DE19912652A1 - Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels oder eines säurebeständigen Betons - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels oder eines säurebeständigen Betons, wobei ein Bindemittel, Zuschlagstoff und Wasser zu einer zu verarbeitenden Mischung gemischt werden. Als Bindemittel wird ein Gemisch aus 60 bis 80 Gew.-% Zement, 15 bis 25 Gew.-% Flugasche und 5 bis 15 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt. Die Korngrößenverteilung des Bindemittels wird auf eine dichte Packung der Bindemittelteilchen eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels oder eines säurebeständigen Betons, wobei ein Bindemittel, Zuschlagstoff und Wasser zu einer zu verarbeitenden Mischung gemischt werden.

Verarbeiten der Mischung meint, daß der Mischung gegebenen­ falls weitere Zusatzkomponenten zugesetzt werden und daß die Mischung anschließend als Mörtel oder Beton an ihrem Bestimmungsort, beispielsweise an einem Bauwerk, aufge­ bracht wird. Säurebeständigkeit meint im Rahmen der Erfin­ dung insbesondere eine Beständigkeit gegenüber sauren Medien mit einem pH-Wert von 2 bis 4,5. Mörtel meint im Rahmen der Erfindung insbesondere, daß die zu verarbeitende Mischung im wesentlichen Zuschlagstoff mit Korngrößen kleiner 2 mm aufweist. Beton meint dagegen im Rahmen der Erfindung insbesondere, daß die zu verarbeitende Mischung Zuschlagstoff mit Korngrößen kleiner und größer als 2 mm, beispielsweise bis zu 16 mm oder bis zu 32 mm aufweist. Mit dem Begriff Zuschlagstoff ist im Rahmen der Erfindung auch eine Mehrzahl von Zuschlagstoffkomponenten unterschied­ licher Konsistenz und unterschiedlicher Korngröße gemeint.

Von besonderer Bedeutung ist im Rahmen der Erfindung die Herstellung eines gesamten Bauteils und/oder eines gesamten Bauwerkes monolithisch aus dem säurebeständigen Beton. Die Erfindung bezieht sich außerdem nach einer bevorzugten Ausführungsform auf die Herstellung eines säurebeständigen Betons, mit dem die Innenflächen von Kühltürmen beschichtet werden können, die von sauren Medien, insbesondere von eingeleiteten sauren Rauchgasen beaufschlagt werden. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, einen erfin­ dungsgemäß hergestellten säurebeständigen Mörtel oder säurebeständigen Beton in Bauwerken mit ähnlichen chemi­ schen Beanspruchungen, beispielsweise in chemischen Anlagen, Kläranlagen, Auffangwannen für Behälter oder Transformatoren und dergleichen, einzusetzen.

Der bislang aus der Praxis bekannte in mit sauren Medien beaufschlagten Bauwerken und Anlagen eingesetzte Beton oder Mörtel zeichnet sich durch beachtliche Nachteile aus. Der im erhärteten Beton oder erhärteten Mörtel vorliegende Zementstein wird durch Säuren leicht unter Bildung löslicher Calcium-, Aluminium- und Eisensalze sowie unter Bildung von Kieselsäure aufgelöst. Besonders säureanfällig ist das bei der Hydratation von Zement entstehende und in der Zementsteinmatrix enthaltene Calciumhydroxid sowie das bei der Carbonatisierung des Calciumhydroxids entstehende Calciumcarbonat. Das entstehende Calciumhydroxid bildet sich vorzugsweise in dreidimensional vernetzten Strukturen innerhalb der Zementsteinmatrix und um die Körner des Zuschlagstoffes aus. Wenn das Calciumhydroxid des bekannten Betons oder Mörtels durch saure Medien angegriffen wird, dringt die Säure mit der Zeit durch Auflösung des Calciumhydroxids entlang des dreidimensional vernetzten Gitters tief in die Matrix ein. Dadurch werden Zuschlag­ stoffkörner sowie beständigere schwer lösliche Calcium­ silicathydrat-Phasen (CSH-Phasen) umlaufen und lösen sich von der Oberfläche des Betons oder Mörtels ab. Zudem findet eine Tiefenschädigung des Betons oder Mörtels statt. Mit anderen Worten wird der aus der Praxis bekannte Beton oder Mörtel erheblich durch saure Medien angegriffen. Dies gilt insbesondere für die Innenflächen von mit sauren Rauchgasen beaufschlagte Kühltürme. Aus diesem Grunde ist es in der Praxis erforderlich, diese Innenflächen der Kühltürme mit zusätzlichen säurebeständigen Beschichtungen, insbesondere Kunststoffbeschichtungen, zu versehen. Diese kostspieligen Beschichtungen müssen zumindest im Abstand von einigen Jahren erneuert werden, was zu nachteilhaften Stillstands­ zeiten der Kühltürme führt.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, einen Mörtel oder Beton anzugeben, der sich durch eine hervorragende Säurebeständigkeit auszeichnet und nichtsdestoweniger allen mechanischen Anforderungen genügt. Der Erfindung liegt fernerhin das technische Problem zugrunde, einen Beton für die Innenflächen von Kühltürmen anzugeben, für den säurebeständige Beschichtungen, insbe­ sondere Kunststoffbeschichtungen, nicht erforderlich sind.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels oder eines säurebeständigen Betons, wobei ein Bindemittel, Zuschlagstoff und Wasser zu einer zu verarbei­ tenden Mischung gemischt werden,
wobei als Bindemittel ein Gemisch aus 60 bis 80 Gew.-% Zement, 15 bis 25 Gew.-% Flugasche und 5 bis 15 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird und wobei die Korngrößenvertei­ lung des Bindemittels auf eine dichte Packung der Binde­ mittelteilchen eingestellt wird. Die im Patentanspruch 1 beanspruchten Gewichts-Prozentangaben beziehen sich ledig­ lich auf das Bindemittel bzw. auf das entsprechende Gemisch. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß sich die Gewichtsprozentangaben zu 100 Gew.-% addieren. Dichte Packung der Bindemittelkomponenten meint im Rahmen der Erfindung; daß zwischen den Bindemittelteilchen der Binde­ mittelmischung möglichst wenig Hohlraum verbleibt.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird als Bindemittel ein Gemisch mit 65 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 68 bis 72 Gew.-% Zement eingesetzt. Sehr bevorzugt enthält das als Bindemittel eingesetzte Gemisch 70 Gew.-% Zement. Vorzugsweise wird Portlandzement als Zement verwendet. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird als Bindemittel ein Gemisch mit 18 bis 22 Gew.-% Flugasche ein­ gesetzt. Sehr bevorzugt wird als Bindemittel ein Gemisch mit 20 Gew.-% Flugasche verwendet. Vorzugsweise wird als Flugasche Steinkohlenflugasche eingesetzt. - Nach bevorzug­ ter Ausführungsform der Erfindung wird als Bindemittel ein Gemisch mit 8 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 10 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt. Sehr bevorzugt wird ein Gemisch mit 10 Gew.-% Mikrosilika.

Eine sehr bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Gemisch mit 70 Gew.-% Portlandzement, 20 Gew.-% Steinkohlenflugasche und 10 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird. Es versteht sich, daß die vorstehend zu Zement, Flugasche und Mikro­ silika angegebenen Gewichts-Prozent-Werte lediglich auf das Bindemittel bzw. das betreffende Bindemittelgemisch bezogen sind.

Nach sehr bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist das Wasser/Bindemittel-Verhältnis in der zu verarbeitenden Mischung einen W/B-Wert von 0,40 bis 0,45, vorzugsweise einen W/B-Wert von 0,41 bis 0,43, sehr bevorzugt einen W/B-Wert von 0,42, auf. Der W/B-Wert ergibt sich dabei nach folgender Gleichung:

W: Masse des Wassers
Z: Masse des Zementes
k: Konstanter Faktor (k = 0,4)
SFA: Masse der Flugasche
MS: Masse von Mikrosilika

Der konstante Faktor k = 0,4 resultiert dabei aus Unter­ suchungen zur Druckfestigkeit des Betons bzw. Mörtels.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Korngrößenverteilung des Bindemittels so zu optimieren, daß eine dichteste Packung der Partikel der Bindemittelkomponenten resultiert. Die Korngrößen des Bindemittels liegen in der Regel und vorzugsweise unter 0,063 mm. - Nach sehr bevorzugter Aus­ führungsform der Erfindung wird die Einstellung der Korn­ größenverteilung des Bindemittels nach Maßgabe des Wasser­ bedarfs am Sättigungspunkt des Kornhaufwerkes des Binde­ mittels vorgenommen. Wasserbedarf am Sättigungspunkt des Kornhaufwerkes meint hier die Mindestwassermenge, die gerade ausreicht, um die Hohlräume zwischen den Körnern der Bindemittelmischung zu füllen und um die Körner der Binde­ mittelmischung gerade zu benetzen. Erfindungsgemäß wird die Korngrößenverteilung des Bindemittels so eingestellt, daß diese Mindestwassermenge möglichst gering ist. Um so dichter ist dann auch das Korngefüge der Bindemittelpartikel. Die Ermittlung des Mindestwasserbedarfs am Sättigungspunkt wird nachfolgend beispielsweise erläutert: Zunächst wird eine definierte Masse des Bindemittels tropfenweise mit Wasser versetzt. Dabei wird die Masse aus Bindemittel und Wasser nach jeder Wasserzugabe möglichst weeitgehend homogenisiert. Sobald sich die Oberfläche der Masse ebnet und mit einer matten Glanzschicht bedeckt ist, ist der Sättigungspunkt erreicht. Durch Rückwägung erhält man die Menge des zugegebenen Wassers. Daraus läßt sich der wassergefüllte Porenanteil des Bindemittelgemisches mit Hilfe der folgenden Formel berechnen:

n_w: wassergefüllter Porenanteil in [%],
V_W: Wasserbedarf bei Sättigung in [cm³],
V_K: Volumen des eingewogenen Korns [cm³],
W: Wasserbedarf bei Sättigung in dichtester Lagerung in [g],
K: Masse des eingewogenen Korns in [g],
d_K: Kornrohdichte in [g/cm³],
d_W: Dichte des Wassers in [g/cm³].

Erfindungsgemäß wird die Korngrößenverteilung des Binde­ mittels so eingestellt, daß der wassergefüllte Porenanteil n_W möglichst klein ist. Auf diese Weise wird eine dichte Packung der Körner der Bindemittelkomponenten erreicht.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, eine dichte Packung der Bindemittelteilchen dadurch zu erreichen, daß die Korn­ verteilung des Bindemittels gemäß einer Sieblinie nach Fuller & Thompson eingestellt wird.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden zu der zu verarbeitenden Mischung 0,1 bis 2 Gew.-%, zweck­ mäßigerweise 0,1 bis 1 Gew.-% Mikrohohlkugeln gemischt, wobei die genannten Gewichts-Prozent-Werte auf das Bindemittel bezogen sind. Vorzugsweise werden 0,3 bis 0,5 Gew.-%, sehr bevorzugt 0,4 Gew.-% Mikrohohlkugeln einge­ setzt. Der erfindungsgemäße hochdichte Beton ist gleich­ zeitig auch hochfest. Durch den Zusatz der Mikrohohlkugeln können die mechanischen Kennwerte, insbesondere die Druck­ festigkeit und Biegezugfestigkeit des Mörtels oder Betons beeinflußt werden. So kann auf einfache Weise insbesondere die Druckfestigkeit von Beton gezielt verringert werden ohne daß die Säurebeständigkeit oder Dichtigkeit des Betons dabei reduziert wird. Vielmehr kann durch Zusatz der Mikrohohlkugeln die Dichtigkeit und die Säurebeständigkeit des Mörtels oder Betons auf effektive Weise erhöht werden. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz der Mikrohohlkugeln kann die Festigkeit des hochdichten Betons insbesondere um etwa 20% bis 40% (je nach Mischungszusammensetzung) gesenkt werden. Eine solch ausgeprägte Verringerung der Festigkeit durch den Zusatz der Mikrohohlkugeln konnte der Fachmann nicht erwarten. Günstig wirkt sich bei der Herabsetzung der Festigkeit auch die entsprechende Verringerung des Elasti­ zitätsmoduls aus. Dies ist für das elastische Verhalten des Betons vorteilhaft. Mit den erfindungsgemäßen Mikrohohl­ kugeln wird somit die Druckfestigkeit und das Elastizi­ tätsmodul herabgesetzt und letztendlich wird dadurch eine zusätzliche Bewehrung und die damit verbundenen Kosten vermieden. Bislang ist im Stand der Technik der Zusatz von Mikrohohlkugeln lediglich zur Erhöhung der Frost-Tau- Beständigkeit von Beton bekannt. Diese Maßnahmen waren aber bei vielen dichten Hochleistungsbetonen nicht nötig, da diese von sich aus eine hohe Frost-Tau-Beständigkeit be­ sitzen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, als Mikrohohl­ kugeln Kunststoffmikrohohlkugeln einzusetzen, die aus Hohl­ kapseln aus Kunststoff bestehen, die vorzugsweise gasge­ füllt sind. Der Durchmesser der Mikrohohlkugeln beträgt vorzugsweise 30 bis 100 µm. Die Wanddicke der Mikrohohl­ kugeln beträgt zweckmäßigerweise 1/100 des Hohlkugeldurch­ messers. Vorzugsweise beträgt die Trockenrohdichte der eingesetzten Mikrohohlkugeln 7 bis 45 kg/m³. Zweckmäßiger­ weise werden die Mikrohohlkugeln der zu verarbeitenden Mischung nicht trocken, sondern in Form einer wäßrigen Paste beigemischt. Eine erfindungsgemäß eingesetzte wäßrige Mikrohohlkugelpaste weist beispielsweise 90 Gew.-% Wasser und 10 Gew.-% Mikrohohlkugeln auf. Es versteht sich, daß der Wassergehalt der wäßrigen Mikrohohlkugelpaste bei der Wassermenge der zu verarbeitenden Mischung zu berücksich­ tigen ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird der Durchmesser der Mikrohohlkugeln so gewählt, daß eine dichteste Packung zwischen Bindemittel, Zuschlagstoff und Mikrohohlkugeln erreicht wird. Mit anderen Worten werden erfindungsgemäß durch Einsatz der Mikrohohlkugeln die granulometrischen Lücken zwischen Bindemittel und Zuschlagstoff in der zu verarbeitenden Mischung gefüllt. Die erfindungsgemäß zugesetzten Mikrohohlkugeln weisen den beachtlichen Vorteil auf, daß sie gegenüber sauren Medien weitgehend inert sind und somit ein Vordringen von sauren Medien in die Mörtelmatrix oder die Betonmatrix verhindern. Mikrohohlkugeln haben zudem den Vorteil, daß sie in der zu verarbeitenden Mischung gleichsam einen Kugellagereffekt bewirken, der die Verarbeitbarkeit der Mischungen beacht­ lich erhöht.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels ein Zuschlagstoff eingesetzt wird, der lediglich Korngrößen kleiner 2 mm aufweist. Vorzugs­ weise wird dieser Zuschlagstoff im Hinblick auf eine dich­ teste Packung optimiert. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird dabei die Einstellung der Korngrößenver­ teilung des Zuschlagstoffes (Korngrößen kleiner 2 mm) nach Maßgabe des Wasserbedarfs am Sättigungspunkt des Korn­ haufwerkes des Zuschlagstoffes vorgenommen. Hierbei handelt es sich um das im Patentanspruch 6 bezüglich des Binde­ mittels beanspruchte Verfahren, das oben bereits erläutert wurde. Hier kann ebenfalls Gleichung (2) angewendet werden. Nach einer weiteren sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Korngrößenverteilung des Zuschlagstoffes für die Herstellung des Mörtels gemäß der Normsandsieblinie nach DIN 196, Teil 1, eingestellt. Nach einer Ausführungs­ form der Erfindung wird zur Herstellung des säurebe­ ständigen Mörtels Normsand als Zuschlagstoff eingesetzt. Zweckmäßigerweise werden Sande als Zuschlagstoff einge­ setzt, deren Kornzusammensetzung der des Normsandes ent­ spricht. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels eine zu verarbeitende Mischung mit 25 bis 35 Gewichtsteilen, vorzugsweise 28 bis 32 Gewichtsteilen Bindemittel und mit 65 bis 75 Gewichtsteilen, vorzugsweise 68 bis 72 Gewichtsteilen Zuschlagstoff, bevorzugt Normsand, einge­ setzt. Ein hochbeständiger Mörtel wird insbesondere erreicht, wenn in der zu verarbeitenden Mischung 30 Gewichtsteile Bindemittel und 70 Gewichtsteile Zuschlag­ stoff, vorzugsweise Normsand, eingesetzt werden. Das Binde­ mittel weist dabei zweckmäßigerweise 70 Gew.-% Zement, 20 Gew.-% Flugasche und 10 Gew.-% Mikrosilika auf. Der zu verarbeitenden Mischung werden bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% Mikrohohlkugeln (Trockengewicht, Gew.-% -Angabe bezogen auf das Bindemittelgemisch) zugesetzt.

Von besonderer Bedeutung ist im Rahmen der Erfindung das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von säurebestän­ digem Beton. Der hier eingesetzte Zuschlagstoff weist in der Regel und vorzugsweise Korngrößen kleiner 2 mm und größer 2 mm auf. Die Korngrößen des Zuschlagstoffes sind regelmäßig und bevorzugt größer als 0,063 mm, während die Korngrößen des Bindemittels normalerweise und bevorzugt kleiner als 0,063 mm sind. Es liegt im Rahmen der Erfin­ dung, daß zur Herstellung des säurebeständigen Betons Sand als Zuschlagstoff mit Korngrößen zwischen 0,063 mm und 2 mm eingesetzt wird. Fernerhin liegt es im Rahmen der Erfin­ dung, daß zur Herstellung des säurebeständigen Betons Kies als Zuschlagstoff mit Korngrößen größer als 2 mm und beispielsweise mit einem Größtkorn von 16 mm oder von 32 mm eingesetzt wird. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung eines säurebeständigen Betons eine zu verarbeitende Mischung mit 11 bis 17 Gewichtsteilen, vorzugsweise 12 bis 14 Gewichtsteilen Bindemittel und 83 bis 89 Gewichtsteilen, vorzugsweise mit 86 bis 88 Gewichtsteilen Zuschlagstoff eingesetzt, (Trockengewicht, bezogen auf die Summe von Bindemittelgewicht und Zuschlagstoffe). Die vorstehenden Gewichtsteilangaben sind insbesondere geeignet für Zuschlagstoff mit einem Größtkorn von 16 mm.

Im Rahmen der Herstellung eines säurebeständigen Betons wird vorzugsweise die Korngrößenverteilung des Bindemittels gemäß Patentanspruch 6 eingestellt. Das entsprechende Verfahren wurde oben näher erläutert. - Nach einer Aus­ führungsform der Erfindung wird zur Herstellung eines säurebeständigen Betons die Korngrößenverteilung des Zuschlagstoffes nach Maßgabe einer Sieblinie nach Fuller eingestellt.

Nach sehr bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung ganz besondere Bedeutung zukommt, wird die Korngrößenverteilung des Bindemittels und des Zuschlag­ stoffes nach Maßgabe einer Sieblinie nach Fuller & Thompson eingestellt. Die Fuller/Thompson-Sieblinie gibt stets die Kornverteilung von Bindemittel und Zuschlagstoff an. Die ideale Fuller/Thompson-Sieblinie folgt bei linearer Auf­ tragung des Siebdurchganges gegen die Siebweite bis zur Siebweite D/10 einer Ellipse und verläuft dann in Form einer Geraden. D meint den Durchmesser des Größtkorns. Erfindungsgemäß wird also die Korngrößenverteilung des Bindemittels und des Zuschlagstoffes so gewählt, daß möglichst eine ideale Fuller/Thompson-Sieblinie erreicht wird. Bezüglich der Definition einer Fuller/Thompson- Sieblinie wird auch verwiesen auf "Grundlagen für die Matrixoptimierung und Ausführung in der Praxis, W. Puntke, Ostfildern 1990, Seiten 6 und 7". Der Druckschrift ist entnehmbar, daß die Fuller/Thompson-Sieblinie bei linearer Auftragung im Feinkornbereich einer Ellipse folgt und anschließend in eine daran tangential anschließende Gerade übergeht.

Eine Sieblinie F nach Fuller & Thompson ist in der Fig. 1 für ein Größtkorn von 16 mm gezeigt. In Fig. 1 wird der Siebdurchgang (in Volumen-Prozent) in Abhängigkeit von der Siebweite d (in Millimetern) dargestellt. Hier ist der Siebdurchgang im linearen Maßstab und die Siebweite im logarithmischen Maßstab aufgetragen. Fig. 1a zeigt in entsprechender Auftragung eine ideale Fuller/Thompson- Sieblinie, wobei für die Siebweite d jeweils der Quotient Siebweite d/Größtkorndurchmesser D angegeben wurde. Vor­ zugsweise wird also zur Herstellung eines säurebeständigen Betons das Verhältnis von Bindemittel zu Zuschlagstoff nach Maßgabe einer solchen Sieblinie nach Fuller & Thompson eingestellt. Dabei wird davon ausgegangen, daß es sich bei Korngrößen kleiner als 0,063 mm um Bindemittel handelt und bei Korngrößen größer als 0,063 mm um Zuschlagstoff handelt. In Fig. 1 ist erkennbar, daß einer Siebweite von 0,063 mm 12,9 Vol.-% Siebdurchgang zugeordnet sind, wobei es sich bei diesen 12,9 Vol.-% um Bindemittel handelt. Der Volumenanteil des Zuschlagstoffes ergibt sich somit aus der Differenz von 100 Vol.-% und 12,9 Vol.-%. Die erfindungs­ gemäße Einstellung des Verhältnisses von Bindemittel zu Zuschlagstoff wird nachfolgend beispielsweise für ein Größtkorn von 16 mm erläutert: Gemäß der in Fig. 1 dar­ gestellten Sieblinie F nach Fuller & Thompson ergeben sich für die Gesamtmischung aus Bindemittel und Zuschlagstoff die folgenden Volumenanteile:

Anschließend sind diese Volumenanteile zweckmäßigerweise in Masseanteile umzurechnen. Dies erfolgt in bekannter Weise mit den Dichten der einzelnen Bestandteile. Wenn von einem Bindemittel mit 70 Gew.-% Zement, 20 Gew.-% Flugasche und 10 Gew.-% Mikrosilika ausgegangen wird, ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel die folgenden Kornzusammen­ setzung in Gewichts-Prozent:

Nachfolgend wird eine bevorzugte Betonzusammensetzung ange­ geben, die nach dem vorstehenden Verfahren gemäß der Sieb­ linie nach Fuller & Thompson für ein Größtkorn von 16 mm ermittelt wurde. Als Bindemittel wurde dabei ein Gemisch von 70 Gew.-% Portlandzement, 20 Gew.-% Steinkohlenflug­ asche und 10 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt. Der Wasser­ gehalt wurde entsprechend einem W/B-Wert von 0,42 (Faktor k = 0,4) eingestellt:

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung eines säurebeständigen Betons ein anteilig Quarzmehl enthaltender Zuschlagstoff eingesetzt. Zweckmäßi­ gerweise wird Quarzmehl mit einer Kornverteilung von 0,04 bis 0,1 mm verwendet. Vorzugsweise werden 5 bis 15 Gew.-% des Zuschlagstoffes mit einer Korngröße von 0 bis 2 mm durch Quarzmehl ersetzt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß ein Teil von als Zuschlagstoff verwendetem Sand (Korngröße bis zu 2 mm) durch Quarzmehl ersetzt wird. Beispielsweise können in der oben angegebenen Betonzusammensetzung 50 kg Sand durch 50 kg Quarzmehl ersetzt werden. - Fernerhin liegt es im Rahmen der Erfindung, zur Herstellung eines säurebeständigen Betons der zu verarbeitenden Mischung Mikrohohlkugeln in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.-% (Trockengewicht, Gew.-%-Angabe bezogen auf das Bindemittelgemisch) zuzusetzen. Auf diese Weise kann ein hochbeständiger Beton mit erniedrigter Druckfestigkeit hergestellt werden. Vorzugsweise werden der zu verarbeitenden Mischung Mikrohohlkugeln mit einem mittleren Durchmesser von 30 bis 100 µm zugesetzt. - Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der zu verarbeitenden Mischung ein Fließmittel bzw. einen Verflüssiger zugegeben, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern.

Ganz besondere Bedeutung kommt im Rahmen der Erfindung der Kombination der Verfahrensschritte zu, wonach einerseits die Einstellung der Korngrößenverteilung des Bindemittels nach Maßgabe des Wasserbedarfs am Sättigungspunkt des Kornhaufwerkes des Bindemittels vorgenommen wird und wonach zusätzlich die Korngrößenverteilung des Bindemittels und des Zuschlagstoffes nach Maßgabe einer Fuller/Thompson- Sieblinie eingestellt wird. Besondere Bedeutung kommt im Rahmen der Erfindung weiterhin einer Kombination von erfindungsgemäßen Verfahrensschritten zu, wonach die Korngrößenverteilung des Bindemittels und des Zuschlag­ stoffes nach Maßgabe einer Fuller/Thompson-Sieblinie eingestellt wird und zusätzlich 0,1 bis 1 Gew.-% Mikro­ hohlkugeln (Trockengewicht, Gew.-%-Angabe bezogen auf das Bindemittelgemisch) zu der zu verarbeitenden Mischung gemischt werden. Besondere Bedeutung kommt fernerhin auch der folgenden erfindungsgemäßen Verfahrensschritt-Kom­ bination zu: Einstellung der Korngrößenverteilung des Bindemittels nach Maßgabe des Wasserbedarfs am Sätti­ gungspunkt des Kornhaufwerkes des Bindemittels - Ein­ stellung der Korngrößenverteilung des Bindemittels und des Zuschlagstoffes nach Maßgabe einer Fuller/Thompson-Sieb­ linie - Zumischung von Mikrohohlkugeln zu der zu verar­ beitenden Mischung.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß zur Herstellung eines säurebeständigen Betons eine Kornverteilung des Zuschlag­ stoffes gewählt wird, die auf Grund von Ausfallkörnungen von der idealen Sieblinie nach Fuller & Thompson abweicht. Ausfallkörnung meint, daß in der Kornzusammensetzung des Zuschlagstoffes einzelne Korngruppen fehlen und sich somit gegenüber der idealen Sieblinie nach Fuller & Thompson Unstetigkeiten in der Sieblinie ergeben. In Fig. 1 ist eine solche Sieblinie A mit Ausfallkörnung dargestellt worden. Es handelt sich hierbei um eine gleichsam "unstetige" Fuller/Thompson-Sieblinie. Die Sieblinie A entspricht bis zu einer Siebweite von 2 mm der Sieblinie nach Fuller & Thompson und ab einer Siebweite von 2 mm bzw. ab einer Korngröße von 2 mm tritt Ausfallkörnung auf. Es liegt somit im Rahmen der Erfindung, für die Herstellung eines säure­ beständigen Betons die Kornverteilung des Zuschlagstoffes so einzustellen, daß die Kornverteilung zumindest bis zu Korngrößen von 2 mm der idealen Sieblinie nach Fuller & Thompson entspricht. Nach bevorzugter Ausführungsform ist die Menge der Kornfraktion mit Korngrößen zwischen 2 mm und 8 mm gegenüber der Menge der idealen Fuller/Thompson- Sieblinie reduziert. Ein Beispiel für diese bevorzugte Ausführungsform gibt die Sieblinie A in Fig. 1. Besondere Bedeutung kommt im Rahmen der Erfindung einer Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu, wobei die Einstellung der Korngrößenverteilung des Bindemittels nach Maßgabe des Wasserbedarfs am Sättigungspunkt des Korn­ haufwerkes des Bindemittels vorgenommen wird und wobei die Korngrößenverteilung des Bindemittels und des Zuschlag­ stoffes nach Maßgabe der Fuller/Thompson-Sieblinie einge­ stellt wird, mit der Maßgabe, daß die Kornfraktion mit Korngrößen zwischen 2 mm und 8 mm gegenüber der Menge nach der idealen Fuller/Thompson-Sieblinie reduziert ist.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Betonzusammensetzung angegeben, bei der die Kornverteilung des Zuschlagstoffes eine entsprechende Ausfallkörnung aufweist. Diese Beton­ zusammensetzung entspricht den aus der Sieblinie A in Fig. 1 entnehmbaren Volumenanteilen:

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Mörtel und insbesondere ein Beton hergestellt werden kann, der eine überraschend hohe Beständigkeit gegenüber sauren Medien aufweist, wenn nach der erfindungsgemäßen Lehre gearbeitet wird. Erfindungswesentlich ist, daß die Säure­ beständigkeit des Mörtels oder Betons nicht durch Zugabe von organisch-chemischen Zusatzmitteln oder Kunststoffen erzielt wird, sondern im wesentlichen durch die physi­ kalisch-chemische Wirkung mineralischer Komponenten. Der Erfindung liegt insoweit die Erkenntnis zugrunde, daß das bei den bekannten Mörteln und Betonen vorliegende drei­ dimensionale Calciumhydroxidgitter wirksam gestört bzw. unterbrochen wird, wenn ein Bindemittel der erfindungs­ gemäßen Zusammensetzung eingesetzt wird. Dadurch, daß die Entstehung eines zusammenhängenden dreidimensionalen Calciumhydroxidgefüges zumindest weitgehend unterbunden wird, wird die Säurebeständigkeit des Mörtels oder Betons beachtlich erhöht. Hierzu trägt aber auch die erfindungs­ gemäß eingestellte Kornverteilung bzw. die dichte Packung des Bindemittels bei. Fernerhin wird die Säurebeständigkeit durch die erfindungsgemäß gewählte Kornverteilung des Zuschlagstoffes noch erheblich erhöht. Im Rahmen der Erfin­ dung wird eine konsequente Abstufung des Korngerüstes bzw. der Kornverteilung der Bestandteile bis in den Feinst­ bereich bzw. in den Mikrometerbereich verwirklicht. Hierbei kommt besondere Bedeutung der erfindungsgemäß eingestellten dichten Packung des Bindemittels zu. Im Ergebnis wird eine hohe chemische Beständigkeit sowie eine hervorragende Dichtigkeit des Mörtels oder Betons bezüglich des Eindrin­ gens von sauren Medien erreicht. Diese Vorteile können mit einem überraschend niedrigen Bindemittelgehalt erzielt werden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein hochfester und hochbeständiger Beton (der beispielsweise eine Festigkeit B85 aufweist) mit einer Zementmenge von nur 220 bis 230 kg pro m³ Beton hergestellt werden. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Beton vergleichbarer Festigkeit werden wesentlich höhere Zementmengen, in der Regel über 400 kg Zement pro m³ Beton benötigt. Trotz des relativ geringen Zementgehaltes kann erfindungsgemäß eine hohe Frühfestigkeit des Mörtels oder Betons erreicht werden. Mit einfachen Mitteln, beispielsweise durch die Zugabe von geringen Mengen Mikrohohlkugeln, kann die Druckfestigkeit des Betons variiert werden, ohne daß dabei die Säure­ beständigkeit oder Dichtigkeit des Betons reduziert wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten säurebe­ ständigen Betons zur Beschichtung der Innenflächen von Kühltürmen. Auf diese Weise können die Innenflächen von mit Rauchgas beaufschlagten Kühltürmen auf effektive Weise vor Säureangriffen geschützt werden. - Gegenstand der Erfindung ist fernerhin die Verwendung eines mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellten säurebeständigen Mörtels oder säurebeständigen Betons zur Beschichtung von Flächen aus herkömmlichem Beton.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert:

Fig. 1 Sieblinien nach Fuller & Thompson bzw. mit Aus­ fallkörnung,

Fig. 1a ideale Sieblinie nach Fuller & Thompson,

Fig. 2 Balkendiagramm zum Masseverlust von Beton durch Säureangriff.

Die Fig. 1 mit den Sieblinien F und A und die Fig. 1a wurden bereits oben näher erläutert. - Die Fig. 2 zeigt in einem Balkendiagramm den Masseverlust von Betonen durch Säureangriff nach einem Zeitraum von 49 Tagen. Die Betonproben wurden dabei 49 Tage lang in einem sauren Medium bei einem pH-Wert von 2,5 gelagert. Balken 1 zeigt einen Masseverlust von 3,27 Gew.-% für einen herkömmlichen Beton, der mit reinem Zement als Bindemittel hergestellt wurde. Balken 2 gibt einen Masseverlust von 1,24 Gew.-% für einen erfindungsgemäßen Beton ohne Zusatz von Mikro­ hohlkugeln an. Balken 3 zeigt einen Masseverlust von 1,26 Gew.-% für einen erfindungsgemäßen Beton mit 0,4 Gew.- % Mikrohohlkugeln. Aus dem Balkendiagramm nach Fig. 2 ist somit ersichtlich, daß der erfindungsgemäß hergestellte Beton wesentlich resistenter gegenüber einem Säureangriff ist als ein herkömmlicher Beton.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels oder eines säurebeständigen Betons, wobei ein Bindemittel, Zuschlagstoff und Wasser zu einer zu verarbei­ tenden Mischung gemischt werden,
wobei als Bindemittel ein Gemisch aus 60 bis 80 Gew.-% Zement, 15 bis 25 Gew.-% Flugasche und 5 bis 15 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird und
wobei die Korngrößenverteilung des Bindemittels auf eine dichte Packung der Bindemittelteilchen eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Bindemittel ein Gemisch mit 65 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 68 bis 72 Gew.-% Zement eingesetzt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei als Bindemittel ein Gemisch mit 18 bis 22 Gew.-% Flugasche ein­ gesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Bindemittel ein Gemisch mit 8 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 10 Gew.-% Mikrosilika eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wasser/Bindemittel-Verhältnis in der zu verarbeitenden Mischung einen W/B-Wert von 0,40 bis 0,45, vorzugsweise einen W/B-Wert von 0,41 bis 0,43, sehr bevorzugt einen W/B-Wert von 0,42, aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einstellung der Korngrößenverteilung des Bindemittels nach Maßgabe des Wasserbedarfs am Sättigungspunkt des Kornhauf­ werkes des Bindemittels vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei 0,1 bis 1 Gew.-% Mikrohohlkugeln (bezogen auf das Bindemittel) zu der zu verarbeitenden Mischung gemischt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels ein Zuschlag­ stoff mit Korngrößen kleiner 2 mm eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zur Herstellung eines säurebeständigen Mörtels eine zu verar­ beitende Mischung mit 25 bis 35 Gewichtsteilen, vorzugs­ weise 28 bis 32 Gewichtsteilen Bindemittel und mit 65 bis 75 Gewichtsteilen, vorzugsweise 68 bis 72 Gewichtsteilen Zuschlagstoff eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Herstellung eines säurebeständigen Betons eine zu verarbei­ tende Mischung mit 11 bis 17 Gewichtsteilen, vorzugsweise mit 12 bis 14 Gewichtsteilen Bindemittel und mit 83 bis 89 Gewichtsteilen, vorzugsweise mit 86 bis 88 Gewichtsteilen Zuschlagstoff eingesetzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach Anspruch 10, wobei zur Herstellung eines säurebeständigen Betons die Korngrößenverteilung des Zuschlagstoffes nach Maßgabe einer Sieblinie nach Fuller eingestellt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei zur Herstellung eines säurebeständigen Betons das Verhältnis von Bindemittel zu Zuschlagstoff nach Maßgabe der Sieblinie nach Fuller & Thompson eingestellt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei zur Herstellung eines säurebeständigen Betons ein anteilig Quarzmehl enthaltender Zuschlagstoff eingesetzt wird.

14. Verwendung eines mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellten säurebeständigen Mörtels oder säurebeständigen Betons zur Beschichtung der Flächen von Bauwerken, insbesondere der Innenflächen von Kühl­ türmen.