Mittel und Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit einer qualitativ hochwertigen Betonrandzone und Betonoberfläche

Technisches Gebiet:

Die Erfindung betrifft ein Mittel zum Aufbringen auf die Schalfläche einer Betonschalung zur Herstellung von Betonbauteilen mit einer qualitativ hochwertigen Betonrandzone sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Betonbauteils mit qualitativ hochwertiger Randzone.

Stand der Technik: Beton ist als Baustoff bei der Herstellung von Bauwerken des Hochbaus und

Ingenieursbaus allgegenwärtig. Durch die Möglichkeit, den Beton in fließfähiger

Konsistenz in eine Schalung beliebiger Form einbringen zu können und erhärten zu lassen, ist es möglich, den Bauteilen beinahe jede beliebige Gestalt und Größe zu geben. Es hat daher nicht an Bestrebungen gefehlt, Beton nicht nur für Bauteile mit konstruktiver Zweckbestimmung einzusetzen, sondern auch als Mittel zur Herstellung optisch ansprechender Bauwerke zu verwenden.

In diesem Zusammenhang kommt der Betonoberfläche als sichtbare Fläche eine übergeordnete Bedeutung zu. Deren optische Qualität ist in erster Linie von der

Farbtongleichmäßigkeit, der Oberflächentextur sowie der Porigkeit abhängig.

Einflussgrößen auf diese Faktoren sind neben der Betonrezeptur und der Verarbeitung des Betons vor allem die Schalhaut und das verwendete Trennmittel. Diese beeinflussen das Betongefüge in der Betonrandzone maßgeblich und damit nicht nur die Festigkeit, sondern auch die optische Qualität der Betonoberfläche.

Beton besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten, nämlich einem hydraulischen Bindemittel, mineralischen Zuschlagsstoffen und Wasser. Im Hinblick auf die Qualität des Betons kommt dem Wasser-Zement-Wert eine Schlüsselfunktion zu. Weist der Beton zu wenig Wasser auf, so kann die Hydratation nicht vollständig erfolgen. Ist hingegen mehr

BESTÄTIGUNGSKOPIE Wasser vorhanden als für die Hydratation notwendig, so führt das überschüssige

Anmachwasser zu einer vermehrten Porenbildung und Festigkeitsverlusten.

Die Qualität der Betonrandzone wird im Wesentlichen vom Zusammenwirken des Betons, der Schalung und des Trennmittels bestimmt. In der Betonrandzone weist der Beton weniger Zuschlagsstoffe auf, hingegen ist der Anteil an Zementleim erhöht. Bei

Verwendung einer nichtsaugenden Schalung, beispielsweise einer Schalung aus Stahl oder Kunststoff, kann das überschüssige Anmachwasser nicht in die Schalung

diffundieren. In der Betonrandzone stellt sich daher ein erhöhter Wasseranteil und damit erhöhter Wasser-Zement-Wert ein. Das führt zu einer geringeren Betonfestigkeit und einem erhöhten Porenanteil in diesem Bereich mit der Neigung zum Absanden. Beim Einsatz saugender Schalungen wie zum Beispiel aus Holz oder Karton wird der

Betonrandzone Wasser entzogen und damit der Wasser-Zement-Wert gesenkt. Durch Anhaften des Betons an der Schalhaut besteht beim Entschalen die Gefahr, dass die geschlossene Betonoberfläche in Teilbereichen aufgebrochen wird, was durch

aufwändige Sanierungsarbeiten nur teilweise wieder behoben werden kann.

Darstellung der Erfindung: Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Qualität des Betons in der Randzone sowie an der Bauteiloberfläche sicherzustellen oder gar zu steigern.

Diese Aufgabe wird durch ein Mittel mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Wasser-Zement-Werts optimale Rahmenbedingungen für die Hydratation des Betons zu schaffen und damit die Qualität der Betonrandzone zu verbessern. Dies gelingt gemäß der Erfindung mit Hilfe eines Mittels, das als wesentlichen Bestandteil zumindest ein Hydrogel aufweist, das flächig auf die dem Beton zugewandte Seite einer Schalung aufgebracht wird. Unter der Bezeichnung "Hydrogel" werden im Sinne der Erfindung wasserunlösliche Polymere verstanden, die als dreidimensionales Netzwerk vorliegen. Zu diesen

Polymeren gehören auch sogenannte Superabsorber. In Wasser quellen diese Polymere unter Formerhaltung auf, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Die Netzwerkbildung erfolgt dabei vorwiegend über kovalente Verknüpfungen der Polymere, ist aber auch über elektrostatische, hydrophobe oder Dipol/Dipol-Wechselwirkungen zwischen einzelnen Segmenten der Poylmerketten möglich. Die notwendige Hydrophilie der Polymere stammt unter anderem aus Hydroxyl-, Carboxylat-, Sulfonat- oder Amid-Gruppen. Durch deren geeignete Auswahl können die Eigenschaften des Hydrogels eingestellt werden. Die Erfindung umfasst dabei auch synthetische Hydrogele, die beispielsweise auf

Polyacrylsäuren, Polyacrylaten, Polycarboxylaten, Polyvinylpyrrolidon oder

Polyvinylalkohol basieren, oder Silicastäube, Silicasuspensionen, Quarzmehle, inerte Stäube und dergleichen. Durch seine Fähigkeit, Wasser einzulagern, ist Hydrogel und damit das

erfindungsgemäße Mittel in der Lage, überschüssiges Anmachwasser im Beton unter Volumenzunahme zu absorbieren. Dabei bildet das Mittel einen vollflächigen dichten Film auf der Schalfläche. Sollte zu einem späteren Zeitpunkt zusätzliches Wasser zur vollständigen Hydratation in der Betonrandzone benötigt werden, so ist das Hydrogel in der Lage, eingelagertes Wasser wieder an den Beton abzugeben.

Aufgrund dieser Eigenschaften erweist sich das erfindungsgemäße Mittel in zweierlei Hinsicht als vorteilhaft. Zum einen wird der Wassergehalt in der Betonrandzone reguliert und damit der dortige Wasser-Zement-Wert. Dies ersetzt zum Teil eine Nachbehandlung des Betons und führt darüber hinaus zu einer Verbesserung der Betonqualität und

Verringerung der Porigkeit. Es bildet sich eine glatte, geschlossene und dichte Oberfläche ohne die Gefahr des Absandens feiner Betonpartikel.

Gleichzeitig bewirkt der sich bildende Film eine Trenneffekt zwischen Beton und

Schalung, was einem Anhaften des Betons an der Schaloberfläche im Zuge des

Erhärtens vorbeugt. Das Ergebnis ist eine Betonoberfläche mit einheitlicher Textur ohne nennenswerte sichtbare Poren. Nacharbeiten aufgrund anhaftenden Betons entfallen vollständig. Das erfindungsgemäße Mittel kommt daher ebenfalls einem Trennmittel gleich. Das Hydrogel besitzt vorteilhafterweise pulverförmige Konsistenz, bevor es in Kontakt mit dem Beton gelangt. Das Aufbringen auf eine horizontale oder vertikale Schalfläche erfolgt dann vorteilhafterweise durch Aufsprühen, Aufrollen, oder Einreiben mit einem Schwamm, Lappen oder dergleichen, wobei durch Wahl der geeigneten Flächendichte des Auftrags das Absorptionsvermögen eingestellt werden kann. Ein im Sinne der Erfindung

bevorzugter Flächenauftrag des Hydrogels sieht 1 g/m ² bis 10 g/m ² vor.

Die Fixierung des Hydrogels an der Schalfläche geschieht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe einer Trägerschicht, die auf die Schalfläche aufgetragen wird und dort haftet. Die Trägerschicht kann dabei nach Auftrag des

Hydrogels aushärten, wodurch eine besonders gute und dauerhafte Fixierung des

Hydrogels erfolgt. Diese Alternative bietet sich bevorzugt bei Schalflächen für den einmaligen Gebrauch an, da die erhärtete Trägerschicht nicht mehr von der Schalfläche entfernt werden muss. Die Trägerschicht kann aber auch von einem viskos bleibendem Material gebildet sein, beispielsweise einem Polyol, das mit seiner adhäsiven Oberfläche das Hydrogel immobilisiert. Vor allem bei Schalflächen für wiederholten Einsatz erweist sich diese Alternative als vorteilhaft, da die Trägerschicht von der Schalfläche leichter entfernt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht zudem vor, die Trägerschicht auf einer Folie anzuordnen oder selbst als Folie auszubilden. Die Folie kann dann als

Einwegfolie auf der Schalungsinnenseite aufgebracht sein, wo sie in Kontakt mit dem frischen Beton kommt. Zur Befestigung kann die Folie auf ihrer Rückseite selbstklebend ausgebildet sein. Die Folie dient auf diese Weise zusätzlich als Schutz für die Schalung, die dadurch ohne weitere Vorbereitung für den erneuten Einsatz wieder verwendet werden kann. Da die Folie nur für den einmaligen Gebrauch bestimmt ist, eignet sich -diese-Ausführungsfoirn-gleicherm

viskos bleibende Trägerschichten. Die Folie besteht vorzugsweise aus PVC, Polyethylen oder Polyurethan.

Geeignete Materialien für eine erfindungsgemäße Trägerschicht sind beispielsweise Klarlacke, Harze, Haftkleber, Polyurethane und Schalungsöle, welche in flüssigem oder viskosem Zustand aufgesprüht werden. Als Trägerschicht eignet sich außerdem Styrol- Butadien, das als wässrige Lösung auf die Schalfläche aufgebracht wird. Nach

Verdunsten des wässrigen Anteils bleibt eine adhäsive Schicht zur Aufnahme des Hydrogels zurück. Eine weitere Ausführungsform sieht die Verwendung einer wässrigen Silikatlösung als Trägerschicht vor, beispielsweise auf Basis von Biopolymeren oder Wasserglas, was zusätzlich einen positiven Effekt auf die Qualität der Betonoberfläche im Hinblick auf ein geschlossenes und dichtes Gefüge bewirkt. Das pulverförmige Hydrogel haftet an der Oberfläche derartiger Trägerschichten, wo es nach Einbringen des

Frischbetons Anmachwasser im Bereich der Randzone aufnimmt. Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das Hydrogel in eine Matrix einzubetten und beide Komponenten zusammen als eine Art Dispersion auf die

Schalfläche aufzubringen, was ebenfalls im Wege des Aufsprühens geschehen kann. Das gewichtsbezogene Mischungsverhältnis von Hydrogel zu Matrix liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis 2,5. Hierfür geeignete Materialien bestehen aus Harz, Haftkleber, Polyol, Schalungsöl oder einer wässrigen Styrol-Butadienlösung.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung besitzen die Trägerschicht oder die Matrix hydrophobe Eigenschaften. Zu diesem Zweck kann die Trägerschicht oder die Matrix aus einem hydrophoben Material bestehen oder hydrophobe Bestandteile oder eine hydrophobe Schicht aufweisen, beispielsweise aus einem hydrophoben Polyol oder Acrylat. Vor dem Betonieren sorgen die hydrophoben Eigenschaften dafür, dass das Hydrogel nicht vorzeitig Feuchtigkeit aufnimmt und quillt. Während des Betonierens erhält die Betonoberfläche durch Vernetzung mit dem erfindungsgemäßen Mittel ebenfalls hydrophobe Eigenschaften, so dass gegebenenfalls eine nachfolgende hydrophobierende Oberflächenbehandlung des Bauteils nicht mehr nötig ist, beispielsweise zum Schutz vor Verunreinigungen, Graffiti und dergleichen.

Sowoti diei^usfütTrangsforme^^ — können zusätzlich mit einer Schutzschicht versehen sein, die das Hydrogel vor

Feuchtigkeit schützt, um ein Aufquellen vor dem Betonieren zu verhindern. Als

Schutzschicht eignen sich beispielsweise hydrophobe Mittel oder konventionelle

Betontrennmittel. Durch den beim Betonieren auf die Schutzschicht einwirkenden

Betondruck wird das Hydrogel freigelegt und es kommt zur gewünschten Absorption von Wasser. Da das auf die Schalfläche aufgebrachte Hydrogel aufgrund seiner unauffälligen Färbung und der relativ geringen Flächendichte des Auftrags mit bloßem Auge nicht gut wahrnehmbar ist, wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung das Hydrogel vor dem Aufbringen auf die Schalfläche mit Farbpigmenten vermischt. Als Farbpigmente eignen sich die zur Färbung von Beton bekannten Pigmente oder Rußpartikel. Die Mischung aus Hydrogel und Farbpigmenten ist nach dem Auftrag gut auf der Schalfläche wahrnehmbar, so dass ein vollständiger und gleichmäßiger Auftrag des erfindungsgemäßen Mittels leicht zu überwachen ist. Die Mischung aus Hydrogel und Farbpigmenten kann dabei wie oben beschrieben auf eine Trägerschicht aufgebracht oder in eine Matrix eingearbeitet werden. Da manche Farbpigmente selbst adhäsive Eigenschaften besitzen, kann die Mischung auch direkt auf die Schalfläche aufgebracht werden, beispielsweise durch Einreiben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter

Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch eine Schalung, bei der ein Hydrogel unter

Zwischenschaltung einer Trägerschicht auf die Schalung aufgebracht ist und

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch eine Schalung, bei der ein in eine Matrix

eingebettetes Hydrogel auf die Schalung aufgebracht ist.

Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerblichen Verwertbarkeit:

In Fig. 1 sieht man den dem Beton 1 zugewandten Bereich einer Schalhaut 2, deren Schalfläche mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet ist. Auf der Schalfläche 3 haftet eine viskose Trägerschicht 4. An der Außenseite der Trägerschicht 4 sieht man Partikel eines pulverförmigen Hydrogels 5, das infolge auftretender Adhäsion an der Trägerschicht 4 anhaftet. Optional kann das Hydrogel 5 mit einer Schutzschicht 6 bedeckt sein, die lediglich durch Strichlierung angedeutet ist. Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt ebenfalls den betonseitigen Teil einer Schalung 2 mit Schalfläche 3. Auf die Schalfläche 3 ist eine Matrix 7

aufgebracht, in die Partikel eines Hydrogels 5 eingebettet sind. Auch hier kann die Matrix 7 mit Hydrogel 4 von einer Schutzschicht 6 bedeckt sein entsprechend der unter Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform.