Einsatz des Viskomat NT zur Beurteilung der rheologischen Gleichmäßigkeit von Bindemitteln Regensburg, 14.03.2007 1 Einsatz des Viskomat NT zur Beurteilung

Regensburg, 14.03.2007 1

Einsatz des Viskomat NT zur Beurteilung

der rheologischen Gleichmäßigkeit von Bindemitteln

Einsatz des Viskomat NT zur Beurteilung der Gleichmäßigkeit von Bindemitteln

Dipl.-Ing. Björn Siebert

Ruhr - Universität BochumLehrstuhl für Baustofftechnik




Veränderungen in der Betonherstellung




Anzeichen für höhere Sensibilität heutiger Betone

In letzter Zeit im Betonbau häufiger auftretende Unregelmäßigkeiten:

Lunkerbildung in Betonoberfl.

Frostwiderstand

gefährdet

Zielsichere Herstellung von Sichtbeton gefährdet

Extreme Verzögerung des Erstarrens

Geplanter Bauablauf gefährdet

Kein ausreichendes Luftporensystem




Beispiel: Selbstverdichtender Beton (SVB)

Hohe Sensibilität gegenüber Schwankungen der Ausgangsstoffe und der Betonrezeptur

Erhöhte Bindemittelabhängigkeit der neuen Fließmittelgenerationauf Basis Polycarboxylatether (PCE)

Zement zwar normkonform,

aber keine Überwachung der Zement-Fließmittel-Interaktion im Zementwerk

Mindestanforderungen nach DIN EN 197 häufig nicht ausreichend

CEM I 42,5 R, Werk A

Wasseranspruch = 30 %

Erstarrungsbeginn = 150 min

CEM I 42,5 R, Werk B

Wasseranspruch = 29,5 %

Erstarrungsbeginn = 160 min

Ausbreitmaß nach 60 Minuten




Sekundärbrennstoffe in der Zementindustrie

Entwicklung des Sekundärbrennstoffanteils in D

z. B.: Industrie- und Gewerbeabfälle, Reifen, Tiermehl, Lösemittel, etc.

(nach VDZ-Tätigkeitsbericht 2003-2005)

Gibt es einen Zusammenhang zwischen der zunehmenden Sensibilität von Frischbeton und dem vermehrten Einsatz von

sekundären Brennstoffen bei der Bindemittelproduktion?




LaboruntersuchungenThema: Untersuchungen zur Gleichmäßigkeit von Bindemitteln,

insbesondere in Kombination mit Betonzusatzmitteln

Untersuchte Bindemittel:Zement Flugasche

Variation: Herstellwerk, Liefercharge, Betonzusatzmittel

Untersuchungsparameter:Chem.-mineral. ZusammensetzungKorngrößenverteilungWasseranspruchErstarrungsverhaltenRheologische Kenngrößen FestigkeitEigenschaften in LP-Beton




Rheologie

Rotationsviskosimeter (Viskomat NT)

Fließkurve

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100 120 140

Schergeschwindigkeit [U/min]

Sch

erm

om

ent

[Nm

m]

rel. Fließgrenzerel. Viskosität

Regressionsgerade:y = 0,13x + 8,4

Regressionsgerade:y = 0,13x + 8,4

„Fließkurve“

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20

Zeit [min]

Sch

erg

esch

win

dig

keit

[U

/min

]

nach Bingham

Ermittlung der Fließkurve




Rheologie von Zementleimen

0

2

4

6

8

10

12

14

Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Dez.Probenbezeichnung

rel.

Fli

eß

gre

nze

[N

mm

]

z. T. deutliche Unterschiede zwischen Zementchargen Veränderungen der rel. Fließgrenze bzw. rel. Viskosität durch

Fließmittel bei allen Zementchargen nahezu gleich

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Dez.Probenbezeichnung

rel.

Vis

kosi

tät

[Nm

m *

min

]

PCE = 0,15%, w/z = 0,40

MS = 0,15%, w/z = 0,45

ohne ZM, w/z = 0,40





0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100 120


Sch

erm

om

ent

[Nm

m]

ohne ZM (November) ohne ZM (Dezember)

PCE (November) PCE (Dezember)

LP + PCE (November) LP + PCE (Dezember)

ZM-Art

Nov. Dez. Nov. Dez.

ohne ZM 8,5 7,0 0,15 0,13

PCE 6,8 5,4 0,15 0,13

LP + PCE 8,4 7,3 0,17 0,15

to [Nmm] h [Nmm * min]

w/z = 0,40

falls eingesetzt:

PCE = 0,1 M.-%

LP = 0,6 M.-%

Zusammen-setzung:





w/z = 0,40

falls eingesetzt:

PCE = 0,1 M.-%

VZ = 0,6 M.-%

Zusammen-setzung:

0

5

10

15

20

25

30

0 20 40 60 80 100 120


Sch

erm

om

ent

[Nm

m]

ohne ZM (November) ohne ZM (Dezember)

PCE (November) PCE (Dezember)

VZ + PCE (November) VZ + PCE (Dezember)

Tendenziell gleiches Verhalten der beiden Zementchargen mit den untersuchten Zusatzmitteln, d. h. keine signifikant unterschiedlichen Wechselwirkungen erkennbar

ZM-Art

Nov. Dez. Nov. Dez.

ohne ZM 8,5 7,0 0,15 0,13

PCE 6,8 5,4 0,15 0,13

VZ + PCE 4,7 3,3 0,14 0,10

to [Nmm] h [Nmm * min]




Relative Fließgrenzen für Bindemittelleime mit CEM I-Zement:

Bei Zugabe von PCE-Fließmittel nahezu gleichmäßige Veränderungen der rheologischen Kenngrößen

Rheologie von Bindemittelleimen mit Flugasche

0

5

10

15

20

25

30

Kraftwerk 1 Kraftwerk 2

rel.

Fli

eßg

ren

ze [

Nm

m]

Zement: CEM I 32,5 R; w/b = 0,40

Mit Fließmittel (0,1 M.-% PCE)

reiner Zementleim

0

5

10

15

20

25

30


rel.

Fli

eßg

ren

ze [

Nm

m]

FA-Probe AFA-Probe B


Ohne Zusatzmittel

reiner Zementleim




Relative Viskositäten für Bindemittelleime mit CEM I-Zement:

Keine signifikanten Änderungen der Viskositätsunterschiede zwischen den FA-Proben durch den Einsatz von PCE-Fließmittel

Rheologie von Bindemittelleimen mit Flugasche

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35


rel.

Vis

kosi

tät

[Nm

m*m

in]



reiner Zementleim

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35


rel.

Vis

kosi

tät

[Nm

m*m

in]

FA-Probe A

FA-Probe B


Ohne Zusatzmittel

reiner Zementleim




Rheologie und Ansteifverhalten von Mörteln

Messung der Fließkurven zu Zeitpunkten der Geschwindigkeitsreduzierung (15, 30, 60, 90 und 120 Minuten)

Parallel dazu Bestimmung des Ausbreitmaßes nach DIN EN 1015-3 an einer Teilprobe

Verwendetes Messprofil: Zusammensetzung:

w/z 0,4

g/z 1,5

GK 1 mm

FM 1 % PCE

Messung der FließkurveMessung der Fließkurve




Ansteifverhalten von reinen Zementmörteln

I. Allg. eng beieinander liegende rel. Fließgrenzen/rel. Viskositäten

Abweichendes Ansteifverhalten nur bei einzelnen Zementchargen

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0 30 60 90 120Zeit nach Wasserzugabe [min]

rel.

Vis

kosi

tät

[Nm

m*m

in]

0

10

20

30

40

50

60

70

80


rel.

Flie

ßg

ren

ze [

Nm

m]

JuliSep.Nov.Dez.




Ansteifverhalten von reinen Zementmörteln

0

10

20

30

40

50

60

70

80


rel.

Flie

ßg

ren

ze [

Nm

m]

JuliSep.Nov.Dez.

0

50

100

150

200

250

300


Au

sbre

itm

aß [

mm

]

Tendenziell sehr gute Korrelation zwischen rel. Fließgrenze und Ausbreitmaß




Unterschiedlicher Einfluss des PCE-Fließmittels auf die zeitliche Veränderung der relativen Fließgrenze von Mörteln mit FA-Proben aus dem gleichen Kraftwerk

Ansteifverhalten von Mörteln mit Flugasche

Ohne Zusatzmittel

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 30 60 90 120

Zeit nach Wasserzugabe [min]

rel.

Fli

eßg

ren

ze [

Nm

m]

FA-Probe AFA-Probe Bohne FA



0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 30 60 90 120

Zeit nach Wasserzugabe [min]re

l. F

ließ

gre

nze

[N

mm

]





In Kombination mit PCE-Fließmittel größere Abweichungen zwischen FA-Proben in der relativen Viskosität

Rheologische Untersuchungen an Mörteln

Ohne Zusatzmittel

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 30 60 90 120


rel.

Vis

kosi

tät

[Nm

m*m

in] FA-Probe A

FA-Probe Bohne FA



0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0 30 60 90 120


rel.

Vis

kosi

tät

[Nm

m*m

in]





Ausbreitmaße spiegeln Unterschiede aus den Rheometerversuchen nur im geringen Ausmaß wider

Rheologische Untersuchungen an Mörteln

Ohne Zusatzmittel

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

0 30 60 90 120


Au

sbre

itm

aß [

mm

]

FA-Probe A

FA-Probe B

ohne FA



100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

0 30 60 90 120


Au

sbre

itm

aß [

mm

]





Einsatz des Viskomat NT zur Beurteilung der Gleichmäßigkeit von Bindemitteln wie Zement oder Flugasche, auch deren Wechselwirkungen mit Betonzusatzmittel

Ergebnisse an Zement- und Flugascheproben aus der laufenden Produktion:

z. T. deutliche Unterschiede zwischen Zementen bzw. Flugaschen eines Werkes in rheologischen Kenngrößen (ohne Zusatzmittel)

Zemente in Kombination mit PCE-Fließmittel keine signifikant unterschiedlichen Wechselwirkungen anhand rheologischer Kenngrößen und Ausbreitmaß feststellbar

Flugaschen in Kombination mit PCE-Fließmittel Unterschiedliche Wechselwirkungen zwar ansatzweise in rheologischen Kenngrößen vorhanden, allerdings nicht im Ausbreitmaß erkennbar

Zusammenfassung

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