Die Haltbarkeit eines Industriebodens ist durch seine Beanspruchung eingeschränkt. Die Beanspruchung kann durch chemische oder physikalische Belastung entstehen. Ein Industrieboden ist meist stark belastet, z.B. entsteht durch Verkehr eine mechanische Belastung, welche eine entscheidende Einwirkungsgröße auf den Boden darstellt. Die Festigkeit des Bodens kann man verbessern, indem man die Betonzusammensetzung variiert oder eine Stahlbetonkonstruktion verwendet. Weitere Möglichkeiten den Beton gegen äußere Einflüsse zu schützen, ist die Oberflächenbehandlung des Betons. Oberflächenbehandlung wird notwendig, wenn Beton durch chemischen oder mechanischen Angriff übermäßig beansprucht wird. Es treten Anforderungen an den Beton auf wie Wasserdampfdiffusionsfähigkeit, Begrenzung der Karbonatisierung, Wasserundurchlässigkeit und Frost- /Taumittelbeständigkeit. Der Beton kann durch Wahl einer XM-Expositionsklasse wider-standsfähiger gegen Verschleißbeanspruchungen und durch Wahl einer XA--Expositionsklasse widerstandsfähiger gegen chemisch angreifende Beanspruchungen gemacht werden. Reicht die Wahl Expositionsklasse nicht aus, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, kann ein Oberflächschutzsystem zur Verbesserung der Haltbarkeit des Industriebodens gewählt werden. Als Oberflächenschutzsysteme gibt es Imprägnierungen / Hydrophobierungen, Versiegelung und Beschichtung zum Schutz der Betonoberfläche gegen das Eindringen von Wasser und darin eventuell gelöster Schadstoffe. Die Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchungen kann für gewöhnlich nur durch Beschichtungen gewährleistet werden.
Ein geeigneter Werkstoff zur Oberflächenbehandlung ist Wasserglas. Wasserglas ist ein chemisches Oberflächenverdichtungsmittel auf Silikatbasis. Bei den in der Arbeit untersuchten Wassergläsern handelt es sich zum einen um ein Wasserglas das nur aus Natriumsilikatlösung besteht und zum anderen um ein Wasserglas, das ein Gemisch von Natriumsilikatlösung und Kaliummethylsilikonat ist. Es ist nicht den üblichen Oberflächenbehandlungsmaßnahmen zuzuordnen und ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden besonders kostengünstig. Um beurteilen zu können, ob Wasserglas eine geeignete Alternative zur Oberflächenbehandlung ist, soll in dieser Arbeit untersucht werden, ob und in welcher Form Wasserglas gegen Verschleißwiderstand schützt.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Aufbau von Industrieböden und Anforderungen
2.1. Wahl der Konstruktion
2.2. Anforderungen
2.3. Beanspruchungen
3. Verschleiß
3.1. Oberflächenschutz
3.2. Wasserglas
4. Verschleißprüfverfahren
5. Laboruntersuchungen
5.1. Versuchsplan
5.2. Herstellung der untersuchten Bodenplatte
5.3. Versuchsdurchführung
6. Darstellung der Prüfergebnisse
7. Vergleich und Diskussion der Ergebnisse
8. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Wirksamkeit von Wasserglas als Oberflächenvergütung zur Steigerung des Verschleißwiderstandes bei Industrieböden aus Beton. Dabei wird insbesondere analysiert, in welcher Form und unter welchen Applikationsbedingungen eine Behandlung mit Natriumsilikat oder einem Gemisch aus Natriumsilikat und Kaliummethylsilikonat den Abrieb der Betonoberfläche reduzieren kann.
- Aufbau von Industrieböden und deren mechanische sowie chemische Beanspruchungen
- Vergleich verschiedener Oberflächenschutzsysteme für Betonböden
- Wirkungsweise von Wasserglas als chemisches Oberflächenverdichtungsmittel
- Experimentelle Bestimmung des Verschleißwiderstandes mittels Prüfverfahren nach Böhme
- Einfluss verschiedener Applikationszeitpunkte und Lagerungsbedingungen auf das Ergebnis
Auszug aus dem Buch
3.2 Wasserglas
Ein für Oberflächenschutz verwendetes Mittel ist das Natriumsilikat oder auch Wasserglas genannt. Es ist weder Imprägnierungs- /Versiegelungsmittel noch eine Beschichtung, man versteht darunter mit Wasserglas „getränkten“ Beton. Dieser mineralische Stoff ist aus Silizium- und Sauerstoffatomen aufgebaut, die sich zu einem Silikat-Molekül zusammensetzen. Dieses ist ein anorganisches Silikat ohne Kohlenstoff wie in Abbildung 10 dargestellt.
Wasserglas 1 bewirkt nach längerer Zeit an der Betonoberfläche eine gesteuerte Selbstverdichtung der Betonstruktur, wodurch der Boden verfestigt wird. Das „Natronwasserglas“ ist eine modifizierte Natriumsilikatlösung, die 3 bis 5 mm in den Beton einsickert und dort einen Kristallisationsprozess bewirkt. Man spricht auch von der sogenannten Verkieselung. Es bilden sich kristalline Tetraeder-Strukturen siehe Abbildung 10. Die Natriumsilikatlösung enthält Alkalikationen (Na4+) und verschiedene Kieselsäureanionen. Die daraus resultierende Alkalität ist maßgebend für die Löslichkeit der Kieselsäure. Die konzentrierte Lösung kann ein SiO2/Na2O-Molverhältnisse von 2 bis 4 haben. „Mit steigender Alkalität läßt sich der Feststoffgehalt erhöhen. Daraus resultieren höhere Dichten und meist auch höhere Viskositäten der Lösungen“ (Tabelle 1) [16]iv. Um die Vorgänge zu beschreiben, gibt es die so genannte Netzwerktheorie. Die Netzwerktheorie geht davon aus, dass Silizium gemeinsam mit Sauerstoff in der Lage ist, sich zu einem unregelmäßigen Glasnetzwerk zusammenzulagern (Abbildung 11). Kieselsäure (SiO4) ist ein Netzwerkbildner.
Das Netzwerk wird durch den Netzwerkwandler (Natriumoxid Na2O), das sich im Gefüge einlagert, aufgesprengt [17]. Holleman spricht von Trennstellenbildnern [18]. „Die Vorgänge sind komplex und vielgestaltig und können nur bedingt in einem umfassenden Stoffsystem einheitlich beschrieben werden.“ [16].
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung erläutert die ökonomische und technische Bedeutung der Haltbarkeit von Industrieböden und führt Wasserglas als kostengünstiges Mittel zur Oberflächenveredelung ein.
2. Aufbau von Industrieböden und Anforderungen: Das Kapitel beschreibt den typischen Schichtenaufbau von Industrieböden und definiert die notwendigen technischen sowie nutzungsbezogenen Anforderungen und Beanspruchungen.
3. Verschleiß: Hier werden die theoretischen Grundlagen der Reibung und des Verschleißes in Tribosystemen dargelegt, gefolgt von einer Übersicht gängiger Oberflächenschutzsysteme und der Wirkungsweise von Wasserglas.
4. Verschleißprüfverfahren: Dieses Kapitel stellt verschiedene Prüfmethoden zur Verschleißmessung vor und begründet die Wahl des Prüfverfahrens nach Böhme für die Untersuchung.
5. Laboruntersuchungen: Es werden der Versuchsplan, die Herstellung der Betonprobekörper sowie die Durchführung der Verschleißtests im Detail beschrieben.
6. Darstellung der Prüfergebnisse: Dieses Kapitel präsentiert die durchgeführten Messungen des Dickeverlusts und Volumenverlusts der verschiedenen Probenreihen tabellarisch und grafisch.
7. Vergleich und Diskussion der Ergebnisse: Die Ergebnisse werden kritisch ausgewertet, wobei der Einfluss von Applikationszeitpunkt und Lagerung auf den Verschleißwiderstand diskutiert wird.
8. Zusammenfassung und Ausblick: Diese Zusammenfassung fasst die Erkenntnisse zur Wirksamkeit von Wasserglas zusammen und schlägt weiterführende Forschungsansätze vor.
Schlüsselwörter
Industrieboden, Beton, Wasserglas, Verschleißwiderstand, Oberflächenvergütung, Natriumsilikat, Verkieselung, Abrieb, Prüfverfahren nach Böhme, Oberflächenschutz, Dauerhaftigkeit, Baustofftechnologie, mechanische Beanspruchung, Betonoberfläche, Kristallisation
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, ob und wie die Anwendung von Wasserglas als Oberflächenvergütung den Verschleißwiderstand von Betonoberflächen in Industrieböden verbessert.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind der Aufbau von Industrieböden, die physikalische Beanspruchung durch Verschleiß, die verschiedenen Möglichkeiten des Oberflächenschutzes sowie die chemische Wirkungsweise von Wasserglas auf Beton.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, die Wirksamkeit zweier verschiedener Wasserglas-Produkte unter variierenden Applikations- und Lagerungsbedingungen durch Verschleißtests zu quantifizieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Untersuchung basiert auf einem experimentellen Laboraufbau, bei dem Betonprobekörper mit Wasserglas behandelt und anschließend mittels des Prüfverfahrens nach Böhme auf ihren Abrieb hin geprüft wurden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Im Hauptteil werden der Stand der Technik zu Industriebodenaufbauten, die theoretischen Hintergründe des Verschleißes, die Details des Versuchsaufbaus und die Auswertung der Prüfergebnisse erläutert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich am besten durch die Begriffe Industrieboden, Beton, Wasserglas, Verschleißwiderstand, Oberflächenvergütung und Abrieb charakterisieren.
Warum spielt der Applikationszeitpunkt des Wasserglases eine Rolle?
Der Applikationszeitpunkt ist entscheidend, da das Wasserglas in das Betongefüge eindringen und mit dem vorhandenen Kalziumhydroxid reagieren muss. Die Ergebnisse legen nahe, dass eine frühere Einarbeitung tendenziell zu einer besseren Schutzwirkung führt.
Welche Auswirkungen hat die zyklische Befeuchtung auf das Ergebnis?
Die Untersuchungen deuten darauf hin, dass die zyklische Befeuchtung bei der Verwendung von Wasserglas 1 einen positiven Einfluss auf den Verdichtungsprozess hat und somit die Widerstandsfähigkeit erhöhen kann.
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- Jan Hurlin (Author), 2010, Wirksamkeit von Wasserglas zur Verbesserung des Verschleißwiderstandes bei Industrieböden, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/177354
