeton bzw. Mörtel mit nahezu gleichem
Wasseranspruch gemischt und verarbeitet.
Fig. 7 zeigt den Einfluß des Zuschlag-Größtkorns auf das Längenänderungsverhalten
dieser Mörtel. Es zeigt sich deutlich die Einstellung einer leichten Quellung unabhängig
vom verwendeten Größtkorn; eine Schwindung des Baustoffes wird nicht beobachtet.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist die Verwendung bei verschiedenen Klimata.
Dazu wurde das Längenänderungsverhalten eines fließfähigen Zementestriches der
Körnung 0/4 mm, hergestellt aus 54,65 Gew.-% Zuschlag und 45,35 Gew.-%
Bindemittel nach Beispiel 1b, im Labor bei 23°C - 50% r.F. sowie in der Praxis bei
einem konstanten Klima von 12°C - 80% r.F., untersucht. Dabei zeigt sich gemäß
Fig. 8 keine klimaabhängige Verschlechterung des Längenänderungsverhaltens, so daß
das erfindungsgemäße Bindemittel auch bei unterschiedlichen Klimata mit reduzierter
Schwindung einwandfrei funktioniert.
An Leichtmauermörtel LM21 nach DIN 1053, aber auch an Wärmedämmputze,
Außenstuckmörtel usw., also Baustoffe, die in solchen Dicken aufgetragen werden, daß
eine freie Schwindung in der Praxis möglich ist, werden hohe Anforderungen an
reduzierte Schwindeigenschaften gestellt. Aus diesem Grund wurden zwei Mörtel
hergestellt, aus jeweils 57,65 Gew.-% Zuschlag (Blähglasgranulat bzw. gebrochener
Kalksteinsand) und 42,35 Gew.-% Bindemittel nach Beispiel 1b und zu homogenen
Mörteln vermischt. Aufgrund des wesentlich höheren W/B-Wertes bei dem
hochwärmedämmenden Baustoff stellt sich eine leichte Schwindung ein. Im Vergleich
zu üblichen hochwärmedämmenden Baustoffen, bei denen Normalzement nach DIN
1164 verwendet werden, ist dieses Schwindmaß allerdings sehr gering.
Fig. 9 zeigt den Einfluß der Zuschlagsart auf das Längenänderungsverhalten der
beschriebenen Mörtel.
Leichtmauermörtel, hergestellt mit Zementen nach DIN 1164, besitzen aufgrund der
oftmals stark saugenden Leichtzuschläge und des zur Erreichung einer geeigneten
Verarbeitungskonsistenz notwendigen hohen Wasseranspruchs auch ein entsprechend
hohes Schwindmaß. Dies kann in vielen Fällen zur Rißbildung in der auf dem
Leichtmauerwerk aufgebrachten Putzschale führen. Die Verwendung des
erfindungsgemäßen Bindemittels für diese Anwendung bringt daher erhebliche
technische und volkswirtschaftliche Vorteile.
Aus diesem Grund wurde bei einem konventionellen Leichtmauermörtel LM21 nach
DIN 1053 das verwendete Bindemittel (CEM II/B-T 42,5 R) gegen das Bindemittel
nach Beispiel 1a im gleichen Massenverhältnis ausgetauscht.
Fig. 10 zeigt die gemessenen Längenänderungen an den Mörteln. Bei Verwendung des
erfindungsgemäßen Bindemittels kann das Schwindmaß um über 75% reduziert werden.
Claims (6)
1. Bindemittel für zementgebundene Massen, welches enthält:
- 1. gebrannten Ölschiefer
- 2. Zementklinker
- 3. Calciumsulfat
- 4. Siliciumdioxid
- 5. Alkalisulfat
- 6. Fließmittel.
2. Bindemittel nach Anspruch 1, welches zusätzlich enthält:
- 1. Entschäumer
- 2. Verzögerer
- 3. Polymerdispersion
3. Bindemittel nach Anspruch 2, welches enthält:
- 1. 10 bis 20 Gew.-%, insbesondere 12 bis 16 Gew.-% gebrannter Ölschiefer nach DIN 1164, Teil 1, Abschnitt 4.5 und ENV 197,
- 2. 20 bis 50 Gew.-%, insbesondere 30 bis 45 Gew.-% Portlandzement-Klinker,
- 3. 15 bis 30 Gew.-%, insbesondere 20 bis 25 Gew.-% Flugasche,
- 4. 15 bis 30 Gew.-%, insbesondere 20 bis 25 Gew.-% Anhydrit,
- 5. 0 bis 3 Gew.-%, insbesondere 2 bis 2,5 Gew.-% Fließmittel,
- 6. 0 bis 2 Gew.-% Alkalisulfat, insbesondere 0,4 bis 0,8 Gew.-% Natrium sulfat,
- 7. 0 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 0,4 Gew.-% Entschäumer,
- 8. 0 bis 1 Gew.-%, insbesondere 0,3 bis 0,6 Gew.-% Verzögerer,
- 9. 0 bis 3 Gew.-%, insbesondere 1 bis 2 Gew.-% Kunststoffdispersionen.
4. Bindemittel nach Anspruch 3, bei dem die Flugasche Steinkohlen-Flugasche für
Beton gemäß EN 450 ist und bei der der mittlere Korndurchmesser der glasigen,
überwiegend kugelförmigen Partikel zwischen 5 und 20 µm liegt.
5. Bindemittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zusätzlich Fasern,
insbesondere alkalibeständige Fasern wie Polypropylen-, Glas- oder
Polyacrylnitril-Fasern enthält.
6. Baukörperteil mit einem Zement-Estrich, der ein Bindemittel gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche enthält und einen Unterbau überdeckt, wobei der Unterbau
Blähton oder Blähglas, gegebenenfalls jeweils zumindest teilweise mit Zement
stabilisiert, umfaßt.
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|---|---|---|---|
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ID=7883225
Family Applications (1)
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| DE19853196A Withdrawn DE19853196A1 (de) | 1998-10-02 | 1998-11-18 | Hydraulisches Bindemittel mit reduzierter Schwindung und seine Verwendung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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-
1998
- 1998-11-18 DE DE19853196A patent/DE19853196A1/de not_active Withdrawn
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