DE3546003A1 - Betonmasse zum betonieren unter walzverdichtung - Google Patents

Betonmasse zum betonieren unter walzverdichtung

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DE3546003A1 DE19853546003 DE3546003A DE3546003A1 DE 3546003 A1 DE3546003 A1 DE 3546003A1 DE 19853546003 DE19853546003 DE 19853546003 DE 3546003 A DE3546003 A DE 3546003A DE 3546003 A1 DE3546003 A1 DE 3546003A1
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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
    • C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
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    • 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

Description

Die Erfindung betrifft eine Betonmasse und insbesondere eine Betonmasse zum Betonieren unter Walzverdichtung.
Ein Verfahren zum Betonieren unter Walzverdichtung wurde in Japan in den letzten Jahren entwickelt, um Beton beim Bau von Betondämmen auszubringen- Dieses Verfahren unterscheidet sich grundlegend von den herkömmlichen Betonierungsverfahren, bei denen ein Kabelkran oder dergl. verwendet wird. Dieses Verfahren wurde entwickelt, um die Arbeitsgänge beim Bau von Betondämmen zu rationalisieren, wobei systematisch sämtliche Arbeitsgänge unter Einschluß von Mischen, Transportieren, Ausbringen und Verdichten des Betons einer Prüfung unterzogen wurden. Insbesondere wird beim Betonieren unter Walzverdichtung ein Beton von trockener Konsistenz durch Nasstranstransportwägen transportiert, von Bulldozern oder Radladern verteilt und mit Walzen oder vibrierenden Walzen verdichtet. Dieses Verfahren hat als ein neues wirtschaftliches Verfahren breite Beachtung gefunden und wird zunehmend zum Bau von Haupt körpern, Wasserberuhigungskammern und
30 Dammschürzen verwendet.
Das Betonieren unter Walzverdichtung ist dadurch charakterisiert, dass die Dicke einer in einer einzelnen Verfahrensstufe aufgebrachten Betonschicht bis zu maximal 1,5 m betragen kann, was gegenüber herkömmlichen Verfahren eine erhebliche Volumenzunahme bei der Betonierung bedeutet. Das Volumen beim durch Walzverdichtung innerhalb von 1 Stunde verteilten Betons erreicht 50 bis 200 m^
was wesentlich mehr als bei herkömmlichen Verfahren ist, bei denen maximal etwa 30 m erreicht werden. Dadurch lässt sich die Baugeschwindigkeit deutlich erhöhen. Ausserdem weist ein unter Walzverdichtung ausgebrachter Beton im Vergleich zu herkömmlich ausgebrachtem Beton, eine geringere Zementmenge pro Volumeneinheit bei vergleichbarer Festigkeit auf. Da die Zementmenge in unter Walzverdichtung ausgebrachtem Beton gering ist, nimmt die unter exothermer Reaktion gebildete Wärme dementsprechend ab, was zu einer Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Wärmerisse führt. Demgemäss eignet sich das Betonieren unter Walzverdichtung insbesondere zum Bau von massiven Betonkörpern.
15 Eine Betonmasse mit einem Gehalt an 120 bis 160 kg/m
Zement, die unter Walzverdichtung betoniert worden ist, weist nach einer Alterung von 3 Monaten eine Festigkeit von 80 bis 150 kgf/cm auf, was mit der Festigkeit von auf herkömmliche Weise ausgebrachtem Beton mit einem Zementgehalt von 200 kg/m vergleichbar ist. Bei Verwendung von Betonmassen mit einem geringen Zementgehalt in der Grössenordnung von 120 kg/m ist das Vorsehen einer Kühlvorrichtung, z.B. die Anordnung von Kühlrohren, nicht erforderlich. Eine Betonmasse mit verringertem Zementgehalt kann innerhalb einer Dammatte oder im Innern eines Hauptkörpers, bei dem es sich um einen unwichtigen strukturellen Bereich handelt, oder zur Bildung von Bereichen, die keiner starken Belastung durch Abrieb, Schlageinwirkungen, wiederholtes Einfrieren und Auftauen oder Neutralisierung aus der Umgebung unterliegen, verwendet werden. Da jedoch die Dammschürze und der Wasserberuhigungskammern eines Damms einer Belastung durch Abrieb oder Schlageinwirkung unterliegen, müssen zumindest die Oberflächen dieser Bereiche durch mit Zement angereicherten Oberflächenschichten bedeckt werden, um eine hohe Festigkeit zu gewährleisten. Die Dicken dieser Oberflächenschichten müssen so bemessen sein, dass die mit Zement angereicherte Betonmasse keiner Beeinträchtigung durch Wärmerisse unter-
liegt, oder es muss mit Kühlrohren oder anderen geeigneten Kühlvorrichtungen gekühlt werden, um Wärmerisse zu vermeiden. Der Versuch, beim Betonieren unter Bildung von massiven Strukturen gleichzeitig die Festigkeit zu erhöhen und die exotherme Wärmeentwicklung zu vermindern, bedeutet die Lösung von an sich widerstreitenden Aufgaben.
Beim Bau von Dämmen werden mehrere 100 000 m Beton verbetoniert. Gelingt es, den Zementgehalt pro Volumeneinheit Beton zu verringern und trotzdem einen Beton von hoher Festigkeit zu erhalten, so bedeutet dies eine Senkung der durch den Beton erzeugten exothermen Wärme, wodurch die Anbringung von Kühlrohren oder anderen Kühlvorrichtungen unterbleiben kann. Ferner steigt mit zunehmender Verringerung der aus einer Volumeneinheit Beton erzeugten exothermen Wärme das Volumen bzw. die Dicke der Betonmenge, die in einem einzelnen Schritt verbetoniert werden kann, was insofern von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung ist, als die Baugeschwindigkeit erhöht werden kann.
Herkömmliche Betonmassen, die zum Betonieren unter Walzverdichtung verwendet werden, werden einfach durch Zusatz von Flugasche und/oder Wasserreduktionsmitteln zu einem Gemisch aus einem Zement und einem Aggregat gegeben. Dabei sind keine Massnahmen vorgesehen, um eine ausreichende Festigkeit ohne eine Erhöhung der exothermen Wärmeentwicklung zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betonmasse zum Betonieren unter Walzverdichtung bereitzustellen, die eine ausreichend hohe Festigkeit ergibt, ohne dass dabei ein Anstieg der exothermen Wärmeentwicklung auftritt. Ferner soll erfindungsgemäss eine Betonmasse für die Walzverdichtung bereitgestellt werden, aus der ein äusserst trockener Beton hergestellt werden kann. Dies soll durch eine Verringerung des Wassergehalts ohne einen Anstieg der exothermen Wärmeentwicklung erfolgen. Ferner soll er-
findungsgemäss eine Betonmasse für die Walzverdichtung bereitgestellt werden, die ohne Notwendigkeit von Kühlrohren oder anderen Kühlvorrichtungen verbetoniert und zum Erstarren gebracht werden kann. Mit der erfindungsgemässen Betonmasse sollen unter Walzverdichtung in einem einzigen Betonierungsschritt im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren dickere Betonierungen vorgenommen werden können.
Gegenstand der Erfindung ist eine Betonmasse zum Betonieren unter Walzverdichtung, die einen Zement, einen Zuschlagstoff, eine organische Säure und/oder ein Salz davon und ein das Abbinden beschleunigendes anorganisches Salz enthält.
15 Ein charakteristisches Merkmal der Erfindung ist die
Verwendung einer Kombination einer organischen Säure und/ oder eines Salzes davon mit einem das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salz, wobei die zur Hydratation erforderliche Wassermenge gesenkt und dadurch die durch die Hydratationsreaktion erzeugte exotherme Wärme verringert wird. Dabei wird dennoch eine erstarrte Masse von hoher Festigkeit erhalten.
Zu den erfindungsgemäss verwendbaren organischen Säuren oder Salzen davon gehören Hydroxypolycarbonsäuren, wie Äpfelsäure, Weinsäure und Citronensäure; Hydroxymonocarbonsäuren, wie Heptonsäure, Gluconsäure und Glykolsäure; gesättigte oder ungesättigte Carbonsäuren, wie Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Heptansäure; Salze von diesen organischen Säuren, wie Alkalimetallsalze, Erdalkalimetallsalze, Zinksalze, Kupfersalze, Bleisalze und Eisensalze; Polymere von Carbonsäuren, wie Kondensationsprodukte von Acrylsäure und Kondensationsprodukte von Maleinsäureanhydrid; und Alkalimetallsalze und Ammoniumsalze der Polymeren von Carbonsäuren. Beispiele für handelsübliche Polymere von Carbonsäuren sind "Work 500", Handelsprodukt der Nippon Zeon Co., Ltd., und
-τ- 3545003
"Aron 6001", Handelsprodukt der Toagosei Chemical Industry Co., Ltd.
Diese organischen Säuren und/cder Salze davon sind als Verzögerer des Abbinde- oder Erstarrungsvorgangs von Zementen bekannt. Einige davon werden als Verzögerer zum raschen Härten von Zementen verwendet. Ein Anstieg der Festigkeit ist nicht zu erwarten, wenn eine derartige organische Säure und/oder ein organisches Salz davon allein zugesetzt werden.
Die Menge der organischen Säure und/oder eines Salzes davon, die der erfindungsgemässen Betonmasse zugesetzt wird, beträgt im allgemeinen nicht mehr als 0,5 Gewichtsteile und vorzugsweise 0,05 bis 0,3 Gewichtsteile, pro 100 Gewichtsteile des Zements in der Masse. Werden mehr als 0,5 Gewichtsteile an organischer Säure und/oder einem Salz davon zugesetzt, so nimmt die erfindungsgemäss erzielte Verbesserung der Festigkeit ab.
Die das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salze, die in Kombination mit der organischen Säure und/oder einem Salz davon bei der Herstellung der erfindungsgemässen Zementmasse verwendet werden können, umfassen Carbonate, Silicate, Aluminate und Hydroxide von Alkalimetallen, die allgemein als Abbindebeschleuniger von Zementen eingesetzt werden. Wird jedoch ein derartiger Abbindebeschleuniger allein eingesetzt, so ist die endgültige Festigkeit nach einer Alterung der Betonmasse von 28 Tagen geringer, als wenn dessen Zugabe unterbleibt, obgleich die anfängliche Festigkeit durch die Zugabe dieses Bestandteils erhöht wird.
Die Menge des der erfindungsgemässen Betonmasse zuzusetzenden, das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salzes beträgt im allgemeinen nicht mehr als 2 Gewichtsteile und vorzugsweise 0,05 bis 1,0 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Zement in der Masse. Eine
- 8 - 35A6003
Zugabe von mehr als zwei Gewichtsteilen des das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salzes ist nicht bevorzugt, da bei bestimmten das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salzen dadurch ein rasches oder falsches Abbinden
5 bzw. eine Abnahme der Festigkeitsverbesserung und der
Anstieg der exothermen Wärmeentwicklung verursacht werden können.
Der erfindungsgemässen Betonmasse kann ein Wasserredu-
10 zierungsmittel zugesetzt werden. Durch Zugabe eines
Wasserreduzierungsmittels wird die Handhabbarkeit des Betons verbessert; und ein Bluten des Betons kann beim Verteilen vermieden werden. Ein Beton von ausreichender Bearbeitbarkeit und einem Setzmass von 0 nach 20 bis 30 Minuten kann durch Zugabe eines Wasserreduzierungsmittels erhalten werden. Es ist wünschenswert, nicht mehr als 5 Gewichtsteile und insbesondere nicht mehr als 3 Gewichtsteile des Wasserreduzierungsmittels zu 100 Gewichtsteilen Zement zuzusetzen. Beispiele für in der erfindungsgemässen Masse verwendbare Wasserreduzierungsmittel sind hauptsächlich Polysaccharide, Oxycarboxylate, Polyalkylarylsulfonate und Polykondensationsprodukte von Triazin, die mit einem Alkalimetallsalz von schwefliger Säure modifiziert sind.
Die erfindungsgemässe Betonmasse kann ferner zur Verbesserung ihrer Festigkeit mit Calciumsulfat versetzt werden. Anhydrit, Hämihydrat und Dihydrat von Calciumsulfat können in einer Menge von vorzugsweise nicht mehr als 15 Gewichtsteilen, berechnet als CaSO1., bezogen auf 100 Gewichtsteile Zement, verwendet werden. Calciumsulfat wird insbesondere in einer Menge von nicht mehr als 10 Gewichtsteilen und ganz besonders in einer Menge von 2 bis 8 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Zement, zugegeben. Übersteigt der Zusatz an Calciumsulfat 15 Gewichtsprozent, so lässt sich ein weiterer Anstieg der Festigkeit nicht erwarten.
Die Betonmasse der Erfindung kann ferner zur Erhöhung " der Festigkeit mit einem Siliciumdioxidpulver versetzt werden. Ein bevorzugtes Siliciumdioxidpulver ist ein feines amorphes oder sphärisches Siliciumdioxidpulver, das als Nebenprodukt in Öfen zur Herstellung von SiIiciumlegierungen und metallischem Silicium anfällt. Vorzugsweise werden 30 Gewichtsteile eines derartigen SiIiciumdioxidpulvers zu 100 Gewichtsteilen Zement zugegeben. Die Festigkeit der Masse steigt theoretisch mit zunehmender Menge an zugesetztem Siliciumdioxidpulver. In der Praxis ist jedoch eine Zugabe des Silicuumdioxidpulvers in einer Menge von nicht mehr als 30 Gewichtsteilen und insbesondere von 5 bis 15 Gewichtsteilen bevorzugt, um einen Anstieg des Wassergehalts im erhaltenen Beton zu vermeiden und Schwierigkeiten bei der Handhabung von Beton mit einem Gehalt an grösseren Mengen an Siliciumdioxidpulver auszuschalten.
Beispiele für erfindungsgemäss verwendbare Zemente sind verschiedene Portlandzemente, wie normaler Portlandzement,
Portlandzement von hoher Anfangsfestigkeit, Portlandzement von extrem hoher
Anfangsfestigkeit, Portlandzement von massiger Wärme, weisser Portlandzement und meerwasserfester Portlandzement (Typ V); sowie Mischzemente, wie Siliciumdioxidzement,
Flugaschezement und Hochofenzement.
Die erfindungsgemässe Zementmasse für die Walzverdichtung weist ein Setzmass von vorzugsweise nicht mehr als 3 cm und insbesondere von nicht mehr als 1 cm auf. Insbesondere besitzt die Masse einen Vibrationsverdichtungswert von 8 bis 30 see. Die erfindungsgemässe Betonmasse hat eine äusserst trockene Beschaffenheit, die für die Walzverdichtung geeignet ist.
Die erfindungsgemässe Betonmasse kann durch Zumischen einer organischen Säure und/oder eines Salzes davon, eines das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salzes und ggf.
von Calciumsulfat und Siliciumdioxidpulver bei der Stufe der Betonanmischung hergestellt werden. Die erfindungsgemässe Betonmasse wird mit Nassfahrzeugen transportiert, mit Bulldozern oder Radladern verteilt und mit einer WaI-
5 ze oder einer Vibrationswalze verdichtet.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, dass die widerstreitenden Aufgaben der Erhöhung der Festigkeit und der Abnahme der exothermen Wärme durch Verwendung der erfindungsgemässen Betonmasse gelöst werden können. Obgleich das Walzverdichtungsverfahren zur Rationalisierung des Baus von Dämmen entwickelt worden ist, eignet es sich auch gut zum Bau von Strassen, Startbahnen für Flugplätze und andere breit gefächerte Anwendungsgebiete.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1
Λν Gemäss Tabelle I werden Betonmischungen mit verschiedenen Arten und Mengen an organischen Säuren oder Salzen davon und das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salzen hergestellt.
ω
ο
to σι
to ο
Tabelle I
cn
Mi
schung		 G max Setzmass Luft
menge		 S/a W/C Einheitsmenge Zement Sand (kg/m3)
Nr. (nun) (cm) (Gew.-%) (Gew.-%) (Gew .-%) Wasser 120 712 Kies Wasserreduzie
rungsmittel
a 40 1,5+1,5 1>5 32 89 107 160 710 1531 0;36
b 40 1,5+1,5 32 67 107 1526 0,48
Anmerkungen: G max = maximale Atmessungen des Kieses
S/a = prozentualer Sandanteil am Zuschlag W/C r prozentualer Anteil Wasser/Zement
Die gleichen Anmerkungen gelten auch für die nachstehenden Tabellen.
CD O O
1 Verwendete Materialien:
Zement: Normaler Portlandzement der Denki Kagaki Kogyo
Kabushiki Kaisha
Sand: Flussand aus Himekawa, Niigata Kies: Flusskies aus Himekawa, Niigata Wasserreduzierungsmittel: Handelsprodukt "Selflow 110p"
der Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Organische Säuren: Hochwertige Reagentien Das Abbinden beschleunigende anorganische Salze: Hochwertige Reagentien
Die Druckfestigkeit nach einer Standardalterung von 91 Tagen und der Temperaturanstieg unter adiabatischen Bedingungen werden gemessen.
15
Ein Probestück wird durch Einfüllen von Beton in einen Formrahmen von 15<έ χ30 cm in einer Höhe von 29,5 cm unter Verwendung eines Tafelvibrators und durch Auflegen einer 5 cm dicken Eisenplatte auf die Betonoberfläche und Auf-
20 2
bringen einer Belastung von 3 kg/cm ausgeformt, wobei
unter Verwendung von Stabvibratoren von beiden Seiten eine Vibrationsbehandlung durchgeführt wird. Der Ausformvorgang wird 3 Minuten fortgesetzt.
Der Temperaturanstieg unter adiabatischen Bedingungen wird unter Verwendung eines Messinstruments zum Messen des adiabatischen Temperaturanstiegs von Beton (Handelsprodukt der Maruto Seisakusho Co., Ltd.) gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.
Der Test zum Messen des adiabatischen Temperaturanstiegs wird in einem auf 20 + 2°C gehaltenen Raum durchgeführt. Das Ergebnis wird in Form des ermittelten Temperaturan-
stiegs wiedergegeben.
- 13 - 3546Q03
Die angegebenen Gewichtsteile für organische Säuren oder Salze davon und die das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salze beziehen sich auf 100 Gewichtsteile Zement. Die verwendeten Polymeren von Carbonsäuren sind handelsübliche Produkte der Handelsbezeichnung "Work 500" (Nippon Zeon Co., Ltd.) und "Aron 6001" (Toagosei Chemical Industry Co., Ltd.).
Vergleichsbeispiel 1
Die Durchgänge 1 bis 3 und 5 in Tabelle II werden ähnlich wie in Beispiel 1 ausgeführt, mit der Abänderung, dass keine organische Säure und kein das Abbinden beschleunigendes anorganisches Salz zugesetzt werden. Die Ergebnisse
sind in Tabelle II zusammengestellt. 15
co ο
O O1
Tabelle II
CJl
Durch
gang
Nr.		 Mi
schung
Nr.		 organische Säure oder Salz
davon		 zugesetzte Menge
(Gew.-Teile)		 abbindebeschleunigendes Mittel zugesetzte Menge
(Gew.-Teile)		 Druckfestig
keit ρ
(kgf/crn )		 Temperatur
anstieg
(0C)
1
2
3
4		 a Art 0,15
0,15 		Art 0,5
Il		 91 Tage 22
20
25
21
5
6
7
8
9
10		 b Citronensäure
Citronensäure		 0,05
0,1
0,15
0,3
0,5		 Kaliumcarbo
nat		 0,5
Il
Il
ti
Il		 86
90
73
182		 27
25
24
23
22
20
11
12
13
14
15
16		 Natriumcitrat 0,15
Il
Il
Il
Il
Il		 Natriumalumi-
nat		 0,05
0,1
0,3
0,5
1,0
2.0		 142
187
213
256
220
181		 22
23
23
24
25
26
17
18
19
20
21		 Natriumgluco-
nat		 0,05
0,1
0,15
0,3
0.5		 Natriumcar
bonat		 0,5
Il
■ 1
Il
Il		 183
208
226
247
201
192		 25
24
24
22
20
Work 500 Natrium
hydrat		 185
202
251
213
182
CD CD CD
ω σι
ω ο
to O
cn
Tabelle II (Forts.)
ι Natriumsili- Il 0,5 242 24
Apfelsäure 0,15 cat Il Il 257 24
Natriummalat It Il Il 261 23
Kaliurntartrat 11 Il Il 239 23
Heptonsäure Il Il Il 243 24
Natriumhepto- Il Il Il 217 22
nat
Calciumgluco-		 Il Il Il 221 20
nat
Zinkgluconat		 Il Il Il 220 20
Eisengluconat Il Il Il 200 20
Bleigluconat Il Il Il 203 20
Kupfergluconat Il Il Il 237 23
Natriumoxalat Il Il Il 241 25
iNatriurnrnalonat Il Il 215 26
jNätriumsucci- Il Il Il 209 24
pat
ttJatriumgluta- Il Il Il 212 25
rat
jNatriumadipat It Il Il 236 24
I · Il
Natriummaleat Il Il 227 24
I ti
Natriumfuinarat Ii 215 23
fetriumönan- Il ■ 1 248 21
that
<\ron 6001
cn
CD
-Π I
— ιο
ί Wie aus den Ergebnissen von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 hervorgeht, bewirken die organischen Säuren und/oder die Salze davon sowie die das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salze bei jeweils alleiniger Zugabe nicht die gewünschte Wirkung. Dagegen wird der Temperaturanstieg aufgrund einer durch die Hydratationsreaktion verursachten exothermen Wärmeentwicklung unterdrückt und die Festigkeit der erstarrten Betonmasse erhöht, wenn eine geeignete Menge eines organischen Salzes und/oder Salzes davon zusammen mit einer geeigneten Menge eines das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salzes verwendet wird.
Vergleicht man beispielsweise das Ergebnis von Durchgang Nr. 5 (Vergleichsbeispiel) mit Durchgang Nr. 6 (Beispiel) so ergibt sich, dass der Temperaturanstieg in Durchgang Nr. 6 um 20C niedriger ist als in Durchgang Nr. 5. Berücksichtigt man die Wärmekapazität des gesamten massiven Betons, so ist eine Verringerung des Temperaturanstiegs von 1 C von erheblicher Bedeutung für einen Dammbau unter Verwendung von grossen Betonvolumina.
Beispiel 2
Man verfährt wie in Beispiel 1 und stellt entsprechend den Durchgängen 5 und 8 von Tabelle II Betonmischungen her, mit der Abänderung, dass Art und Menge des verwendeten Calciumsulfats variiert werden und dass verschiedene Mengen an Siliciumdioxidpulver, das bei der Hochofenproduktion von Ferrosilicium anfällt, eingesetzt werden.
Handelsübliches Calciumsulfat-dihydrat und Calciumsulfathämihydrat für industrielle Zwecke und wasserfreies Calciumsulfat TypII (spezifische Oberfläche 5200 cm /g), die als Nebenprodukt bei der Herstellung von Flussäure anfallen, werden als Calciumsulfat verwendet. Die Menge des zügesetzten Calciumsulfats wird als CaSO1,, bezogen auf 100 Gewichtsteile Zement, berechnet.
_ 17 -
Die Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.
Die Durchgänge Nr. 41 bis 43 in Tabelle III sind Vergleichsbeispiele.
Wie sich aus den Ergebnissen von Beispiel 2 und den Vergleichsbeispielen ergibt, resultiert bei Verwendung von Calciumsulfat und Siliciumdioxidpulver eine Abnahme der exothermen Wärmeentwicklung und eine Festigkeitszunahme
des erstarrten Betons. 10
co ο
to cn
to O
Oi
Tabelle III
Durchgang
Nr.		 zugesetzte Menge (Gew.-teile Natrium-
aluminat		 Art zugesetzte Menge
(Gew.-teile)
41
42
43		 Natrium-
citrat		 — wasserfreies Calciumsulfat Typ II
Siliciumdioxidpulver		 5
10
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57		 — 0/5
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Ii		 wasserfreies Calciumsulfat Typ II
Il
Il
Il
Il
Calciumsulfat-hemihydrat
Il
Il
Caleiunisülfat-dihydrat
Siliciumdioxidpulver
Il
Il
Il		 1
2
8
10
15
2
8
15
5
3
5
15
20
30
0,15
Il
Il
Il
Il
■1
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Il
Tabelle III (Forts.)
Temperatur
anstieg
(0C)
27
32
26
23
24
25
24
24
24
24
24
25 .
23
23
22
21
20
Druckfestigkeit
(91 Tage)
(kgf/cm2)
145
152
138
273
338
358
318
298
306
338
270
342
267
281
297
275
260
Beispiel 3
Gemäss Tabelle V werden unter Verwendung von Citronensäure, Natriumsilicat, wasserfreiem Calciumsulfat vom Typ II und Siliciumdioxidpulver Betonmischungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen (gemäss Tabelle IV) hergestellt und gemäss Beispiel 1 geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengestellt.
Aus den Ergebnissen von Beispiel 3 geht hervor, dass die exotherme Wärmeentwicklung verringert und die Festigkeit des erstarrten Betons erhöht werden können, auch wenn die Zementmengen pro Volumeneinheit variiert werden. Es ist festzuhalten, dass erfindungsgemäss die Zementmenge pro Volumeneinheit Beton beträchtlich gesenkt werden kann
Der Vergleichsdurchgang Nr. 59 und die Durchgänge Nr.
1 und 67 sind so modifiziert, dass die jeweiligen Massen einen Wassergehalt pro Volumeneinheit von 12 kg/m und ein Setzmass von 10 + 2 cm aufweisen, entsprechend Massen für herkömmliches Betonieren. Die so modifizierten Massen
5 werden unter Verwendung eines herkömmlichen Vibrators
verformt. Es ergeben sich Druckfestigkeiten von 441, 825
2 bzw. 901 kg . f/cm . Vergleicht man die Ergebnisse von
Vergleichsdurchgang Nr. 59 und Durchgang Nr. 62 und mit den Ergebnissen der entsprechenden modifizierten 10 Massen, so lassen sich die vorteilhaften Wirkungen des Walzverdichtungsverfahrens klar erkennen.
Cu
cn
ω ο
fcO
cn
fcO
Tabelle IV
Mischung
Nr 		G max Setzmass Luftmenge
(Gew -0Io) 		S/a W/C Einheitsmenge Zement Sand (kg/m3)
(nun) (cm) (Gew.-%) (Gew.-%) Wasser 300 616 Kies Wasserreduzie
rungsmittel
C 25 1,5+1,5 2,0 30 36,7 110 400 585 1454 3,6
d 25 1,5+1,5 2,0 30 29,5 118 500 553 1380 4;8
e 25 1,5+1,5 2,0 30 25,2 126 1305 6,0
Anmerkung: Wasserreduzierungsmittel Handelsprodulct " MELMENT 10" von der
■ Showa Denko KK vertriebenes Pulver.
Die übrigen Komponenten entsprechen denen von Beispiel 1
ω
cn
ω ο
bo CJl
to ο
cn
Tabelle V
οι
Durch
gang		 Mi
schung
Nr.		 zugesetzte Menge (Gew.-teile) Citronen
säure		 Natrium-
silicat		 wasserfreies Calciumsulfat TypII
Siliciumdioxidpulver		 •Druckfestigkeit
(91 Tage)
(kgf/cn\2)		 Temperatur
anstieg
(°C)
58
59
60		 C
d
e		 - - - 421
537
715		 43
50
58
61
62
63		 C
d
e		 0,10
0,10
0,10		 0,3
0,3
0,3		 wasserfreies Calciumsulfat 5
Typ II
5
11 5		 815
1012
1150		 41
47
54
64
65
66		 C
d
e		 0,10
0,10
0,10		 0,3
0,3
0,3		 Siliciumdioxidpulver 10
10
10		 697
821
937		 39
45
52
67 d 0,10 0,3 wasserfreies Calcium- 5
sulfat Typ II
Siliciumdioxidpulver 10		 1260 48
In Tabelle V sind die Durchgänge Nr. 58 bis 60 Vergleichsdurchgänge.
1 Beispiel 4
Beim Straßenbau unter Walzverdichtung werden die in Tabelle VI angegebenen Betonmassen verwendet. Da die Bearbeitbarkeit von Beton bei Setzmassen von nicht mehr als 5
1 cm nicht exakt ist, werden die Vibrationsverdichtungswerte (VC-Wert in see), bestimmt gemäss dem Vee-Bee-Test, angegeben. Der Vee-Bee-Test wird folgendermassen durchgeführt :
Zwei Betonschichten werden in ein Gefäss zur Durchführung des Vee-Bee-Tests mit einem Innendurchmesser von 24 cm und einer Innenhöhe von 20 cm gebracht. Nach Aufbringen der einzelnen Schichten wird 35-mal unter Verwendung eines Stabs verdichtet, wobei die Oberfläche eingeebnet wird.
Eine durchsichtige Scheibe wird auf die Oberfläche gelegt und mit einem Gewicht von 20 kg belastet. Der VC-Wert wird durch Vibration des Gefässes mit 3000 cpm (Vibrationsausschlag etwa 1 mm) unter Verwendung des Vee-Bee-Testgeräts bestimmt, wobei die Anzahl an Sekunden ge-
messen wird, während denen Mörtel im Beton die gesamte
untere Fläche der Scheibe berührt.
Die Straße wird in 12 Abschnitte von jeweils 5 m Breite und 10 m Länge eingeteilt. In die einzelnen Abschnitte werden die Massen (unter Einschluss eines Vergleichsbeispiels), wie sie in Tabelle VI angegeben sind, in Form von 30 cm dicken glatten Betonplatten betoniert. Die einzelnen Betonmassen werden in einem Fertigbetonbetrieb angemischt und innerhalb von 1 Stunde mit einem Fahrzeug
antransportiert. Die Verteilung erfolgt von Hand. Die Verdichtung wird unter Verwendung einer Vibrationswalze mit einem Gewicht von 7 Tonnen, wie sie bei der Verlegung von Asphalt verwendet wird, verdichtet.
Die Druckfestigkeit eines 10 0 χ 20 cm Kernprobestücks der einzelnen Massen nach 28-tägiger Alterung wird gemessen. Die Biegefestigkeit eines 10 χ 10 χ 40 cm-Probe-
Stücks, das aus der Straßenplatte geschnitten ist, wird ebenfalls gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle VII zusammengestellt.
Die gleichen Materialien bzw. Materialien der gleichen Herkunft wie in Beispiel 1 werden als Zement, Sand, Kies (G max 25 mm), Wasserreduzierungsmittel, Citronensäure und Kaliumcarbonat verwendet. Ferner werden das gleiche Siliciumdioxidpulver und das gleiche wasserfreie Calciumsulfat Typ II wie in Beispiel 2 eingesetzt.
Cu CJl
ω ο
to bo
οι ο
Tabelle VI
Mi
schung		 G max S/a VJ/C VC-
Wert		 Setz-
mass		 Ei C nheits
(kg/		 rae^ge 1 G zugesetzte Menge (Gew.-teile) 0,45 0 SF 0 0
Nr. (mm) (Gew.-%) (Gew .- (Gew .- Ccm) 300 W S 1 325 Viasserre- Citronen- Natrium- II-CS
duzierungs-säure carbonat
mittel		 0,45 0,6 0 0
M-I 25 40 27 20±5 300 81 873 1 325 3;0 0,45 0,6 1 5 0
g 25 40 27 20+5 Il 300 81 873 1 323 3;0 0,45 0,6 0 15
h 25 40 27r5 20+5 Il 300 82,5 857 1 319 3,0 0,45 0,6 1 5 15
i 25 40 28,2 20+.5 Il 300 84,6 855 317 3,0
j 25 40 28,6 20+5 Il 85,8 838 3,0
Anmerkungen: VC-Wert C W S G
II-CS
SP
Vibrationsverd ichtungswert
Zement
Wasser
Sand
Kies
wasserfreies Calciumsulfat Typ II
Siliciumdioxidpulver
CD O CD
Die gleichen Anmerkungen gelten für die nachstehenden Tabellen.
ω
ο
to O
Tabelle VII
Anmerkung: Druckfestigkeitswert als Mittelwert von 5 Bestimmungen. Biegefestigkeitswert als Mittelwert von 3 Bestimmingen.
Durch
gang
Nr.		 Mi
schung
Nr.		 Abschnitt gemessener
VC-Wert
(See)		 Betontempe
ratur
(0C)		 Festigkeit (28 Tage) (kgf/cm2)
68 f 1 21 12,0 . Druckfestigkeit Biegefestigkeit
69 g 2 22 12,0 508 45
70 h 3 20 12,0 827 85
71 i 4 18 12,0 1005 118
72 j 5 16 12,0 950 101
1210 137
Durchgang Nr. 68 ist ein Vergleichsbeispiel ohne spezielle Alterung. Das Ausbringen des Betons wird spontan durchgeführt. Die niedrigste und die höchste Temperatur während der Alterungsperiode betragen 5 bzw. 150C.
Da der Wassergehalt im Einheitsvolumenbeton verringert werden kann und eine Betonmasse von weiter getrocknetem Zustand hergestellt und verwendet werden kann, ergibt sich erfindungsgemäss beim praktischen Betonieren gemäss den vorstehenden Beispielen die Wirkung, dass die Festigkeit bei gleichem Wasser/Zement-Verhältnis (z.B. wie im Vergleichsdurchgang Nr. 68) erheblich zunimmt.
Beispiel 5
Gemäss Beispiel 4 werden die in Tabelle VIII angegebenen Gemische k und 1 auf einer Straße betoniert. Die Betonoberflächen werden mit Tafeln bedeckt, über die zur Verdichtung der Betonmassen Walzen ohne Vibration bewegt werden. Beim Durchgang Nr. 74 handelt es sich um ein
Vergleichsbeispiel.
Aus Tabelle IX geht hervor, dass das Produkt von Durchgang Nr. 74 mit einem Setzmass von 5 + 1,5 cm eine äusserst
"2 geringe Druckfestigkeit von 669 kgf/cm aufweist. Die Betonmasse von Durchgang 74 fliesst während des WaIzverdichtungsvorgangs auf beiden Seiten der Tafel aus, was das ungünstige Betonierungsverhalten beim Verdichten zeigt.
ω ο
to ο
Tabelle VIII
cn
CJi
Mi
schung
Nr.		 G max S/a W/C Setzmass
(nun) (Gew.-%) (Gew.- (cm)
%)		 Einhe i t srnenge zugesetzte Menge (Gew.-teile)
k
1		 25 40 40 1?5±1;5
25 40 40 5±1,5		 CWS G Wasser- Citronen- Natrium- II-CS*
reduzie- säure carbonat
rungsmittel
300 130 817 1263
300 136 810 1253 		3,0 0,45 0,6 15
3,0 0,45 0,6 15
Tabelle IX
Durch
gang
Nr.		 Mi
schung		 k Abschnitt gemessenes-
Setzmass (cm)		 Druckfestigkeit.
(kgf/cm^) 		(28 Tage)
73 1 6 2,9 853
74 7 4;7 669
10 15 20 25 30
Beispiel 6
Man verfährt wie in Beispiel 4 und betoniert das Gemisch Nr. h gemäss Tabelle VI unter variierenden VC-Werten auf einer Straße. 10 0 χ 20 cm Teststücke werden nach 28-tägiger Alterung gewonnen und auf ihre Druckfestigkeit und die Verhaltensweise während der Verarbeitung untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle X zusammengestellt. Bei Durchgang Nr. 79 wird lediglich eine Walzverdichtung ohen Vibration durchgeführt.
Bei den Durchgängen Nr. 75 bis 78 zeigen sich hervorragende Verarbeitungseigenschaften. Die Oberfläche des im Durchgang Nr. 79 gebildeten Betons wird durch die Walze geringfügig wellenförmig ausgebildet.
35
cn
to ο
cn
σι
Tabelle X
Curch- G max S/a W/C VC- Setziiiass Einhei tsmenge 1 G zugesetzte Menge Citronen (Gew.-teile) II-CS
gang
Mr» 		wert (Kq/TR-3) 1 343 Wasser säure Natrium
(mm) (Gew.-%) (Gew. - (sec) (cm) CWS 1 323 reduzie
rungsmittel		 0,45 carbonat 15
75 25 40 23,3 4 0±5 0> 300 70,0 870 1 314 3,0 Il 0,6 Il
76 Il Il 27,5 20+5 Il 82,5 857 1 302 Il Il Il Il
77 '■ Il 29,3 10+5 Il 88,0 851 269 Il Il Il »
78 Il Il 31,9 5 + 2 M 95,6 843 It Il Il Il
79 Il Il 38,7 - 1,0±1,5 " 116 821 Il Il
CD O O
Cu
σι
ω ο
to
cn
Tabelle X (Forts.)
gemessene Werte Setz-
mass
(cm)		 Betontemperatur
(0C)		 Druckfestigkeit (28 Tage)
(kgf/cm2)
VC-
Wert
(see)		 0 12,0 1209
42 0 12,0 1005
20 0 12.0 989
12 0 12.0 967
6 0,8 12,0 901
Abschnitt -
8
9
10
11
12
CD O O
Beispiel 7
Man verfährt wie in Beispiel 3 und versetzt das Gemisch Nr. c gemäss Tabelle IV mit Citronensäure, Natriumsilicat und wasserfreiem Calciumsulfat Typ II. Man erhält die in Tabelle XI angegebenen Betonmassen. Die Druckfestigkeit nach einer Alterung von 91 Tagen und der Temperaturanstieg während der Alterungsperiode werden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle XI zusammengestellt.
CD
to cn
fcO
Tabelle XI
Ol
cn
Durch
gang
Nr.		 Mi
schung
Nr.		 zugesetzte Menp;e (Gew.-teile) Natrium-
silicat		 H-CS Druckfestig
keit
(91 Tage)
(kgf/cm2)		 Temperatur
anstieg
(0C)
80 C Citronensäure - 5 531 49
81 - 0,3 5 605 48
82 0,02 0,3 5 720 45
83 0,05 0,02 5 557 34
84 0,10 0,05 5 659 35
85 0,10 0,1 5 749 38
86 0,10 0,2 5 857 40
0,10

Claims (8)

Patentansprüche
1. Betonmasse zum Betonieren unter Walzverdichtung, enthaltend einen Zement, einen Zuschlagstoff, eine organische Säure und/oder ein Salz davon und ein das Abbinden beschleunigendes anorganisches Salz.
2. Betonmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, |
dass sie ein Setzmass von nicht mehr als 3 cm aufweist. "*
3. Betonmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile des Zements mit nicht mehr als 0,5 Gewichtsteilen der organischen Säure und/oder eines Salzes davon und mit nicht mehr als 2 Gewichtsteilen des das Abbinden beschleunigenden anorganischen Salzes vermischt sind.
4. Betonmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich ein Wasserreduzierungsmittel enthält.
5. Betonmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass 100 Gewichtsteile des Zements mit nicht mehr als 5 Gewichtsteilen des Wasserreduzierungsmittels vermischt sind.
1 6. Betonmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich Calciumsulfat enthält.
7. Betonmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass 100 Gewichtsteile des Zements mit nicht mehr als 15 Gewichtsteilen Calciumsulfat, berechnet als CaSO^, vermischt sind.
8. Betonmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass sie zusätzlich ein Siliciumdioxidpulver enthält.
9· Betonmasse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass 100 Gewichtsteile des Zements mit nicht mehr als 30 Gewichtsteilen des Siliciumdioxidpulvers vermischt sind.
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