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WO2017167321A1 - Zementreduzierter beton und verfahren zur herstellung von zementreduziertem beton - Google Patents

Zementreduzierter beton und verfahren zur herstellung von zementreduziertem beton Download PDF

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WO2017167321A1
WO2017167321A1 PCT/DE2017/000076 DE2017000076W WO2017167321A1 WO 2017167321 A1 WO2017167321 A1 WO 2017167321A1 DE 2017000076 W DE2017000076 W DE 2017000076W WO 2017167321 A1 WO2017167321 A1 WO 2017167321A1
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WO
WIPO (PCT)
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cement
proportion
less
concrete
water
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2017/000076
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut ROSENLÖCHER
Dagmar TRETBAR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dattinger Florian
Halser Leopold
Original Assignee
Dattinger Florian
Halser Leopold
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dattinger Florian, Halser Leopold filed Critical Dattinger Florian
Publication of WO2017167321A1 publication Critical patent/WO2017167321A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0046—Premixtures of ingredients characterised by their processing, e.g. sequence of mixing the ingredients when preparing the premixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/005—High shear mixing; Obtaining macro-defect free materials
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of cement-reduced concrete according to the features of claim 1 and a cement-reduced concrete according to the features of claim 10.
  • the fines in the aggregates - with fines are particles with a size of less than 0.125 mm - have a high water retention capacity. Due to the water retention capacity of the fine fraction of conventional concrete production water is delivered in an insufficient amount of cement, so that the initially still liquid concrete is stiff and poorly workable.
  • a further object of the invention is to propose a cement-reduced concrete which meets the requirements of the technical regulations and the requirements with regard to processability.
  • the object is achieved with a method having the features of claim 1 and with a cement-reduced concrete having the features of claim 10.
  • Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features designated respectively in the subordinate claims.
  • the procedure is such that, in a first step, a proportion of water, a mineral content comprising cement and at least one cement substituent, and a proportion of flow agent are suspended in a suspension mixer to provide a binder suspension.
  • the mineral content may preferably contain particles of a size smaller than 0.125 mm.
  • a share of impactor in which the proportion of particles having a size smaller than 0.125 mm is less than 10%, preferably less than 5%.
  • the proportion of additive is mixed with the proportion of binder suspension.
  • the proportion of particles having a size smaller than 0.125 mm in the context of the invention may be referred to as fines or fines.
  • fines or fines the proportion of particles having a size smaller than 0.125 mm in the context of the invention.
  • cement-reduced fresh concretes can thereby be provided, which have improved flowability and, consequently, a higher settling flow rate and slump without the need to additionally supply water to the mixture.
  • the mineral content which is formed from a proportion of cement and at least a proportion of cement substituent, exclusively on particles having a size smaller than 0.125 mm.
  • a sand and / or gravel fines fraction with particles smaller than 0.125 mm can be used as the cement substituent, the sand used and / or the gravel used being provided as an additive in the second process step.
  • the separate suspension mixing of the mineral content which according to one embodiment of the method according to the invention can exclusively comprise particles with a size smaller than 0.125 mm, it is ensured in the first process step that the particles contained in the mixture are completely in contact with water come and thereby can form a water jacket around the particles.
  • clumping and agglomeration of particles can thereby be avoided, so that a particularly homogeneous binder suspension is provided.
  • the binder suspension in the third process step comes into direct contact with the surface of the coarser constituents of the aggregate and bonds them together without the properties of the binder suspension being influenced by further fines.
  • the concretes produced by the process according to the invention are suitable as ready-mixed concrete or as concretes for the production of precast concrete parts.
  • a concrete produced by the process according to the invention can be used as ready-mixed concrete.
  • a concrete mixture can be provided which is particularly suitable for the production of precast concrete parts.
  • the process according to the invention can be carried out by a dual concrete mixing technique in which, in the first step, the binder suspension, which can also be referred to as a glue component, is prepared in a separate suspension mixer under defined conditions.
  • the binder suspension may be provided at a stirring speed of a stirring tool of the slurry mixer of more than 600 rpm. Particularly advantageous is a stirring speed in the range of 600 rev / min to 1600 rev / min prove.
  • the binder suspension or glue component prepared in this way is combined with the additive (s) in a conventional mixer and mixed to form a homogeneous liquid concrete mixture.
  • ground minerals preferably limestone flour
  • dolomite, blast furnace slag, fly ash, silica fume and / or fine sand with a particle size smaller than 0.125 mm is / are used as the cement substituent.
  • inert and / or reactive additives such as trass, fly ash or silicate dust in the mineral content.
  • sand or gravel is used as an additive in which the proportion of particles having a size smaller than 0.125 mm is less than 10%, preferably less than 5%.
  • water and cement can be used in a proportion of less than 0.6, wherein a proportion of water and mineral content of less than 0.45 is maintained.
  • the numerical value of the proportion of water and cement is the quotient of the water content and the cement content.
  • the numerical value of the proportions of water and mineral content is the quotient of the water content and the mineral content.
  • a reduced cement content of less than 300 kg / m 3 , preferably less than 250 kg / m 3 can be used.
  • cement and cement substituent can be used in equal proportions, so be used in the same ratio. In this case, half of the usual cement content is replaced by the cement substituent. In this case, the quotient of the proportion of cement and cement substituent is 1, 0. As a result, concrete mixtures can be provided that meet the legal requirements with regard to emission limit values for carbon dioxide.
  • Aggregates such as sand or gravel usually contain fines (fractions with particle sizes smaller than 0, 125 mm) in the
  • Matrix is formed.
  • the fines in the aggregate in particular the proportions with particle sizes less than 0, 125 mm attributable to Bindeschleim or the Leimkomponente, as these in combination with the cement and other additives in the concrete mix as a carrier or as binder for the larger grain larger serve as 1, 0 mm.
  • the proportion of aggregate is provided by sieving a bulk material.
  • the sieved fines the so-called sieve bottom with a particle size smaller than 0.125 mm can be used as a cement substituent in the first step.
  • a vibrating screen with a hole size of up to 1 mm can be used.
  • a plurality of sieve steps with different hole sizes are carried out in order to obtain fractions having different particle sizes.
  • the provision of the aggregate can be carried out by sieving as a preparation step before the first process step or as an intermediate step.
  • the invention further comprises a cement-reduced concrete produced by the method according to the invention.
  • the cement-reduced concrete is a mixture of a proportion of binder suspension consisting of proportions of water, mineral, comprising cement and at least one cement substituent, and flow agent, and a proportion of aggregate, wherein in the aggregate, the proportion of particles having a size less than 0.125 mm is less than 10%, preferably less than 5%.
  • the cement substituent may be selected from a group consisting of limestone meal, dolomite, blastfurnace slag, fly ash, silica fume and fine sand having a particle size smaller than 0.125 mm.
  • suitable cement substituents has the advantage that the cement content of the concrete according to the invention can be reduced, with at the same time demanded technological properties or processing properties of the concrete can be met.
  • the aggregate can be sand and / or gravel and have a grain size of 1 mm or larger.
  • a flow agent may have a minimum proportion of 2 kg / m 3 .
  • the technological properties of the concrete mix can be influenced.
  • water and cement are maintained in a proportion of less than 0.6, wherein a proportion of water and mineral content of less than 0.45 is complied with.
  • the concrete of the invention may have a water cement value of less than 0.6.
  • the cement content may be less than 300 kg / m 3 , preferably less than 250 kg / m 3 .
  • cement and cement substituent are used in the same ratio.
  • Formulation examples 1 and 2 are shown, which correspond to the prior art.
  • Table A below shows two recipe examples 1 and 2 for concrete compositions according to conventional mixing technique for the production of 1 m 3 of concrete.
  • Table A is used as an aggregate sand or gravel with grain sizes from 0 to X mm, where X can assume values of 2 to 8.
  • Table B below shows two recipe examples 3 and 4 for concrete compositions according to the invention for the production of 1
  • a first step 140 kg of water and a mineral content which has a content of 250 kg cement CEM I 42.5 R and a content of 200 kg limestone flour, with the addition of 3.6 kg of a superplasticizer, such as Superplaticizer, in a suspension mixer at a speed of rotation of the agitating tool of 600 U / min suspended to 1600 rev / min, wherein a binder suspension is provided.
  • a second step 1620 kg of sand or gravel is provided as an aggregate, wherein the aggregate in the present example has a particle size of 1 mm to 8 mm and the proportion of particles having a size smaller than 0.125 mm is less than 10%.
  • the additive thus provided and the binder suspension provided in the first step are mixed together in a third step in a conventional mixer until a desired consistency is achieved.
  • the aggregate having the desired particle size can be produced directly by sieving. According to a further embodiment variant, however, it is also possible to provide for the use of a mixture of admixtures, wherein in the finished mixture the proportion of particles having a size smaller than 0.125 mm is less than 10%, preferably less than 5%. Ideally, sand or gravel is used as an aggregate that does not have any particles with a size of 0.125 mm.
  • a subset of these fines is replaced according to the invention by an increased proportion of concrete additives or binders, according to the present examples by limestone.
  • the surfaces of the mineral fines of the binder are activated by mechanical friction resulting from the suspension process to provide a reactive and stable water-binder suspension as a result.
  • This surface activation of the mineral fine constituents of the binder ensures that the concentrated binder suspension produced in this way can be used for a quality-optimized concrete mixture, but essentially for the bonding of the aggregates sand and gravel.
  • Table C compares another recipe example 6 for a concrete composition according to the invention for producing 1 m 3 of concrete by the process according to the invention and a formulation example 5 for a concrete composition according to a conventional preparation process.
  • Table C shows a recipe comparison C 30/37 XC2, F52, GK 22.
  • Table C Formulation example 5 Formulation example 6 (conventional manufacture (dual concrete mixing technique) nik (suspension concrete))
  • Table D shows another recipe compared SCC 40/50 B2 GK 16 mm, wherein Formulation Example 7 ff according to the conventional M M ilt ne r r ASOA ethod and Formulation Example 8 after dual concrete mixing technique (suspension concrete) is made.
  • Table E shows an optimization variant for C30 / 37 GK 8 mm
  • cement-reduced concretes meet the technological requirements and have improved processing properties.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zementreduziertem Beton, bei dem in einem ersten Schritt ein Anteil Wasser, ein Mineralstoffanteil, umfassend Zement und mindestens ein Zementsubstituent, und ein Anteil Fließmittel in einem Suspensionsmischer suspendiert werden, wobei eine Bindemittelsuspension bereitgestellt wird, und in ein zweiten Schritt ein Anteil Zuschlagstoff bereitgestellt wird, bei dem der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % beträgt, und der Anteil Zuschlagstoff mit dem Anteil Bindemittelsuspension in einem dritten Schritt vermischt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein nach dem Verfahren hergestellten zementreduzierten Beton.

Description

Zementreduzierter Beton und Verfahren zur Herstellung von zementreduziertem Beton
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zementreduzierten Beton nach den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen zementreduzierten Beton nach den Merkmalen des Anspruchs 10.
Beton zählt weltweit zu den am meisten verwendeten Baustoffen. Infolge wachsender Industrialisierung und durch die zunehmende Urbanisierung ist in der Vergangenheit ein stetig wachsender Betonverbrauch vor allem in Schwellenländern zu verzeichnen. Dies hat jedoch negative Folgen für die Umwelt. So wird davon ausgegangen, dass die Herstellung von Zement als Bestandteil von Beton derzeit 7 Prozent der globalen Kohlendioxidemissionen verursacht. Es wird daher versucht, den Verbrauch von Zement durch Verringerung des Zementanteils im Beton zu senken. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Zement durch Stoffe, wie beispielsweise Kalksteinmehl, Dolomit, Flugasche, oder Hüt- tensand substituiert wird, die bei ihrer Herstellung wesentliche geringere Kohlendioxidemissionen verursachen. Bei der praktischen Umsetzung von zementreduzierten Betonmischungen hat sich jedoch gezeigt, dass mit abnehmenden Zementwerten auch der Wasseranteil reduziert werden muss, wodurch die Verarbeitungsfähigkeit des Frischbetons ungünstig beeinflusst wird.
Der derzeit bekannte Stand der Technik ist durch die Offenlegungsschrift DE 10 2012 105 071 A1 dokumentiert, die einen Transportbeton mit einem geringen Zementgehalt offenbart. Nachteilig ist, dass die dort beschriebenen Betonmischungen die Anforderungen an Betone nach DIN EN 206 in Bezug auf die nach diesem Standard zulässigen Wasser / Zementwerte nicht oder nur im eingeschränktem Umfang erfüllen. An Hand der in DE 10 2012 105 071 A1 angeführten Rezepturbestandteile ist ersichtlich, dass die Qualitäten der resultierenden zementarmen Betone in der Regel nicht den Erfordernissen entsprechen, da die durch die Einsparungen verursachten zu hohen Wasser/Zementwerte teilweise außerhalb der DIN EN 206 liegen. So ist davon auszugehen, dass eine Herstellung von zementreduzierten Betonen mit konventioneller Mischtechnik nur im beschränktem Umfang erreicht werden kann oder zu unbefriedigenden Ergebnissen in Bezug auf die resultierenden Be- tonqualitäten führt.
Es ist bekannt, dass die Feinanteile in den Zuschlagstoffen - mit Fein- anteilen sind Partikel mit einer Größe von weniger als 0,125 mm gemeint - ein hohes Wasserrückhaltevermögen aufweisen. Auf Grund des Wasserrückhaltevermögens des Feinanteils wird bei der konventionellen Betonherstellung Wasser in nicht ausreichender Menge an dem Zement abgegeben, so dass der anfangs noch flüssige Beton steif und schlecht verarbeitungsfähig wird.
Um eine den Erfordernissen entsprechende Verarbeitungsfähigkeit zu erreichen, muss der Frischbetonmischung zusätzliches Wasser zugeführt werden. In der Gesamtmischung, die in der Regel aus Sand, Kies, Zement, Wasser und Additiven besteht, führt das Wasserbindevermö- gen der Feinanteile in den Zuschlägen zu einem für den hydraulischen Abbindeprozess nicht notwendigen Wasserüberschuss. Somit sind generell Feinanteile in den Zuschlägen für die Betonherstellung störend, insbesondere, weil mit der konventionellen Mischtechnik bei sehr langsam laufenden Mischwerkzeugen bis circa 100 U/min eine direkte Aufarbeitung dieser Anteile nicht erreicht werden kann.
Um eine möglichst hohe Betonqualität bei gleichzeitig maximaler Zementsubstitution zu gewährleisten, muss die Reduzierung des Zementanteils im Äquivalent mit der Reduzierung des Wasseranteils unter Beibehaltung der Verarbeitungsparameter der resultierenden Frischbetone technologisch beherrschbar gemacht werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, nach dem ein zementreduzierter Beton hergestellt werden kann, der den Erfordernissen der technischen Regelwerke und den Erfordernissen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit entspricht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen zementreduzierten Beton vorzuschlagen, der den Erfordernissen der technischen Regelwerke und den Erfordernissen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit entspricht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem zementreduzierten Beton mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit jeweils in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von zementreduziertem Beton wird so vorgegangen, dass in einem ersten Schritt ein Anteil Wasser, ein Mineralstoffanteil, der Zement und mindestens ein Zementsubstituent umfasst, und ein Anteil Fließmittel in einem Suspensionsmischer suspendiert werden, wobei eine Bindemittelsuspension bereitgestellt wird. Dabei können im Mineralstoffanteil vorzugsweise Partikel mit einer Größe kleiner als 0,125 mm enthalten sein. In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Anteil Zu- schlagstoff bereitgestellt, bei dem der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % beträgt. In einem dritten Schritt wird der Anteil Zuschlagstoff mit dem Anteil Bindemittelsuspension vermischt.
Zum besseren Verständnis kann der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm im Sinne der Erfindung als Feinanteil oder Feinstoffanteil bezeichnet werden. Überraschend hat sich gezeigt, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Einsatz von Zuschlagstoffen mit weniger als 10 % Feinanteilen, das heißt mit weniger als 10 % Partikel mit einer Größe kleiner 0,125 mm, zement- und wasserreduzierte Betone bereitgestellt werden können. Denn durch das Fehlen dieser Feinanteile im Zuschlagstoff wird die separat unter definierten Bedingungen bereitgestellte Bindemittelsuspension beim Mischen mit dem Zuschlagstoff nicht mit weiteren Feinpartikeln verunreinigt, so dass die Funktion der Bindemittelsuspension als Leim zum Verkleben der Zuschlagkörner nicht beeinträchtigt wird.
Vorteilhafterweise können dadurch zementreduzierte Frischbetone bereitgestellt werden, die eine verbesserte Fließfähigkeit und demzufolge ein höheres Setzfließmaß und Ausbreitmaß aufweisen, ohne dass der Mischung zusätzlich Wasser zugeführt werden muss.
Vorzugsweise weist der Mineralstoffanteil, der aus einem Anteil Zement und mindestens einem Anteil Zementsubstituent gebildet ist, ausschließlich Partikel mit einer Größe kleiner als 0,125 mm auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Zementsubstituent ein Sand- und/oder Kies-Feinanteil mit Partikeln kleiner 0,125 mm eingesetzt werden, wobei der verwendete Sand und/oder der verwendete Kies als Zuschlagstoff im zweiten Verfahrensschritt bereitgestellt wird/werden.
Durch das separate Suspensionsmischen des Mineralstoffanteils, der gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausschließlich Partikel mit einer Größe kleiner als 0,125 mm aufweisen kann, wird im ersten Verfahrensschritt gewährleistet, dass die in der Mischung enthaltenen Partikel vollständig mit Wasser in Berührung kommen und sich dabei eine Wasserhülle um die Partikel bilden kann. Vorteilhafterweise können dadurch Verklumpungen und Agglomerationen von Partikeln vermieden werden, so dass eine besonders homogene Bindemittelsuspension bereitgestellt wird. Durch das Fehlen des Feinstoffanteils im Zuschlagstoff kommt die Bindemittelsuspension im dritten Verfahrensschritt direkt mit der Oberfläche der gröberen Bestandteile des Zuschlagsstoffs in Kontakt und verklebt diese miteinander, ohne dass die Eigenschaften der Bindemittelsuspension durch weitere Feinanteile beeinflusst werden.
Durch die erfindungsgemäße Aufarbeitung aller Feinstoffanteile im Suspensionsmischer wird eine Reduzierung des Verhältnisses des Wasser - Feinstoffgehaltes beziehungsweise des Wasser - Mehlkornverhältnisses in den resultierenden Betonmischungen erreicht. Es hat sich gezeigt, dass die auf diese Weise hergestellte zement- und wasserreduzierten Betone eine höhere Endfestigkeit aufweisen und auch in ihren Eigenschaften nachhaltiger sind.
Obwohl im Vergleich zu konventionellen Betonherstellungsverfahren mit dem erfindungsgemäßen Suspensionsbetonverfahren im resultierenden Gesamtgemisch des Betonrezeptes mengenmäßig gleiche Anteile an Feinstoffen mit Partikelgrößen von kleiner 0,125 mm enthalten sein können, werden durch die separate Aufarbeitung von sämtlichen Feinstoffen im Suspensionsmischer wesentlich bessere Frischbetoneigenschaften erzielt.
Hinsichtlich der Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Betone bestehen grundsätzlich keine Einschränkungen. So eignen sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Betone als Transportbetone oder als Betone für die Herstellung von Betonfertigteilen. Zweckmäßigerweise kann ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Beton als Transportbeton verwendet werden. Weiterhin kann auch ein Betongemisch vorgesehen sein, das sich insbesondere für die Herstellung von Betonfertigteilen eignet. Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren nach einer dualen Betonmischtechnik durchgeführt werden, bei der im ersten Schritt die Bindemittelsuspension, die auch als Leimkomponente bezeichnet werden kann, in einem separaten Suspensionsmischer unter definierten Bedingungen hergestellt wird. Dabei wird im Suspensionsmischer der Mineralstoffanteil in Wasser aufgenommen und unter Anwendung hoher Scherkräfte gemischt. Vorzugsweise kann die Bindemittelsuspension bei einer Rührgeschwindigkeit eines Rührwerkzeugs des Suspensionsmischers von mehr als 600 U/min bereitgestellt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Rührgeschwindigkeit im Bereich von 600 U/min bis 1600 U/min erweisen.
Anschließend wird die so hergestellte Bindemittelsuspension beziehungsweise Leimkomponente in einem konventionellen Mischer mit dem/den Zuschlagstoff/en zusammengeführt und zu einer homogenen Flüssigbetonmischung vermischt.
Wegen der guten Verfügbarkeit können als Zementsubstituent Gesteinsmehle, vorzugsweise Kalksteinmehl eingesetzt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass als Zementsubstituenten Dolomit, Hüttensand, Flugasche, Silicastaub und/oder Feinsand mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm eingesetzt wird/werden. Weiterhin ist es auch möglich, eine Kombination von mehreren und verschiedenen inerten und/oder reaktiven Zusätzen, wie beispielsweise Trass, Flugasche oder Silicatstaub im Mineralstoffanteil einzusetzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Zuschlagstoff Sand und/oder Kies mit einer Korngröße von 1 mm bis 8 mm eingesetzt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Sand oder Kies mit einer größeren Korngröße eingesetzt wird. Erfindungsgemäß wird Sand oder Kies als Zuschlagstoff eingesetzt, bei dem der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % beträgt.
Zur Herstellung bevorzugter Betongemische kann Wasser und Zement in einem Anteilsverhältnis von kleiner als 0,6 eingesetzt werden, wobei ein Anteilsverhältnis von Wasser und Mineralstoffanteil von kleiner als 0,45 eingehalten wird. Dabei ist der Zahlenwert des Anteilsverhältnisses von Wasser und Zement der Quotient aus dem Wasseranteil und dem Zementanteil. Bei dem Zahlenwert des Anteilsverhältnisses von Wasser und Mineralstoffanteil handelt es sich um den Quotienten aus dem Wasseranteil und dem Mineralstoffanteil.
Aufgrund der Substitution des Zementanteils im Mineralstoffanteil kann bezogen auf das Betongemisch ein verringerter Zementanteil von kleiner als 300 kg/m3, vorzugsweise kleiner als 250 kg/m3 verwendet wer- den. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens können Zement und Zementsubstituent in gleichen Anteilen verwendet werden, also im gleichen Mengenverhältnis eingesetzt sein. Dabei wird die Hälfte des üblichen Zementanteils durch den Ze- mentsubstituenten ersetzt. In diesem Fall beträgt der Quotient aus dem Anteilsverhältnis von Zement und Zementsubstituent 1 ,0. Dadurch können Betongemische bereitgestellt werden, die die gesetzlichen Anforderungen im Hinblick auf Emissionsgrenzwerte für Kohlenstoffdioxid erfüllen.
Zuschlagstoffe, wie beispielsweise Sand oder Kies enthalten üblicher- weise Feinanteile (Anteile mit Partikelgrößen kleiner als 0, 125 mm) im
Bereich des Kornspektrums 0 mm bis 4 mm. Bei der konventionellen Herstellung (Stand der Technik) bilden diese Feinanteile zusammen mit dem Zement oder auch in Kombination mit weiteren Zusatzstoffen, wie beispielsweise Hüttensand, Gesteinsmehl oder Flugasche in der Be- tonmischung die Leimkomponente, die in der Betonmischung als feste
Matrix ausgebildet wird. Aus diesem Grund sind die Feinanteile im Zuschlagstoff, insbesondere die Anteile mit Partikelgrößen kleiner als 0, 125 mm dem Bindemittelleim beziehungsweise der Leimkomponente zuzuordnen, da diese in Kombination mit dem Zement und anderen Zusatzstoffen in der Betonmischung als Trägersubstanz beziehungsweise als Bindemittelleim für die größeren Kornfraktionen größer als 1 ,0 mm dienen.
Es kann daher vorgesehen sein, dass nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Anteil Zuschlagstoff durch Sieben eines Schüttguts bereitgestellt wird. Dabei kann der durchgesiebte Feinanteil, der sogenannte Siebboden mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm als Zementsubstituent im ersten Schritt eingesetzt werden. Zum Sieben des Schüttguts (Sand oder Kies) kann beispielsweise ein Rüttelsieb mit einer Lochgröße bis 1 mm eingesetzt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass zum Bereitstellen eines Zuschlagsstoffs mehrere Siebschritte mit verschiedenen Lochgrößen durchgeführt werden, um Fraktionen mit unterschiedlichen Partikelgröße zu erhalten. Vorteilhafterweise kann die Bereitstellung des Zuschlagstoffs durch Sieben als Vorbereitungsschritt vor dem ersten Verfahrensschritt oder als Zwischenschritt durchgeführt werden.
Durch die Bereitstellung des Siebbodens mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm als Zementsubstituent im ersten Verfahrensschritt wird eine besonders umweltfreundliche Lösung realisiert, durch die insbesondere Zementsubstituent/en logistisch eingespart werden kann/können.
Die Erfindung umfasst weiterhin einen zementreduzierten Beton, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Gemäß der Erfindung ist der zementreduzierte Beton ein Gemisch aus einem Anteil Bindemittelsuspension, bestehend aus Anteilen von Wasser, Mineralstoff, umfassend Zement und mindestens ein Zementsubstituent, und Fließmittel, und einem Anteil Zuschlagstoff, wobei im Zuschlagstoff der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % beträgt.
Der Zementsubstituent kann aus einer Gruppe bestehend aus Kalksteinmehl, Dolomit, Hüttensand, Flugasche, Silicastaub und Feinsand mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm, ausgewählt sein. Vorteilhafterweise handelt es ich bei dem Feinsand um den durchgesiebten Feinanteil aus dem Zuschlagstoff. Die Verwendung von geeigneten Zementsubstituenten hat den Vorteil, dass der Zementgehalt des erfindungsgemäßen Betons reduziert werden kann, wobei gleichzeitig ge- forderte technologische Eigenschaften oder Verarbeitungseigenschaften des Betons eingehalten werden können.
Grundsätzlich können Zuschlagstoffe mit unterschiedlichen Partikelgrößen eingesetzt werden, sofern gewährleistet ist, dass der Feinanteil im Zuschlagstoff kleiner als 10 %, vorzugsweise kleiner als 5 % ist. Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Betons kann der Zuschlagstoff Sand und/oder Kies sein und eine Korngröße von 1 mm oder größer aufweisen.
Weiterhin können unterschiedliche Fließmittel eingesetzt werden, wobei ein Fließmittel einen Mindestanteil von 2 kg/m3 aufweisen kann.
Durch die Änderung der Anteilsverhältnisse des Mineralstoffanteils können die technologischen Eigenschaften des Betongemischs beein- flusst werden. Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Betons kann es daher vorgesehen sein, dass Wasser und Zement in einem Anteilsverhältnis von kleiner als 0,6 eingehalten ist, wobei ein Anteilsverhältnis von Wasser und Mineralstoffanteil von kleiner als 0,45 eingehalten ist. Dementsprechend kann der erfindungsgemäße Beton einen Wasserzementwert von kleiner als 0,6 aufweisen.
Vorteilhafterweise kann der Zementanteil kleiner als 300 kg/m3, vorzugsweise kleiner als 250 kg/m3 sein. Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass Zement und Zementsubstituent im gleichen Mengenverhältnis eingesetzt sind.
Anhand der nachfolgenden Rezepturbeispiele soll die Erfindung bei- spielhaft näher erläutert werden, wobei in der Tabelle A zunächst zwei
Rezepturbeispiele 1 und 2 gezeigt sind, die dem Stand der Technik entsprechen. Die nachfolgende Tabelle A zeigt zwei Rezepturbeispiele 1 und 2 für Betonzusammensetzungen nach konventioneller Mischtechnik für die Herstellung von 1 m3 Beton.
Figure imgf000011_0001
Nach dem Stand der Technik (Tabelle A) wird als Zuschlagstoff Sand oder Kies mit Korngrößen von 0 bis X mm eingesetzt, wobei X Werte von 2 bis 8 annehmen kann.
Die nachfolgende Tabelle B zeigt zwei Rezepturbeispiele 3 und 4 für erfindungsgemäße Betonzusammensetzungen zur Herstellung von 1
Figure imgf000011_0002
Zur erfindungsgemäßen Herstellung von 1 m3 zementreduzierten Beton nach Rezepturbeispiel 3, wird in einem ersten Schritt 140 kg Wasser sowie ein Mineralstoffanteil, der einen Anteil von 250 kg Zement CEM I 42,5 R und einen Anteil von 200 kg Kalksteinmehl aufweist, unter Zugabe von 3,6 kg eines Fließmittels, wie beispielsweise Superplaticizer, in einem Suspensionsmischer bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rührwerkzeugs von 600 U/min bis 1600 U/min suspendiert, wobei eine Bindemittelsuspension bereitgestellt wird. In einem zweiten Schritt wird 1620 kg Sand oder Kies als Zuschlagstoff bereitgestellt, wobei der Zuschlagstoff im vorliegenden Beispiel eine Korngröße von 1 mm bis 8 mm aufweist und der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 % beträgt. Anschließend werden der so bereitgestellte Zuschlagstoff und die im ersten Schritt bereitgestellte Bindemittelsuspension in einem dritten Schritt in einem konventionellen Mischer miteinander vermischt, bis eine gewünschte Konsistenz erreicht ist.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung von 1 m3 zementreduzierten Beton nach Rezepturbeispiel 4 wird wie im vorstehenden Beispiel vorgegangen, mit dem Unterschied, dass die in Tabelle B für das Rezepturbeispiel 4 angeführten Anteile für Wasser, Mineralstoff, Fließmittel und Zuschlagstoff eingesetzt werden.
Bei einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Zuschlagstoff mit gewünschter Korngröße durch Sieben unmittelbar hergestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann jedoch auch die Verwendung einer Zuschlagstofffertigmischung vorgesehen sein, wobei in der Fertigmischung der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % beträgt. Im Idealfall wird Sand oder Kies als Zuschlagstoff verwendet, der keine Partikel mit einer Größe von 0,125 mm aufweist.
Im Vergleich mit den Rezepturbeispielen 1 und 2 können mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Betonen der Rezepturbeispiele 3 und 4 ähnliche Wasserzementwerte bei gleichzeitiger Verringerung des Zement- und Wasseranteils erreicht werden. Im Gegensatz zur konventionellen Betonherstellung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als Zuschlagstoff vornehmlich Sand oder Kies mit einer Partikelgröße beziehungsweise Korngröße von 1 ,0 bis X mm (mit X = 2; 3; 4; 5; 6; 8) eingesetzt, wobei der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % und beträgt. Im Idealfall weist ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzter Zuschlagstoff keine Partikel mit einer Größe kleiner als 0,125 mm auf. Demzufolge fehlen dem Zuschlagstoff wesentliche Mengen an Feinanteilen. Eine Teilmenge dieser Feinanteile wird erfindungsgemäß durch einen erhöhten Anteil an Betonzusatzstoffen beziehungsweise Bindemitteln, gemäß den vorliegenden Beispielen durch Kalksteinmehl ersetzt. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, dass nahezu sämtliche Mehlkornbestandteile - dies sind Anteile mit Partikelgrößen kleiner als 0,125 mm - ausschließlich im Suspensionsmischer im ersten Verfahrensschritt aufgearbeitet werden können.
Aufgrund der Umdrehungsgeschwindigkeiten des Rührwerkzeuges bei 600 U/min bis 1600 U/min werden die Oberflächen der mineralischen Feinbestandteile des Bindemittels durch aus dem Suspensionsprozess resultierende mechanische Reibungen so aktiviert, dass im Ergebnis eine reaktive und stabile Wasser- Bindemittelsuspension bereitgestellt wird. Mit dieser Oberflächenaktivierung der mineralischen Feinbestandteile des Bindemittels ist gewährleistet, dass die so hergestellte konzentrierte Bindemittelsuspension für eine qualitätsoptimierte Betonmischung, im Wesentlichen jedoch für die Verklebung der Zuschlagstoffe Sand und Kies eingesetzt werden kann.
In der nachfolgenden Tabelle C sind ein weiteres Rezepturbeispiel 6 für eine erfindungsgemäße Betonzusammensetzung zur Herstellung von 1 m3 Beton nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und ein Rezepturbeispiel 5 für eine Betonzusammensetzung nach einem konventionellen Herstellungsverfahren gegenübergestellt. Dabei zeigt Tabelle C einen Rezeptvergleich C 30 / 37 XC2, F52, GK 22. Tabelle C Rezepturbeispiel 5 Rezepturbeispiel 6 (konventionelle Herstel(duale Betonmischtechlung) nik (Suspensionsbeton))
Milffilttnerasoane Zement 320 kg CEM 1 52,5 R 260 kg CEM I 42,5 R
Zementsub- 0 kg 60 kg
stituent
Kalksteinmehl
Anteil Wasser 192 kg 140 kg
Anteil Fließmittel 2,8 kg 2,8 kg
Superplaticizer
Anteil Zuschlagstoff 989 kg Sand 0/4 mm 989 kg Sand 0/4 mm (Sand und Kies) 203 kg Kies 4/8 mm 203 kg Kies 4/8 mm
593 kg Kies 8/16 mm 593 kg Kies 8/16 mm 207 kg Kies 16/22 mm 207 kg Kies 16/22 mm
Wasserzementwert 0,600 0,538
Quotient aus dem 0,600 0,437
Anteilsverhältnis
Was- ser/Mineralstoffanteil
Ausbreitmaß 54cm 55cm
Festigkeitsentwicknach 6 h = 2,2 N/mm2 nach 6 h = 6,4 N/mm2 lung (Trockenkamnach 8 h = 9,1 N/mm2 nach 8 h = 14,8 N/mm2 mer 44 °C) nach 16 h = 18,2 N/mm2 nach 16 h = 27,4 N/mm2
Ausgleich Stoffraumberechnung für 1 ,0 m3 für 52 kg Wasser = plus 140 kg Zuschlag
Die nachfolgende Tabelle D zeigt einen weiteren Rezeptvergleich SCC 40 /50 B2 GK 16 mm, wobei Rezepturbeispiel 7 nach konventioneller Mff Miltnerasoarethode und Rezepturbeispiel 8 nach dualer Betonmischtechnik (Suspensionsbeton) hergestellt ist.
Tabelle D Rezepturbeispiel 7 Rezepturbeispiel 8
(konventionelle Herstel(duale Betonmischtechlung) nik (Suspensionsbeton))
Zement 440 kg CEM I 52,5 R 320 kg CEM I 42,5 R ω
Zementsub- 80 kg 200 kg
stituent
Kalksteinmehl
Anteil Wasser 210 kg 167 kg
Anteil Fließmittel 5 kg 5 kg
Superplaticizer
Anteil Zuschlagstoff 865 kg Sand 0/4 mm 865 kg Sand 0/4 mm (Sand und Kies) 293 kg Kies 4/8 mm 293 kg Kies 4/8 mm
559 kg Kies 8/16 mm 559 kg Kies 8/16 mm
Wasserzementwert 0,477 0,521
Quotient aus dem 0,403 0,321
Anteilsverhältnis
Wasser/ M i n e ra I Stoff a nte i I
Ausbreitmaß 68cm 73cm
Festigkeitsentwicknach 8 h = 2,35 N/mm2 nach 8 h = 3,6 N/mm2 lung nach 20 h = 28,44 N/mm2 nach 20 h = 29,3 N/mm2 nach 28 d = 78,22 N/mm2 nach 28 d = 72,1 N/mm2
Ausgleich Stoffraumberechnung für 1 ,0 m3 für 24 kg Wasser = plus 65 kg Zuschlag
Tabelle E zeigt eine Optimierungsvariante für C30/37 GK 8 mm
Figure imgf000016_0001
Vorteilhafterweise können durch die Zementsubstitution im Betongemisch Kosten eingespart werden, da Gesteinsmehl, wie beispielsweise Kalksteinmehl als Substituent wesentlich günstiger ist. Ein weiterer Vorteil der Zementeinsparung besteht insbesondere auch darin, dass ein entsprechend hergestellter Beton eine gegenüber konventionell hergestellten Betonen bessere CO2-Bilanz aufweist. Gleichzeitig wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren sichergestellt, dass zementreduzierte Betone den technologischen Anforderungen entsprechen und verbesserte Verarbeitungseigenschaften aufweisen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung von zementreduziertem Beton, bei dem in einem ersten Schritt ein Anteil Wasser, ein Mineralstoffanteil, umfassend Zement und mindestens ein Zementsubstituent, und ein Anteil Fließmittel in einem Suspensionsmischer suspendiert werden, wobei eine Bindemittelsuspension bereitgestellt wird, und in ein zweiten Schritt ein Anteil Zuschlagstoff bereitgestellt wird, bei dem der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % beträgt, und in einem dritten Schritt der Anteil Zuschlagstoff mit dem Anteil Bindemittelsuspension vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Mineralstoffanteil verwendet wird, bei dem die darin enthaltenen Partikel eine Größe kleiner als 0,125 mm aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zementsubstituent Kalksteinmehl, Dolomit, Hüttensand, Flugasche, Silicastaub und/oder Feinsand mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Zuschlagstoff Sand und/oder Kies mit einer Korngröße von 1 mm bis 8 mm eingesetzt wird, wobei der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser und Zement in einem Anteilsverhältnis von kleiner als 0,6 eingesetzt wird, wobei ein Anteilsverhältnis von Wasser und Mineralstoffanteil kleiner von als 0,45 eingehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zementanteil von kleiner als 300 kg/m3, vorzugsweise kleiner als 250 kg/m3 verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelsuspension bei einer Rührgeschwindigkeit eines Rührwerkzeugs des Suspensionsmischers von mehr als 600 U/min, vorzugsweise in einem Bereich von 600 U/min bis 1600 U/min bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen der Bindemittelsuspension und des Zuschlagstoffs im dritten Verfahrensschritt in einem konventionellen Betonmischer durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil Zuschlagstoff durch Sieben eines Schüttguts bereitgestellt wird, wobei der durchgesiebte Feinanteil mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm als Zementsubsti- tuent im ersten Schritt eingesetzt wird.
Zementreduzierter Beton, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zementreduzierte Beton ein Gemisch aus
-einem Anteil Bindemittelsuspension, bestehend aus Anteilen von Wasser, Mineralstoff, umfassend Zement und mindestens ein Zementsubstituent, und Fließmittel, und einem Anteil Zuschlagstoff ist, wobei im Zuschlagstoff der Anteil von Partikeln mit einer Größe kleiner als 0,125 mm weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % beträgt.
11. Zementreduzierter Beton nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoffanteil eine Partikelgröße von kleiner als 0,125 mm aufweist.
12. Zementreduzierter Beton nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zementsubstituent aus einer Gruppe bestehend aus Kalksteinmehl, Dolomit, Hüttensand, Flugasche, Silicastaub und Feinsand mit einer Partikelgröße kleiner als 0,125 mm, ausgewählt ist.
13. Zementreduzierter Beton nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser und Zement in einem Anteilsverhältnis von kleiner als 0,6 eingehalten ist, wobei ein Anteilsverhältnis von Wasser und Mineralstoffanteil von kleiner als 0,45 eingehalten ist.
14. Zementreduzierter Beton nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zementanteil kleiner als 300 kg/m3, vorzugsweise kleiner als 250 kg/m3 ist.
15. Zementreduzierter Beton nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Zement und Zementsubstituent im gleichen Mengenverhältnis eingesetzt sind.
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