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Robustheit von Selbstverdichtendem Beton (SVB) Von der Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie der Universität Hannover zur Erlangung des Grades eines Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation von Dipl.-Ing. Holger Höveling geboren am 07.01.1972 in Hildesheim Hannover 2006

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Robustheit von Selbstverdichtendem Beton (SVB)

Von der Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie der Universität Hannover

zur Erlangung des Grades eines Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation

von

Dipl.-Ing. Holger Höveling geboren am 07.01.1972 in Hildesheim

Hannover 2006

Referent: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus,

Universität Hannover

Korreferent: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Harald Budelmann, Technische Universität Braunschweig

Tag der Promotion: 15.05.2006

Impressum Autor: Dipl.-Ing. Holger Höveling Titel: Robustheit von Selbstverdichtendem Beton (SVB) Schriftenreihe: Berichte aus dem Institut für Baustoffe, Heft 4 Herausgeber: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus Institut für Baustoffe Universität Hannover Appelstraße 9A und Nienburger Straße 3 30167 Hannover Tel.: 0511 / 762-3722 FAX: 0511 / 762-4736 www.institut-fuer-baustoffe.de

Holger Höveling Kurzfassung

Kurzfassung

Bei der Anwendung von SVB treten immer wieder Probleme mit der Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen auf. Ein wesentlicher Teilaspekt ist dabei die Empfind-lichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen. Bei zu steifem SVB wird die Schalung nicht richtig ausgefüllt und bei zu großer Fließfähigkeit ergeben sich Probleme mit der Gefügestabilität. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Einflüsse aus Ausgangsstoffen und Zusammen-setzung von SVB auf die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen zu untersuchen und zu beschreiben. Auf Grundlage geeigneter Versuche sollen Regeln für die Zusammensetzung gegen Wassergehaltsschwankungen unempfindlicher SVB erarbeitet werden. Weiterhin soll eine Modellvorstellung zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen auf die Empfindlichkeit von SVB entwickelt werden. Die Untersuchungen wurden schrittweise an den Ausgangsstoffen, am Leim, am Mörtel und schließlich am Beton durchgeführt. Bei der Durchführung der Versuche zeigte sich, dass durch Einstellung eines ausreichenden Fließmittelüberschusses und des richtigen Wasser- / Fließmittel-verhältnisses mit nahezu allen Ausgangsstoffen SVB mit ähnlichem Eigenschaftsprofil herstellbar sind. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass die notwendige Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentationsstabilität mit zunehmender Zwickel-optimierung im Mehlkornbereich abnimmt. Kommen zusätzlich entweder organische oder anorganische Stabilisierer zur Anwendung, können höhere Wassergehalte gewählt werden. Diese Mischungen sind auch bei geringerer Viskosität gefügestabil. Die Untersuchungen zur Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen zeigten, dass SVB vor allem durch den Einsatz organischer Zusatzmittel unempfindlicher werden. Dies gilt für Fließmittel auf PCE-Basis und insbesondere für organische Stabilisierer. Diese Stoffe stellen durch Wasserbindung in Form von Wasserstoffbrückenbindungen einen ausreichenden Wasserpuffer im Beton bereit, um Schwankungen im Wassergehalt auszugleichen. Die mineralischen Oberflächen der mehlkornfeinen Stoffe besitzen keine vergleichbare Fähigkeit zur Wasserbindung. Aus den durchgeführten Untersuchungen konnten Regeln für die Zusammensetzung gegenüber Wassergehaltsschwankungen unempfindlicher SVB erarbeitet und eine Modellvorstellung zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen auf die Empfindlichkeit zusammengefasst werden. Stichwörter Selbstverdichtender Beton (SVB), Robustheit, Wassergehaltsschwankungen

Holger Höveling Abstract

Abstract

Applying Self Compacting Concrete (SCC) often involves problems caused by its robustness to the influence of external factors. One of the most essential influencing factors is the fluctuation of water content. It leads to a fluctuation in the flow behaviour so that, if the SCC is too stiff the formwork won’t be filled in properly or, if the SCC is too fluid, the concrete will segregate. The objective of this study was to explore and describe the influence of materials and mixes on its sensitivity to the variation of water content. The tests were intended to result in, firstly, rules for mixes of SCC that are insensitive to the variation of water content and, secondly, in a model of sensitivity. The investigation was executed stepwise with the materials, the paste, the mortar and, finally, the fresh concrete. The investigation showed that, by adjusting the adequate amount of superplasticizer and the proper water / superplasticizer ratio, SCC with similar properties is producible with each material. In addition to that it was shown that the necessary minimum viscosity that is needed to reach stability of segregation decreases with increasing optimised void content. If both organic and inorganic viscosity agents are used, higher water content is possible. These mixes don’t segregate in spite of lower viscosity. The investigations into the sensitivity to the variation of water content showed that the sensitivity can be increased mainly by organic additives. This is valid for superplasticizers based on PCE and especially for organic viscosity agents, for only these additives provide a strong enough water buffer by molecular water bond. From the results of the investigation rules for mixes of SCC that are insensitive to the variation of water content and a model of sensitivity was derived. Keywords Self-compacting Concrete (SCC), robustness, fluctuation of water content

Holger Höveling Inhaltsverzeichnis

I

1 Einleitung und Ziel der Arbeit ............................................................ 1

2 Grundlagen hochfließfähiger Betone ................................................ 4

2.1 Einführung.........................................................................................................4

2.2 Geschichtliche Entwicklung hochfließfähiger Betone ........................................4

2.3 Normgerechte hochfließfähige Betone ..............................................................5

2.4 Selbstverdichtender Beton ................................................................................6 2.4.1 Eigenschaften und Anwendung..................................................................6 2.4.2 Typen von SVB ..........................................................................................7

2.5 Zusammenfassung............................................................................................8

3 Grundlagen der Rheologie ................................................................. 9

3.1 Einführung.........................................................................................................9

3.2 Begriffe und Definitionen ...................................................................................9

3.3 Ideales Fließverhalten .....................................................................................11 3.3.1 Newtonsches Fließverhalten ....................................................................11 3.3.2 Binghamsches Fließverhalten ..................................................................11

3.4 Nicht ideales Fließverhalten ............................................................................12 3.4.1 Allgemeines..............................................................................................12 3.4.2 Strukturviskosität......................................................................................12 3.4.3 Dilatanz ....................................................................................................13 3.4.4 Plastizität..................................................................................................13

3.5 Zeitabhängiges Fließverhalten ........................................................................13 3.5.1 Thixotropie ...............................................................................................13 3.5.2 Rheopexie ................................................................................................14

3.6 Weitere Fließmodelle ......................................................................................14

3.7 Zusammenfassung..........................................................................................15

4 Fließverhalten von Frischbeton....................................................... 16

4.1 Einführung.......................................................................................................16

4.2 Physikalische Grundlagen...............................................................................16

4.3 Wasseranspruch .............................................................................................17 4.3.1 Grundlagen ..............................................................................................17 4.3.2 Sättigungswasseranspruch ......................................................................19 4.3.3 Wasseranspruch grober Kornhaufwerke..................................................19

Inhalt Holger Höveling

II

4.3.4 Wasseranspruch mehlkornfeiner Haufwerke........................................... 20

4.4 Kräfte im Wasser-Feststoff-Gemisch.............................................................. 21

4.5 Fließverhalten des Zementleims..................................................................... 24 4.5.1 Rheologisches Verhalten......................................................................... 24 4.5.2 Modellvorstellungen der Zementleimstruktur........................................... 25

4.6 Fließeigenschaften des Frischbetons ............................................................. 27 4.6.1 Leim ........................................................................................................ 27 4.6.2 Rheologische Betrachtung ...................................................................... 28 4.6.3 Hochviskose Frischbetone ...................................................................... 29 4.6.4 Niederviskose Frischbetone .................................................................... 30

4.7 Beschreibung der Fließeigenschaften ............................................................ 30

4.8 Zusammenfassung ......................................................................................... 31

5 Eigenschaften von SVB.....................................................................32

5.1 Ausgangsstoffe............................................................................................... 32 5.1.1 Wasser .................................................................................................... 32 5.1.2 Zement .................................................................................................... 32 5.1.3 Gesteinskörnung ..................................................................................... 33 5.1.4 Zusatzstoffe............................................................................................. 33 5.1.5 Betonzusatzmittel .................................................................................... 36 5.1.6 Einflüsse auf das Fließverhalten im Überblick......................................... 41

5.2 Zusammensetzung ......................................................................................... 42 5.2.1 Einführung ............................................................................................... 42 5.2.2 Fließbeton ............................................................................................... 42 5.2.3 SVB ......................................................................................................... 43

5.3 Frischbetoneigenschaften .............................................................................. 46 5.3.1 Konsistenz............................................................................................... 46 5.3.2 Gefügestabilität ....................................................................................... 51 5.3.3 Luftporengehalt ....................................................................................... 52

5.4 Festbetoneigenschaften ................................................................................. 52

5.5 Praktische Anwendung von SVB.................................................................... 54 5.5.1 Vorteile .................................................................................................... 54 5.5.2 Anwendung in Fertigteilwerken ............................................................... 54 5.5.3 Anwendungsbeispiele ............................................................................. 54

5.6 Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen .................................................... 55 5.6.1 Einführung ............................................................................................... 55 5.6.2 Auswirkungen mangelnder Robustheit .................................................... 56

Holger Höveling Inhaltsverzeichnis

III

5.6.3 Betontechnologie .....................................................................................57 5.6.4 Weitere Aspekte der Betontechnik ...........................................................60 5.6.5 Steigerung der Robustheit .......................................................................60

5.7 Zusammenfassung..........................................................................................61

6 Versuchskonzeption ......................................................................... 63

6.1 Ziel der Versuche ............................................................................................63

6.2 Versuche an Ausgangsstoffen, Leim und Mörtel .............................................63

6.3 Versuche am Beton.........................................................................................63

6.4 Auswertung .....................................................................................................64

7 Versuche an Ausgangsstoffen......................................................... 66

7.1 Einführung.......................................................................................................66

7.2 Prüfverfahren ..................................................................................................66 7.2.1 Korngrößenverteilung mittels Lasergranulometer ....................................66 7.2.2 Spezifische Oberfläche nach Blaine.........................................................67 7.2.3 Wasseranspruch bei Normsteife ..............................................................67 7.2.4 Wasseranspruch nach Puntke .................................................................68 7.2.5 Wasseranspruch nach Okamura..............................................................69 7.2.6 Umrechnung der Wasseranspruchskennwerte ........................................70

7.3 Ergebnisse der Versuche an Ausgangsstoffen ...............................................71 7.3.1 Kennwerte für die Feinheit .......................................................................71 7.3.2 Kennwerte für den Wasseranspruch ........................................................73 7.3.3 Gemische von Ausgangsstoffen...............................................................76 7.3.4 Einsatz unterschiedlicher Sande ..............................................................77 7.3.5 Einsatz von Mikro- bzw. Nanosilika..........................................................78 7.3.6 Ausgangsstoffe einschl. Zusatzmitteln .....................................................79

7.4 Zusammenfassung der Versuche an den Ausgangsstoffen ............................80

8 Versuche an Leim und Mörtel .......................................................... 82

8.1 Prüfverfahren ..................................................................................................82 8.1.1 Ausbreitfließmaß für Leim und Mörtel ......................................................82 8.1.2 Trichterauslaufversuch für Leim und Mörtel .............................................82 8.1.3 Messungen mit einem Rotationsviskosimeter ..........................................82 8.1.4 Messungen mit einem Rheometer für Mörtel ...........................................84

8.2 Ergebnisse der Leim- und Mörtelversuche......................................................85 8.2.1 Fließmittel.................................................................................................85

Inhalt Holger Höveling

IV

8.2.2 Steuerung der Fließeigenschaften .......................................................... 87 8.2.3 Einflüsse aus der Mörtelzusammensetzung............................................ 89 8.2.4 Temperatureinfluss.................................................................................. 91

8.3 Zusammenfassung der Leim- und Mörtelversuche......................................... 92

9 Versuche am Beton ...........................................................................93

9.1 Einführung ...................................................................................................... 93

9.2 Prüfverfahren.................................................................................................. 94 9.2.1 Setzfließmaß mit und ohne Blockierring.................................................. 94 9.2.2 Auswaschversuch zur Prüfung der Sedimentationsstabilität ................... 95

9.3 Ergebnisse der vergleichenden Betonversuche ............................................. 95 9.3.1 Steuerung der Fließeigenschaften .......................................................... 95 9.3.2 SVB Mehlkorntyp..................................................................................... 98 9.3.3 SVB Kombinations-Typ ......................................................................... 105 9.3.4 Fließbeton ............................................................................................. 108 9.3.5 Zusammenfassung der vergleichenden Betonversuche........................ 110

9.4 Untersuchungen zur Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen im Wassergehalt ............................................................................................... 112

9.4.1 Einführung ............................................................................................. 112 9.4.2 SVB Mehlkorn-Typ ................................................................................ 112 9.4.3 SVB Kombinations-Typ ......................................................................... 116 9.4.4 Fließbeton ............................................................................................. 117 9.4.5 Zusammenfassung der Untersuchungen zur Empfindlichkeit................ 119

10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone ...120

10.1 Regeln für die Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone ............................................................................... 120

10.2 Praktische Umsetzung der Ergebnisse......................................................... 121

10.3 Modellvorstellung für die Empfindlichkeit bei Schwankungen im Wassergehalt .......................................................................................... 123

10.4 Ausblick und offene Fragen.......................................................................... 126

11 Zusammenfassung ..........................................................................127

11.1 Ziel und Vorgehen ........................................................................................ 127

11.2 Versuche an Ausgangsstoffen, Leim und Mörtel .......................................... 127

11.3 Versuche am Beton ...................................................................................... 129

11.4 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone ...................... 132

Holger Höveling Inhaltsverzeichnis

V

12 Normen und Richtlinien.................................................................. 134

12.1 Normen .........................................................................................................134

12.2 Richtlinien......................................................................................................136

13 Literaturverzeichnis ........................................................................ 137

14 Abbildungsverzeichnis................................................................... 152

15 Tabellenverzeichnis ........................................................................ 154

Lebenslauf

Selbständigkeitserklärung

Anhang

Formelzeichnen und Abkürzungen Holger Höveling

VI

Formelzeichen und Abkürzungen

Abkürzungen SVB Selbstverdichtender Beton SCC Self-Compacting Concrete PC Polyacrylat PCE Polycarboxylatether Betontechnologische Kennwerte VW Volumen Wasser in der Mischung VP Volumen Puder (mehlkornfeine Bestandteile) in der Mischung VK Volumen Körner (feste Bestandteile) in der Mischung VWS Volumen des Wassers bei Sättigung der Zwickel WK Wasseranspruch der Körner WP Wasseranspruch des Puders WS Sättigungswasseranspruch WNS Wasseranspruch bei Normsteife nach DIN EN 196 WPU Wasseranspruch nach Puntke βP Wasseranspruch nach Okamura w/z Wasserzementwert (Massenanteile) w/p Wasserpuderwert (Volumenanteile) entspricht VW/VP Rheologische Kennwerte F Kraft in N A Fläche in mm² v Geschwindigkeit in m/s h Plattenabstand h in mm ρ Dichte τ Schubspannung in N/mm² γ Schergefälle in s-1

D Geschwindigkeitsgefälle in s-1 (alte Bezeichnung für γ )

η dynamische Viskosität in Pas ν kinematische Viskosität in mm²/s

Holger Höveling 1 Einleitung

1

1 Einleitung und Ziel der Arbeit

Selbstverdichtender Beton (SVB) oder aus dem Englischen stammend Self-Compacting Concrete (SCC) wurde vor über 15 Jahren zum ersten Mal in Japan der Öffentlichkeit vorgestellt. Dieser Beton zeichnet sich durch eine hohe Fließfähigkeit ohne die Gefahr des Absetzens der groben Bestandteile aus. Während des Fließens entlüftet er selbständig unter dem Einfluss der Schwerkraft. Sowohl durch den Wegfall der Rüttelarbeiten, als auch durch das leichtere Einbringen des Betons an wenigen Einfüllstellen, können Lohnkosten eingespart werden. Weiterhin ist es mit diesen Betonen möglich, die Entwicklung neuer Stahlbetonbauweisen mit außergewöhnlichen Schalungsgeometrien bzw. sehr hohen Bewehrungsgraden weiter zu fördern oder überhaupt erst zu ermöglichen. SVB kann mit weniger Aufwand auch schwer zugängliche Bereiche der Schalung ausfüllen. Bei der Anwendung von SVB treten immer wieder Probleme mit der Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen auf. Dabei können folgende Einflüsse unterschieden werden: • Schwankungen im Wassergehalt [BRE1, CHR1, GRA1, KOR1, RIN2, WAG1, WAL1] • Schwankungen in der Gleichmäßigkeit der Ausgangsstoffe [RIN2] • Schwankungen in der Temperatur [CHI1, FUJ2, LOH1, SHI1] • Schwankungen in der Zeitspanne zwischen Herstellung und Verarbeitung [WAG1] Der wesentlichste Teilaspekt ist die Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen im Wassergehalt. Bei zu steifen SVB wird die Schalung nicht richtig ausgefüllt und bei zu großer Fließfähigkeit ergeben sich Probleme mit der Gefügestabilität. SVB muss demnach in einem Grenzbereich zwischen ausreichender Fließfähigkeit und Gefügestabilität zielsicher eingestellt werden. Dieser Bereich ist aufgrund der hohen Anforderungen an die Fließfähigkeit eng begrenzt. Das empfindliche Gleichgewicht kann leicht durch äußere Einflüsse gestört werden. Bei Normalbeton können Schwankungen in der Konsistenz durch die eingebrachte Rüttelenergie ausgeglichen werden und Probleme mit der Gefügestabilität ergeben sich aufgrund der steiferen Konsistenzen nur äußerst selten. SVB hingegen muss immer zielsicher mit den gewählten und geprüften Eigenschaften hergestellt und am Einbauort angeliefert werden. Zur Technologie des SVB stehen in der Literatur zahlreiche Informationen zu unterschiedlichen Themen zur Verfügung. Hierzu gehören die Rezepturentwicklung [OKA1, OKA2, MAR1], die Steuerung der Verarbeitbarkeit [KOR3], Hinweise zu Produktionskonzepten [LEM2] und zur Herstellung bzw. Verarbeitung [z. B. KLA1,

1 Einleitung Holger Höveling

2

PET2, RIS1, WAL1]. Systematische Untersuchungen und Erklärungen zu Aus-wirkungen äußerer Einflüsse auf die Eigenschaften sind der Literatur nur wenig zu entnehmen. Meist werden lediglich generelle Aussagen über mögliche Schwankungs-breiten und Auswirkungen unterschiedlicher Ausgangsstoffe auf die Empfindlichkeit gemacht. Dabei wird immer wieder von systematischen Versuchen mit Ausgangs-stoffkombinationen berichtet, die zu widersprüchlichen Ergebnissen führten, da beim Austausch nur einer Komponente die Rezepturen insgesamt neu angepasst werden müssen. Lediglich beim Einsatz von Stabilisierern wird vor allem in der japanischen Literatur [KHA1, NAW1, ROL2, SAK1, SAK2, SHI2, TAK1, YAM1] von positiven Effekten auf die Blut- und Sedimentationseigenschaften und damit auf die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen berichtet. Weiterhin wird die Empfindlichkeit vom Wasser- bzw. Fließmittelgehalt, dem Gehalt und den Eigenschaften der eingesetzten mehlkornfeinen Stoffe und der Art der Betonzusatzmittel beeinflusst. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, Einflüsse aus Ausgangsstoffen und Zusammen-setzung von SVB auf die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen zu untersuchen und zu beschreiben. Auf Grundlage geeigneter Versuche sollen Regeln für die Zusammensetzung gegen Wassergehaltsschwankungen unempfindlicher SVB erarbeitet werden. Weiterhin soll eine Modellvorstellung zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen auf die Empfindlichkeit von SVB entwickelt werden. In einem ersten Schritt werden zunächst Vorversuche an den Ausgangsstoffen durchgeführt. Diese dienen der Charakterisierung der Ausgangsstoffeigenschaften. Weiterhin werden Stoffgemische mit in die Untersuchungen aufgenommen, um gegenseitige Abhängigkeiten der eingesetzten Stoffe zu erkennen. Darüber hinaus ist es notwendig, mit Vorversuchen an Leimen und Mörteln die gewonnenen Erkenntnisse zu vertiefen und grundlegende Zusammenhänge zum Fließverhalten zu erarbeiten. Im Weiteren müssen Betonversuche konzeptioniert und durchgeführt werden. Im Rahmen von vergleichenden Betonversuchen werden Einflüsse unterschiedlicher Ausgangsstoffe und Mischungszusammensetzungen auf die selbstverdichtenden Eigenschaften untersucht. Diese Erkenntnisse zielen darauf ab, Rezepturen mit sehr unterschiedlichen Ausgangsstoffen und gleichzeitig sehr ähnlichen selbstverdichtenden Eigenschaften herzustellen. Diese Mischungen können dann aufgrund ihres ähnlichen Eigenschaftsprofils miteinander verglichen werden. Abschließend werden Untersuchungen zu Schwankungen im Wassergehalt an den entwickelten Mischungen durchgeführt. Durch gezieltes Über- bzw. Unterdosieren des Wassers können Schwankungen simuliert, die Veränderungen der Eigenschaften gemessen und in Hinblick auf die eingesetzten Ausgangsstoffe ausgewertet werden.

Holger Höveling 1 Einleitung

3

Aus den Ergebnissen werden Einflüsse aus den Ausgangsstoffen und der Zusammensetzung auf die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen abgeleitet, die wiederum in praxisnahe Regeln zusammengeführt werden. Darüber hinaus wird eine Modellvorstellung zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen auf die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen von SVB entwickelt.

2 Grundlagen hochfließfähiger Betone Holger Höveling

4

2 Grundlagen hochfließfähiger Betone

2.1 Einführung

Die Entwicklung in der Betontechnologie führt zu immer weicheren Konsistenzen des Baustoffs Beton, da durch die leichtere Verarbeitbarkeit Einsparungen besonders in Bezug auf die Lohnkosten erreicht werden können. Die Spitze dieser Entwicklung bildet der Selbstverdichtende Beton (SVB), der nur unter dem Eigengewicht selbständig in die Schalung fließt und sich dabei entlüftet. Solange nur das 3-Stoff-System bestehend aus Zement, Zuschlag und Wasser bekannt war, konnte die Verarbeitbarkeit lediglich über die Menge an Zementleim im fertigen Beton gesteuert werden. Da der Zementleim mit abnehmendem Wasserzementwert eine höhere Zähigkeit aufweist, sind der Verarbeitbarkeit bei gegebenen Anforderungen an den Festbeton Grenzen gesetzt. Die Forderungen, im erhärteten Zustand eine bestimmte Festigkeit zu erzeugen und dabei eine fließfähige Konsistenz zu erreichen, stehen also im Widerspruch zueinander. In den letzten Jahren ist es durch die sich immer weiter entwickelnde Betontechnologie und im Besonderen durch den Einsatz neu entwickelter Betonzusatzmittel möglich, extrem fließfähige Betone, die selbst-verdichtend sind, herzustellen. 2.2 Geschichtliche Entwicklung hochfließfähiger Betone

Schon in den Anfängen des Betonbaus war Gussbeton neben Stampfbeton vor allem in den USA ein weit verbreitetes Einbauverfahren. Dabei sollte der Beton selbsttätig aus so genannten Gusstürmen in die Bauteile fließen und sich selbst verdichten. Das Fehlen der entsprechenden Betontechnologie mit geeigneten Betonzusatzmitteln und -stoffen führte zu hohen Wassergehalten in den Mischungen, was zahlreiche Schadensfälle zur Folge hatte [PIC1]. Mit den Erkenntnissen von Walz [WAL2] bzgl. der Bedeutung des Wasserzementwertes und der damit verbundenen Einführung der Rütteltechnik kamen sehr fließfähige Betone in Vergessenheit. Es gab jedoch immer wieder Einsatzbereiche, die sehr fließfähige und nahezu selbst-verdichtende Betone erforderten, wie z. B. bei Unterwasserbeton oder beim Betonieren von engen Schalungsgeometrien. Dies konnte nur durch hohe Zementgehalte von über 450 kg/m³ oder durch besondere Einbringmechanismen erreicht werden. Hieraus resultierten erheblich höhere Kosten sowie weitere Probleme in der Anwendung. Die Einsatzgebiete blieben auf spezielle Bereiche der Bautätigkeit beschränkt. Vor über 30 Jahren führten dann betontechnologische Entwicklungen zur Einführung des 5-Stoff-Systems, wobei neben den erwähnten Komponenten noch Betonzusatz-stoffe und -mittel gehören. Für die Entwicklung fließfähiger Betone waren vor allem die Betonverflüssiger (BV) und Fließmittel (FM) von Bedeutung. Diese erlauben, auch bei einem niedrigen Wasserzementwert einen gut verarbeitbaren Beton herzustellen. Mit der DIN 1045:1972 [N1] in Verbindung mit der „Richtlinie für die Herstellung und Verarbeitung von Fließbeton“ [Ri1] wurde die Grundlage gelegt, Fließbeton unter

Holger Höveling 2 Grundlagen hochfließfähiger Betone

5

Fließmittelzugabe auf der Baustelle bis zu einem Ausbreitmaß von 60 cm anzuwenden [KER1]. Mitte der 80er Jahre begann die Entwicklung noch weicherer Betone bis hin zum SVB. Grundlage hierfür waren Untersuchungen zur Herstellung und Anwendung von Unterwasserbeton. Ziel war es, einen Beton herzustellen, der unter Wasser eingebaut werden kann, sich dabei gleichzeitig verdichtet und unempfindlich gegen Auswaschen ist. Schnell stellte sich heraus, dass diese Eigenschaften durch sehr fließfähige und kohäsive Betone zu erreichen sind. Im Sommer 1988 wurde in Japan von den Entwicklern Okamura und Ozawa zum ersten Mal ein Selbstverdichtender Beton der Öffentlichkeit vorgestellt. Die Weiterentwicklung und Verbesserung der Betonzusatz-mittel und -stoffe ermöglichten es nun, geeignete Betonzusammensetzungen zu finden, die alle geforderten Eigenschaften abdeckten. Diese Mischungen wiesen hervorragende Verarbeitungseigenschaften mit nahezu unveränderten Festbetoneigen-schaften gegenüber normalen Rüttelbetonen auf. In zahlreichen Forschungsprojekten sowohl an der „University of Tokio, Japan“ als auch in Laboratorien von Baufirmen in Japan wurden die technologischen und wissenschaftlichen Grundlagen für SVB gelegt [OKA1, OKA2]. Die Entwicklung ist bis heute nicht abgeschlossen. Zurzeit werden immer speziellere Betone mit selbstverdichtenden Eigenschaften entwickelt. Hierzu gehören SVB mit hohen Festigkeiten über 100 N/mm², SVB als Leichtbeton oder mit Fasern. Daneben gibt es Untersuchungen zur Optimierung der Kosten und zur Verarbeitung, um SVB effizienter anwenden zu können. Möglich wird dies durch verschiedene Variationen der Ausgangsstoffe und durch immer neuere Betonzusatzmittel und -stoffe, die dem Beton hinzugefügt werden, um die Eigenschaften in gewünschter Weise zu steuern. 2.3 Normgerechte hochfließfähige Betone

Der Forderung der Baustellen nach weicheren Betonen wurde in der DIN 1045:2001 [N3] im Vergleich zur vorherigen Fassung der DIN 1045:1988 [N2] Rechnung getragen. Die Konsistenzklassen sind im Bereich der fließfähigen Betone erweitert worden. Die Konsistenzklasse F5 (Ausbreitmaß 57 cm – 63 cm) und insbesondere die Konsistenz-klasse F6 (Ausbreitmaß größer 63 cm) erlauben für die praktische Anwendung sehr fließfähige, nahezu selbstverdichtende Betone einzusetzen. Betone der Konsistenz-klasse F6 (kurz: F6-Beton), auch leichtverdichtbare Betone genannt, benötigen keine intensive Verdichtung wie normaler Rüttelbeton, sondern ein leichtes Stochern bzw. Abziehen an der Oberfläche reicht in der Regel aus. Im Gegensatz zu SVB ist jedoch eine Verdichtung vorzusehen. Da F6-Betone normgemäß nach DIN 1045:2001 ohne zusätzliche Qualitätssicherungs-maßnahmen gemäß SVB-Richtlinie [Ri3] hergestellt werden können, ergibt sich in diesem Punkt ein Vorteil gegenüber dem SVB. Bei der praktischen Anwendung muss abgewogen werden, ob für die Betonieraufgabe die Eigenschaften eines F6-Betons ausreichen oder ob der Einsatz von SVB notwendig ist.

2 Grundlagen hochfließfähiger Betone Holger Höveling

6

Aus der Literatur können erste Erfahrungen zum Einsatz von F6-Betonen entnommen werden [BOL1, HEL2]. Informationen zu Betonzusammensetzungen und Verdichtungs-intensität gibt es hingegen bislang kaum. 2.4 Selbstverdichtender Beton

2.4.1 Eigenschaften und Anwendung Bei der Entwicklung von Selbstverdichtendem Beton stehen die Frischbetoneigen-schaften im Vordergrund, ohne aber die Festbetoneigenschaften als Ziel außer Acht zu lassen. Im Vergleich zu Normalbeton sollte SVB drei Besonderheiten bei den Frischbetoneigenschaften aufweisen, damit der Effekt der Selbstverdichtung erreicht werden kann und gleichzeitig ein tragfähiger Beton entsteht: • Geeignete Fließfähigkeit: SVB muss die Eigenschaften besitzen, sich gleichmäßig

in der Schalung zu verbreiten und selbst zu nivellieren. Dabei muss er sich nur durch das Eigengewicht entlüften. Die Fließfähigkeit muss über die gesamte Verarbeit-barkeitszeit sicher beibehalten werden.

• Keine Blockieren: SVB muss die Eigenschaft besitzen, durch alle Zwischenräume entmischungsfrei zu fließen. Es darf in diesen Bereichen kein Blockieren auftreten, welches die homogene Verteilung des Betons behindert.

• Gefügestabilität: Trotz hoher Fließfähigkeit muss SVB eine hohe Gefügestabilität aufweisen. Unter Gefügestabilität wird der Widerstand gegen Entmischen, Sedimentieren und Aufschwimmen zusammengefasst.

Die Festbetoneigenschaften sollten nicht wesentlich von den Eigenschaften für Normalbeton abweichen. Da durch eine Optimierung der Frischbetoneigenschaften einzelne Festbetoneigenschaften negativ beeinflusst werden können, muss die Eignung in Erstprüfungen nachgewiesen werden (Kapitel 5.4). Selbstverdichtender Beton kann in der Regel nicht normgerecht hergestellt und angewendet werden, da die eingesetzten Rezepturen den Anforderungen der DIN 1045:2001 [N3] in Bezug auf die zulässige Konsistenz (Ausbreitmaß > 700 mm) und den höchstzulässigen Mehlkorngehalt widersprechen. Um den Einsatz von SVB zu vereinfachen, hat der Deutsche Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) die Richtlinie „Selbstverdichtender Beton“ [Ri3] erarbeitet. Mit der bauaufsichtlichen Einführung dieser Richtlinie Ende 2004 ist der Einsatz von SVB einfacher möglich [WIE2]. Neben der SVB-Richtlinie des DAfStb gibt es in vielen Ländern weitere Richtlinien und Empfehlungen für die Zusammensetzung, Herstellung und Verarbeitung von SVB, wie z. B. in Japan [JSC1], Österreich [ÖVB1], den Nieder-landen [CUR1] oder Schweden [SCA1].

Holger Höveling 2 Grundlagen hochfließfähiger Betone

7

2.4.2 Typen von SVB Die Einteilung von SVB in Typen erfolgt über die Ausgangsstoffe und die Frischbeton-eigenschaften. Folgende SVB-Typen werden unterschieden: • Mehlkorn-Typ (Japanische Methode)

Die Zusammensetzungen dieses Typs weisen einen deutlich erhöhten Mehlkorn-gehalt gegenüber normalem Rüttelbeton auf. Hierdurch wird erreicht, dass auch bei großer Fließfähigkeit eine ausreichende Gefügestabilität vorhanden ist, um die gröberen Bestandteile entmischungsfrei zu transportieren. Dabei spielt es eine untergeordnete Rolle, welche Art von mehlkornfeinen Stoffen verwendet wird, solange die notwendigen Fließeigenschaften erreicht werden. Zur Herstellung von SVB des Mehlkorn-Typs wurden verschiedene Vorgehensweisen entwickelt, die im Wesentlichen auf den Ideen von Okamura [OKA1, OKA2] beruhen (Kapitel 5.2.3).

• Stabilisierer-Typ Bei diesem Typ wird die Rezeptur eines normalen Rüttelbetons verwendet. Mit Hilfe von hochwirksamen Fließmitteln und Stabilisierern werden die selbst-verdichtenden Eigenschaften erzeugt. Dieser Typ wird in der Literatur beschrieben, von praktischen Anwendungen wird jedoch nur selten berichtet, da die erreichbare Fließfähigkeit und Gefügestabilität der Mischungen begrenzt ist [OKA1, OKA2].

• Kombinations-Typ Dieser Typ stellt eine Kombination aus dem Mehlkorn- und dem Stabilisierer-Typ dar. Die hohe Gefügestabilität wird durch einen leicht erhöhten Mehlkorngehalt und durch den Einsatz von Stabilisierern erreicht. Dieser Typ kommt in neuerer Zeit immer häufiger zur Anwendung.

• Island-Typ Beim Island-Typ findet man nicht oder nur leicht erhöhte Mehlkorngehalte und auch Stabilisierer werden nur in Ausnahmefällen zugegeben. Die Gefügestabilität der Mischungen beruht im Wesentlichen auf einer optimierten Zusammensetzung sowohl der groben als auch der mehlkornfeinen Bestandteile. Das Absinken der groben Bestandteile wird durch die optimierte Zusammensetzung des Korngerüsts verhindert, da im Ruhezustand eine dichte Packung entsteht, die durch eine größere Anzahl Kontaktpunkte der Gesteinskörnung gekennzeichnet ist. Der Hauptunterschied zu den anderen Typen besteht in der Art des Fließens. Während bei den zuvor genannten Typen ein hochviskoses langsames Fließen zu beobachten ist, zeigen SVB des Island-Typs ein schnelles, niederviskoses Fließen [GRÜ1].

2 Grundlagen hochfließfähiger Betone Holger Höveling

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2.5 Zusammenfassung

Bereits seit den Anfängen des Betonbaus wird versucht, sehr fließfähige und nahezu selbstverdichtende Betone einzusetzen. Erst mit den Erkenntnissen von Okamura Ende der 1980er Jahre ist es möglich, einen Beton herzustellen, der sich durch eine hohe Fließfähigkeit ohne die Gefahr des Absetzens der groben Bestandteile auszeichnet, wobei er unter dem Einfluss der Schwerkraft beim Fließen entlüftet. Nach DIN 1045:2001 [N3] kann Beton bis zur Konsistenzklasse F6 (Ausbreitmaß > 63 cm) angewendet werden, der im Gegensatz zum SVB jedoch verdichtet werden muss. SVB kann nicht nach DIN 1045:2001 hergestellt werden, so dass bei der Anwendung die SVB-Richtlinie des DAfStb [Ri3] zu beachten ist. Beim SVB werden vier Typen unterschieden, die sich im Wesentlichen durch den Mehlkorngehalt und den Einsatz von Stabilisierern unterscheiden. Neben einer ausreichenden Fließfähigkeit muss SVB gefügestabil sein und darf nicht blockieren. Im folgenden Kapitel werden die Grundlagen der Rheologie vorgestellt, die für das Verständnis der Fließeigenschaften von SVB notwendig sind.

Holger Höveling 3 Grundlagen der Rheologie

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3 Grundlagen der Rheologie

3.1 Einführung

Das Wort Rheologie leitet sich aus dem griechischen Wort rheos = fließen ab. Damit ist unter Rheologie die Wissenschaft vom Fließen zu verstehen. Genauer beschäftigt sich die Rheologie mit dem Verformungsverhalten von Festkörpern und Fluiden bei Einwirkung äußerer Kräfte. Ideale Festkörper verhalten sich elastisch: die Energie der Deformation wird vollständig zurück gewonnen, wenn der Körper entlastet wird (Hookesches Gesetz). Ideale Fluide dagegen werden irreversibel verformt, d. h. sie fließen. Dabei wird die Deformationsenergie in der Flüssigkeit in Wärme umgesetzt, wobei die Energie nicht zurück gewonnen wird, wenn die wirksame Schubspannung entfällt. Auch Festkörper können unter Anwendung genügend großer Kräfte irreversibel verformt werden, d. h. auch sie fließen. Nur wenige technisch oder praktisch wichtige Flüssigkeiten verhalten sich wie ideale Fluide. Die meisten Substanzen weisen ein rheologisches Verhalten auf, welches zwischen Flüssigkeit und Festkörper eingestuft werden muss. Die Grundbegriffe der Rheologie sind in DIN 1342:2003 [N14] zusammengestellt. 3.2 Begriffe und Definitionen

Die Grundlagen des Fließens können mit Hilfe des Plattenmodells definiert werden (Bild 1). Hierbei befindet sich die Flüssigkeit zwischen zwei ausreichend großen und ebenen Platten, wovon die untere Platte fest und die obere beweglich ist. Wenn in diesem Modell eine Kraft F an der oberen Platte angreift, kommt die in dem Spalt befindliche Flüssigkeit zum Fließen. Der Quotient aus der Kraft F und der Grenzfläche A zur darunter befindlichen Flüssigkeit wird als Schubspannung τ definiert [SCH4].

F N= in oder PaA mm²

τ (3.1)

mit: τ = Schubspannung in N/mm² F = Kraft in N A = Fläche in mm²

A

vvhh

FFA

vvhh

FF

Bild 1: Plattenmodell zum Fließverhalten [BLA1]

3 Grundlagen der Rheologie Holger Höveling

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Der Quotient Geschwindigkeit v zu Plattenabstand h bezeichnet das Schergefälle γ , in der Literatur auch Geschwindigkeitsgefälle D genannt. Das Schergefälle kann als die zeitliche Ableitung der Deformation, die durch die Schubspannung τ hervorgerufen wird, gesehen werden.

-1v= D = in sh

γ (3.2)

mit: γ bzw. D = Schergefälle in s-1

v = Geschwindigkeit m/s h = Plattenabstand in m Die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit, die sich durch die Schubspannung τ ergibt, wird durch den inneren Widerstand der Flüssigkeit bestimmt, d. h. durch die dynamische Viskosität η. Diese stellt als proportionaler Widerstandsfaktor den Zusammenhang zwischen der Schubspannung τ und dem Schergefälle γ her.

v= = mit in Pash

τ η η γ ηi i (3.3)

mit: τ = Schubspannung in N/mm² η = dynamische Viskosität in Pas v = Geschwindigkeit m/s h = Plattenabstand in mm Im Weiteren ist die kinematische Viskosität von Bedeutung. Sie drückt das Verhältnis zwischen Viskosität η und der Dichte ρ der Flüssigkeit aus. Sie beschreibt das Strömungsverhalten unter Einfluss von Massenträgheit und Schwerkraft und wird z. B. für die Berechnung von Rohrströmungen benötigt.

ν ηρ

2mm= ins

(3.4)

mit: ν = kinematische Viskosität in mm²/s η = dynamische Viskosität in Pas ρ = Dichte in kg/mm³ Zur Beschreibung des Fließverhaltens von Leim, Mörtel und Beton wird die dynamische Viskosität verwendet, im Folgenden kurz „Viskosität“ genannt.

Holger Höveling 3 Grundlagen der Rheologie

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3.3 Ideales Fließverhalten

3.3.1 Newtonsches Fließverhalten Das rheologische Verhalten von Flüssigkeiten oder Suspensionen wie z. B. Zementleim wird in so genannten Fließkurven dargestellt, die den Spannungsdehnungslinien von Feststoffen vergleichbar sind. Bei dieser Darstellung wird der Zusammenhang zwischen Schubspannung und Schergefälle grafisch aufgezeichnet. Ähnlich wie es für Feststoffe sehr unterschiedliche Verläufe von Spannungsdehnungslinien gibt, unterscheiden sich auch die Fließkurven verschiedener Stoffe erheblich. Reine und homogene Flüssigkeiten weisen ein Fließverhalten auf, dass als Newtonsches Fließverhalten bezeichnet wird. Die Fließkurve einer ideal-newtonschen Flüssigkeit ist eine Gerade durch den Nullpunkt (Bild 2). In diesem Fall ist die Viskosität unabhängig von der Größe der Scherkraft. Das Newtonsche Fließgesetz lautet: τ = η γi (3.5)

3.3.2 Binghamsches Fließverhalten Insbesondere Suspensionen wie Zementleim weisen eine weitere Eigenschaft auf. Ein Teil der aufgebrachten äußeren Kraft muss zur Überwindung des Widerstandes aufgebracht werden, der durch Kohäsion bzw. Adhäsion und andere intermolekulare Kräfte entsteht. Dieses Fließverhalten kann mit dem Fließgesetz nach Bingham beschrieben werden (Bild 2). Hierfür wird zusätzlich die Fließgrenze τ0 eingeführt. Einfach definiert ist die Fließgrenze die kleinste Spannung, die benötigt wird, um ein Material zum Fließen zu bringen.

0τ = τ + η γi (3.6)

Beim normalen Binghamschen Verhalten liegt ebenfalls eine lineare Proportionalität zwischen der Schubspannung τ und dem Schergefälle γ vor. Die Fließkurve ist eine

Gerade, welche die Achse der Schubspannung an der Fließgrenze τ0 schneidet. Die Viskosität ist auch hier eine vom Schergefälle unabhängige Konstante.

3 Grundlagen der Rheologie Holger Höveling

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2ηBinghamsches Fließverhalten

Newtonsches Fließverhalten

.

τ02

τ01 = 0

γSchergefälle

Schu

bspa

nnun

g τ

2ηBinghamsches Fließverhalten

Newtonsches Fließverhalten

.

τ02

τ01 = 0

γSchergefälle

Schu

bspa

nnun

g τ

Bild 2: Ideales Fließverhalten [SCH4]

3.4 Nicht ideales Fließverhalten

3.4.1 Allgemeines Alle Flüssigkeiten, die keine „ideale“ Fließkurve aufweisen, werden als „nicht ideal“ oder als „nicht-newtonsch“ bezeichnet. Die meisten praktisch wichtigen Flüssigkeiten zeigen ein nicht-newtonsches Fließverhalten. Die Fließkurve ist keine Gerade (Bild 3). Die wirksame Viskosität ist von der Schubspannung abhängig, so dass nur eine Scheinviskosität in Abhängigkeit des Schergefälles angegeben werden kann.

4

1

2

3

1 newtonsch2 strukturviskos3 dilatant4 plastisch

Schergefälle γ.

Schu

bspa

nnun

g τ 4

1

2

3

1 newtonsch2 strukturviskos3 dilatant4 plastisch

Schergefälle γ.

Schu

bspa

nnun

g τ

Bild 3: Nicht-newtonsches Fließverhalten [SCH4]

3.4.2 Strukturviskosität Sehr viele Flüssigkeiten und besonders Suspensionen zeigen eine starke Viskositäts-abnahme bei steigendem Schergefälle. Dieses Phänomen wird als Strukturviskosität bezeichnet (Bild 3, Nr. 2). Insbesondere Zementleime und Zementmörtel sind strukturviskos. Die Veränderung der Viskosität kann in verschiedenen Ursachen begründet sein [SCH4]:

Holger Höveling 3 Grundlagen der Rheologie

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• Disaggregation: Das Fließen führt zu einer Zerstörung von Agglomerationen. Speziell bei Zementleimen spielt die Zerstörung der Flockenstruktur eine wesentliche Rolle für die Strukturviskosität.

• Streckung: Längere Moleküle entwirren sich beim Fließen. Dieser Effekt ist bei langkettigen organischen Betonzusatzmitteln von Bedeutung.

• Orientierung: Durch das Fließen werden ungeordnete Feststoffbestandteile geordnet.

• Deformation: Durch die aufgebrachte Schubspannung verformen sich feste Bestandteile.

3.4.3 Dilatanz Im Gegensatz zu strukturviskosen Substanzen zeigen dilatante Proben ein Verhalten, bei dem eine Viskositätserhöhung mit steigendem Schergefälle zu beobachten ist. Dilatante Substanzen sind selten zu finden (Bild 3, Nr. 3) [SCH4]. 3.4.4 Plastizität Plastizität beschreibt strukturviskose Stoffe, die zusätzlich eine Fließgrenze aufweisen. Stoffe mit dieser Eigenschaft kann man sowohl zu Flüssigkeiten als auch zu Festkörpern zählen. Meistens sind es Suspensionen, die im Ruhezustand ein intermolekulares Netz an Bindungskräften aufbauen, wie z. B. polare Bindungen, Van-der-Waalsche Bindungen, usw. (Kapitel 4.4). Diese Kräfte verhindern im Ruhezustand das Fließen und geben der Substanz einen Feststoffcharakter. Wird eine Schub-spannung aufgebracht, dann verformt sich der Körper zuerst elastisch, bis er ab einer bestimmten Spannung zum Fließen übergeht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Fließgrenze überschritten (Bild 3, Nr. 4). Besonders steife Zementleime weisen eine ausgeprägte Plastizität auf. 3.5 Zeitabhängiges Fließverhalten

3.5.1 Thixotropie Bei der Aufzeichnung von Fließkurven nicht Newtonscher Flüssigkeiten, wie z. B. Zementleim, ergeben sich eine Aufwärtskurve bei der Belastung und eine Abwärtskurve bei der Entlastung. Die Abwärtskurve liegt meist unterhalb der Aufwärtskurve. Die bei der Beanspruchung zerstörten oder veränderten Strukturen bilden sich nicht sofort zurück, sondern der Ausgangszustand wird erst nach einer Ruhezeit erreicht. Dieses Phänomen wir als Thixotropie bezeichnet. Als einfaches Maß für die Thixotropie kann die Hysteresefläche zwischen den beiden Kurvenästen gesehen werden (Bild 4). Bei Zementleim wird der Effekt der Zerstörung der Struktur auch mit dem Begriff Strukturbruch beschrieben.

3 Grundlagen der Rheologie Holger Höveling

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Schergefälle γ.

Sch

ubsp

annu

ng τ

<

<<

<

<< <<

1

2

1 Thixotropie

2 Rheopexie

Schergefälle γ.

Sch

ubsp

annu

ng τ

<

<<

<

<< <<

1

2

1 Thixotropie

2 Rheopexie

Bild 4: Zeitabhängiges Fließverhalten [SCH4]

3.5.2 Rheopexie Rheopexe Substanzen zeigen ein Fließverhalten, bei dem sich die Viskosität mit der Scherdauer erhöht, und die Ursprungsviskosität erst nach Ende der Scherung, meist zeitverzögert, vollständig zurück gewonnen wird (Bild 4). Rheopexie und Thixotropie sind Gegensätze. 3.6 Weitere Fließmodelle

Neben den Fließmodellen von Newton und Bingham für ideale Fluide gibt es weitere Modellansätze für nicht-ideale Flüssigkeiten z. B. nach Casson, Hershel-Bulkey oder Krieger-Dougherty. Eine Zusammenstellung der Modellansätze kann [HAC1] oder [BAN2] entnommen werden. Die allgemeingültige Übertragbarkeit dieser Ansätze auf fließfähige Leime und Mörtel hat sich als schwierig herausgestellt, so dass für diese Stoffe eigene Ansätze entwickelt wurden. Spezielle Fließmodelle für Zementleim können z. B. [BER2, HOL3, GIE1] entnommen werden. Auf Grundlage umfangreicher Versuchsreihen wurden mathematische Zusammenhänge zur Beschreibung der Fließkurven aufgestellt. Aus diesen Gleichungen können mit Regressionsrechnungen die rheologischen Kennwerte ermittelt werden. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich beim Einsatz unterschiedlicher Ausgangs-stoffe und insbesondere unterschiedlicher Zusatzmittel, da hierbei die Fließkurven stark voneinander abweichen. In diesen Fällen ist es nahezu unmöglich, die Auswertung mit nur einem Modell durchzuführen [NIS1]. Die Anwendung der entwickelten Modelle für Zementleim ist somit auf relativ kleine Untersuchungsbereiche begrenzt. Insbesondere für hochfließfähige Leime wie im SVB gibt es bislang keine Erfahrungen in der Literatur.

Holger Höveling 3 Grundlagen der Rheologie

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3.7 Zusammenfassung

Die Rheologie beschäftigt sich mit der Lehre vom Fließen, wobei die Fließeigenschaften mittels dynamischer Viskosität und Fließgrenze beschrieben werden. Es wird zwischen idealem Fließen nach Newton bzw. Bingham und nicht idealem Fließen unterschieden. Das Fließverhalten von Leimen und Mörteln ist in der Regel nicht ideal, so dass die Abbildung mit geeigneten Modellansätzen schwierig sein kann. Im folgenden Kapitel werden die Grundlagen der Rheologie auf das Fließverhalten von Frischbeton und speziell von SVB angewendet. Die Besonderheit liegt darin, dass Frischbeton keine reine Flüssigkeit, sondern eine hochkonzentrierte Suspension ist. Die festen Bestandteile beeinflussen maßgeblich das Fließen.

4 Fließverhalten von Frischbeton Holger Höveling

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4 Fließverhalten von Frischbeton

4.1 Einführung

Fließfähiger Frischbeton kann als hochkonzentrierte Suspension gesehen werden, in der feste Bestandteile (Gesteinskörnung) in einer viskosen Flüssigkeit (Mehlkornleim) schwimmen. Der Mehlkornleim ist dabei selber keine homogene Flüssigkeit, sondern besteht aus feinen Feststoffpartikeln (Zement und andere mehlkornfeine Bestandteile), die sich in einer Flüssigkeit (Wasser einschl. flüssiger Zusatzmittel) befinden. Beim Fließen des Betons müssen sowohl die physikalischen Grundlagen der Rheologie als auch die physikalischen Grundlagen für das elastisch-plastische Verhalten eines Festkörpers beachtet werden. Die Grenze zwischen mehlkornfeinen Stoffen und groben Bestandteilen sollte bei einer Teilchengröße gezogen werden, bei der die interpartikulären Kräfte größer als die von außen wirkenden Kräfte, im Wesentlichen die Schwerkraft, sind [KEC1]. Aus Sicht der Kolloidwissenschaft liegt diese Grenze bei ca. 1 µm. Ein Kolloid, auch kolloidale Lösung genannt, ist eine Lösung in der ein Stoff in einem Lösungsmittel sehr fein verteilt ist. Im Gegensatz zur Suspension setzt sich das Kolloid nicht ab, da die interpartikulären Kräfte größer als die äußeren Kräfte sind [EVE1]. In der Betontechnologie wird vereinfachend die Mehlkorndefinition nach DIN 1045:2001 [N3] von 0,125 mm angesetzt. Die japanische Literatur z. B. [OKA1] nennt eine Grenze von 0,09 mm und in weiteren Literaturstellen wird eine Grenze von 0,25 mm verwendet [PET2]. 4.2 Physikalische Grundlagen

Fügt man einem trockenen Kornhaufwerk eine Flüssigkeit hinzu, so werden zunächst die Oberflächen benetzt und anschließend die bestehenden Hohlräume gefüllt, die als Zwickel bezeichnet werden. Die Flüssigkeit kann dabei als Wasser bezogen auf die festen Bestandteile, aber auch als Leim bezogen auf die groben Bestandteile im Beton gesehen werden. Die Flüssigkeitszugabe führt zu Adhäsions- und Kohäsionskräften zwischen den festen Teilchen, so dass der Scherwiderstand mit steigendem Flüssigkeitsgehalt erhöht wird (Bild 5). Sind alle Zwickel gefüllt, findet der Übergang vom Kornhaufwerk zur Suspension statt, was an einem sehr starken Abfall des Scherwiderstandes zu erkennen ist. Oberhalb des Übergangspunktes bilden sich neben den gefüllten Zwickeln zusätzlich Flüssigkeitsfilme um die festen Bestandteile aus, wodurch diese Teilchen leichter gegeneinander abgleiten können. Wird der Flüssigkeitsgehalt weiter gesteigert, nimmt der Scherwiderstand nur noch langsam ab. Der Flüssigkeitsgehalt ist somit die maßgebende Größe für die Fließfähigkeit einer Suspension [KRE1, SCH5].

Holger Höveling 4 Fließverhalten von Frischbeton

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Der Übergang vom Kornhaufwerk zur Suspension ist von der Form, Oberflächen-beschaffenheit und Korngrößenverteilung der festen Bestandteile abhängig. Jede Suspension besitzt somit einen eigenen spezifischen Grenzwert für das Volumen der festen Bestandteile, bei dem der Übergang zur Suspension stattfindet.

2

3

4

Sche

rwid

erst

and

Flüssigkeitsgehalt

2

Suspension Kornhaufwerk

1

3

4

1

Sättigung

Bild 5: Wassergehalt von Kornhaufwerken nach [SCH5]

4.3 Wasseranspruch

4.3.1 Grundlagen Jedes Korngemisch benötigt zum Erreichen einer definierten Fließfähigkeit eine bestimmte Wassermenge. Die Fließfähigkeit ergibt sich aus den rheologischen Parametern Fließgrenze und Viskosität. Die in der Regel empirisch ermittelte Wasser-menge zum Erreichen der definierten Fließfähigkeit wird in der Betontechnologie als Wasseranspruch der festen Bestandteile bezeichnet. Verflüssigende Betonzusatzmittel greifen zwar sehr stark in diese Beziehung ein, werden in der Regel aber nicht berücksichtigt. Allgemein können die Kennwerte für den Wasseranspruch wie folgt berechnet werden:

iWK

K

VW = 100V

in Vol.-% (4.1)

mit: WK Wasseranspruch der Körner in Vol.-% vom Feststoff VW Volumen des Wassers VK Volumen der Körner (feste Bestandteile)

4 Fließverhalten von Frischbeton Holger Höveling

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Im besonderen Fall, bezogen auf die mehlkornfeinen Bestandteile < 0,125 mm, gilt:

iWP

P

VW = 100V

in Vol.-% (4.2)

mit: WP Wasseranspruch des Puders in Vol.-% vom Feststoff VW Volumen der Flüssigkeit VP Volumen des Puders (mehlkornfeine Bestandteile < 0,125 mm) Ganz allgemein hängt der Wasseranspruch von folgenden Faktoren ab [BON2]: • Feinheit (zu benetzende Oberfläche)

In einer Suspension ist die Feinheit bzw. die Oberfläche der festen Bestandteile ein maßgebender Faktor für die Größe des Wasseranspruchs.

• Kornverteilung (Größtkorn und Volumen der Zwickel) Der Wasseranspruch hängt ebenfalls maßgeblich vom Volumen der Zwickel im Korngemisch ab. Für möglichst hohlraumarme Korngrößenverteilungen mit niedrigem Wasseranspruch bzw. Kornhaufwerke mit großer Packungsdichte werden ideale Kornverteilungen angegeben. Die bekannteste Verteilung wird nach Fuller durch folgende Gleichung beschrieben, die sich auf das trockene Betongemisch einschließlich Zement bezieht:

100·ndA

D =

(4.3)

mit: A Anteil der Korngruppe 0/d D Größtkorndurchmesser d beliebiger Korndurchmesser zwischen 0 und D n Exponent zur Berücksichtigung der Kornform

(n = 0,5 bei runden Körnern)

• Oberflächenbeschaffenheit Die im Beton eingesetzten Stoffe weisen bedingt durch den Herstellprozess unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten auf. Es gibt nahezu runde glatte Körner, wie z. B. natürliche Gesteinskörnungen oder Steinkohlenflugaschen, aber auch gebrochene raue Körner, wie z. B. Splitt, Zement oder Kalksteinmehl. Die Beschaffenheit der Oberfläche beeinflusst den Wasseranspruch. Je rauer und ungleichmäßiger die Körner sind, desto größer ist der Wasseranspruch.

• Saugfähigkeit der Stoffe Zusätzlich spielt die Saugfähigkeit der Stoffe eine wesentliche Rolle. Wird zugeführtes Wasser nicht nur an der Oberfläche physikalisch gebunden, sondern auch aufgesaugt, kann der Wasseranspruch erheblich steigen.

Holger Höveling 4 Fließverhalten von Frischbeton

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• chemische Reaktivität der Stoffe Die reaktiven Bestandteile im Beton, insbesondere der Zement, reagieren sofort nach Wasserzugabe, wodurch Wasser sowohl chemisch als physikalisch gebunden wird [DOM1].

4.3.2 Sättigungswasseranspruch Einen speziellen Kennwert stellt der Sättigungswasseranspruch dar. Dies ist die Wassermenge bezogen auf den Feststoff, bei der der Übergang vom Kornhaufwerk zur Suspension erreicht wird. Nach Puntke kann der Sättigungswasseranspruch WS [Ri3] oder anders ausgedrückt der flüssigkeitsgefüllte Porenanteil, wie folgt dargestellt werden:

iWSS

K WS

VW = 100V +V

in Vol.-% (4.3)

mit: WS Sättigungswasseranspruch in Vol.-% VWS Volumen des Wassers bei Sättigung der Zwickel VK Volumen der Körner (feste Bestandteile) Für den Sättigungswasseranspruch gibt Puntke [PUN1] an, dass dieser Kennwert von Kornhaufwerken in der Hauptsache vom Haufwerksporengehalt bzw. dem Volumen der Zwickel bestimmt wird und nicht von der Feinheit bzw. der korrespondierenden spezifischen Oberfläche. Puntke hat dies mit Untersuchungen für einen Korngrößenbereich von 0,032 mm bis 32 mm nachgewiesen. 4.3.3 Wasseranspruch grober Kornhaufwerke Bei groben Kornhaufwerken haben Untersuchungen gezeigt, dass der Wasseranspruch auf Grundlage der Feinheit z. B. aus Siebanalysen hinreichend genau abgeschätzt werden kann. Hierzu gibt es verschiedene Kennwerte, die aus der Sieblinie berechnet werden (Auswahl) [WEB1]: • Feinheitsmodul nach Abrams • F-Wert nach Hummel • Körnungsziffer (k-Wert) • D-Summe • Wasseranspruchszahl (A-Wert nach Kluge) • Spezifische Oberfläche Für die praktische Anwendung bei der Festlegung von Betonrezepturen stehen eine Vielzahl von empirischen Angaben und Ansätzen mit Tabellen bzw. Grafiken zur Verfügung, aus denen die Beziehung zwischen Feinheit der eingesetzten Bestandteile und Wasseranspruch bzw. Konsistenz abgeschätzt werden kann [BON2].

4 Fließverhalten von Frischbeton Holger Höveling

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4.3.4 Wasseranspruch mehlkornfeiner Haufwerke Für mehlkornfeine Haufwerke mit einem Größtkorn ≤ 0,125 mm ist die Durchführung einer Siebanalyse wie bei groben Haufwerken nicht möglich. Die Bestimmung der Korngrößenverteilung erfolgt z. B. mittels Lasergranulometer. Für die ermittelten Korngrößenverteilungen können die gleichen Kennwerte wie für grobe Haufwerke berechnet werden. Weiterhin sind folgende Kennwerte üblich: • mittlerer Korndurchmesser

• Darstellung im RRSB-Netz mit Berechung des Feinheitsparameters und des Steigungsmaßes nach DIN 66145:1976 [N4]

Die Feinheit mehlkornfeiner Stoffe kann weiterhin mit Hilfe der spezifischen Oberfläche nach Blaine gemäß DIN EN 196, Teil 6 [N5] charakterisiert werden. Dieses Prüf-verfahren ist relativ einfach für alle mehlkornfeinen Stoffe durchführbar. Untersuchungen an mehlkornfeinen Stoffen haben gezeigt, dass die Kennwerte für die Feinheit zwar einen Hinweis auf den Wasseranspruch geben, aber eine ausreichend genaue Abschätzung nicht möglich ist. Besonders beim Einsatz unterschiedlicher mehlkornfeiner Stoffe ergeben sich teilweise deutliche Unterschiede zwischen den Kennwerten für die Feinheit und den Wasseranspruch [WIE1]. Folgende Punkte können als Begründung angeführt werden [BAN1, PUN1, RES2]: • Durch sowohl interpartikuläre Kräfte als auch chemische Reaktionsprodukte

entstehen Agglomerationen, die den Wasseranspruch beeinflussen, da die dichteste Packung nicht erreicht wird und sich zusätzlich wassergefüllte Zwickel bilden. Diese Agglomerationen werden beim Mischen nur bedingt aufgebrochen.

• Vor allem Zement bindet, bedingt durch die chemische Reaktion, zusätzliches Wasser.

• Die große Oberfläche des Mehlkorns führt zu deutlich größeren Einflüssen aus der Oberflächenbeschaffenheit und der Kornform.

Die theoretischen Überlegungen zu optimalen Kornverteilungen von groben Korn-haufwerken mit niedrigem Wasseranspruch gelten grundsätzlich auch für mehlkornfeine Stoffe. Allerdings muss auch hier beachtet werden, dass die genannten Einflussfaktoren auf den Wasseranspruch analog für die theoretischen Überlegungen zur Kornverteilung gelten. Es gibt Modellvorstellungen, mit denen aus theoretischen Überlegungen der Wasseranspruch bzw. die Packungsdichte abgeschätzt werden kann [GEI1, MA1, SED1]. Inwieweit solche Vorgehen bei mehlkornfeinen Stoffen realitätsnahe Aussagen bringen, wird derzeit untersucht.

Holger Höveling 4 Fließverhalten von Frischbeton

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Um den Wasseranspruch mehlkornfeiner Haufwerke zu bestimmen, werden unter-schiedliche Prüfverfahren eingesetzt. Hierzu gehören:

• Wasseranspruch bei Normsteife nach DIN EN 196, Teil 3 [N5] Dieses Verfahren wurde zur Überprüfung von Zementen entwickelt. Es kann aber auch für alle anderen mehlkornfeinen Leime eingesetzt werden. Mit diesem Verfahren wird der Wasserzusatz bei Normsteife bestimmt. Hierbei wird mit Hilfe eines Tauchstabes über die Eintauchtiefe der erforderliche Wassergehalt für eine bestimmte Menge Feststoff ermittelt, der zum Erreichen der Normsteife notwendig ist.

• Wasseranspruch nach Puntke Dieses Verfahren beruht auf der Feststellung, dass sich ein feinkörniges Haufwerk durch leichte Stöße bis zu einer stoffspezifischen Packungsdichte reproduzierbar verdichten lässt, sobald der Wassergehalt zur Sättigung des dichten Korngefüges ausreicht. Zeigt sich bei leichter Verdichtung ein Glanz auf der Oberfläche, ist der notwendige Wassergehalt überschritten. Mit diesem Verfahren wird näherungsweise der Sättigungswasseranspruch bestimmt [PUN1, Ri3].

• Wasseranspruch nach Okamura Der zu berechnende βP – Wert ist eine dimensionslose Kenngröße, die das Volumen-verhältnis Wasser zu Feststoff (VW/VP) beschreibt, bei dem ein Wasser-Feststoff-gemisch noch nicht zu fließen beginnt. Zur Ermittlung werden Ausbreitversuche mit dem Hägermann-Trichter nach DIN EN 459, Teil 2 [N6] an Mischungen mit unter-schiedlichen VW/VP-Werten durchgeführt, die oberhalb des Grenzwertes βP liegen. Mit Hilfe einer linearen Regression wird der Wassergehalt bestimmt, bei dem keine Ausbreitung vorliegt [WAL1, Ri3].

Da der Wasseranspruch ein empirisch ermittelter Kennwert ist, sind die unterschiedlichen Wasseranspruchszahlen nicht direkt miteinander vergleichbar. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass die zu erzielende Fließfähigkeit nicht einheitlich definiert ist. Lediglich der Sonderfall des Sättigungswassergehaltes kann aus den theoretischen Überlegungen hergeleitet werden. 4.4 Kräfte im Wasser-Feststoff-Gemisch

Innerhalb des Betons und speziell innerhalb des Leims gibt es sehr viele unterschiedliche Kräfte, die für das Fließverhalten verantwortlich sind [BER1, BOM1, DEL1, FLA1]:

4 Fließverhalten von Frischbeton Holger Höveling

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• Gravitation Der Einfluss der Schwerkraft (Gravitation) bzw. Gewichtskraft des einzelnen Korns nimmt mit der Korngröße zu. In Abhängigkeit der Viskosität der flüssigen Phase führt sie zu Entmischungserscheinungen. Unterhalb einer kritischen Teilchengröße sind die interpartikulären Kräfte größer, so dass die Gravitation einen untergeordneten Einfluss hat (Kapitel 4.1).

• Van-der-Waalsche Kräfte Diese anziehenden intermolekularen Kräfte wirken zwischen zwei Körpern, die durch die Einwirkung des Atomkerns auf die Peripherie-Elektronen benachbarter Moleküle entstehen. Durch den großen Feststoffgehalt in Zementleimen sind diese Kräfte maßgeblich für das typische rheologische Verhalten mitverantwortlich.

• Elektrostatische Kräfte (Zeta Potential) Nahezu auf allen Oberflächen von Feststoffpartikeln befinden sich Bereiche mit Ladungsunterschieden. Im Wesentlichen können diese Ladungsverschiebungen auf Imperfektionen z. B. Zerstörungen aus dem Mahlprozess oder Ladungs-verschiebungen im Kristallgitter [EVE1] erklärt werden. Die Oberflächenladungen führen zu einer Anlagerung der in einer Lösung enthaltenen Ionen am Feststoff, so dass sich eine elektrische Doppelschicht um die Teilchen bilden. Die Doppelschicht besteht aus zwei Teilen: einer praktisch festen Schicht aus adsorbierten Ionen und einer diffusen Schicht beweglicher Ionen. Das elektrische Potenzial zwischen den Schichten wird als Zeta Potential bezeichnet und ist messtechnisch erfassbar. Bedingt durch die gleichgerichtete Oberflächenladung auf den Partikeln führt das Zeta Potenzial zu abstoßenden Kräften und damit zu einer Dispergierung der festen Bestandteile. Neben den Oberflächeneigenschaften der Feststoffpartikel hängt das Zeta Potenzial maßgeblich von der Ionenkonzentration in der Suspension ab. Mit zunehmender Konzentration nimmt die Doppelschicht ab und der Potentialunterschied wird geringer, da sich positive und negative Ionen in ihrer Wirkung aufheben. Sybertz [SYB2] hat mit Messungen bestätigt, dass das Zeta Potenzial in Zementleimen gegen Null geht, da die Ionenkonzentration durch die Reaktion des Zements sofort nach dem Mischen sehr hoch ist. Zu vergleichbaren Ergebnissen kommt Lemmer [LEM2]. Er schließt aus seinen Versuchen, dass die interpartikulären Kräfte stark vom pH-Wert in der Suspension beeinflusst werden. Hohe pH-Werte und damit hohe Ionenkonzentrationen führen zu einer Reduzierung des Zeta Potentials, wodurch die Van-der-Waalschen Kräfte an Bedeutung gewinnen und es somit zu einer Verflockung des Leims kommt. Die Wirkung vieler Fließmittel beruht ebenfalls auf elektrostatischen Kräften. Die auf der einen Seite negativ geladenen Fließmittelmoleküle adsorbieren an positiv geladenen Bereichen des Feststoffs und sorgen mit der positiv geladenen anderen Seite dafür, dass die Partikel eine gleichmäßige Oberflächenladung erhalten. Hierdurch kommt es zur Abstoßung aufgrund der gleichgerichteten Ladungen und der Leim wird verflüssigt. Dieser Effekt ist mit relativ geringen Mengen Wirkstoff

Holger Höveling 4 Fließverhalten von Frischbeton

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möglich, da diese Stoffe durch die Oberflächenaktivität direkt in das Kräftegleich-gewicht eingreifen.

• Kapillarkräfte Kapillarkräfte entstehen durch Kohäsions- und Adhäsionskräfte des Wassers in Korngemischen unterhalb des Übergangs vom Kornhaufwerk zur Suspension. Bei vollständig gefüllten Zwickeln und somit auch bei hochfließfähigen Leimen, Mörteln und Betonen sind die Kapillarkräfte vernachlässigbar [FRE2]. Der Einfluss der Kapillarkräfte ist z. B. bei der Herstellung von „grünem“ Beton maßgeblich.

• Innere Reibung und Partikelkollisionen Grundsätzlich muss bei Kräften aus innerer Reibung zwischen Festkörper- und Flüssigkeitsreibung unterschieden werden. Festkörperreibung entsteht durch Partikelkollisionen der festen Bestandteile und wirkt in erster Linie bei Teilchen mit einem Größtkorndurchmesser von > 1 mm. Damit kommen diese Kräfte vor allem innerhalb der Gesteinskörnung vor. Die Festkörperreibung hängt maßgeblich vom Gehalt der groben Bestandteile ab. Flüssigkeitsreibung entsteht in einer Suspension durch das Umströmen von Feststoffpartikeln. Bedingt durch den Reibungswiderstand an der Oberfläche, werden Kräfte von der Flüssigkeit auf die Feststoffe übertragen. Der Reibungswiderstand eines Teilchens kann mit dem STOKESCHEN-Gesetz beschrieben werden [HÜT1]: π ηi i i iRF =6 r v (für eineKugel) (4.5)

mit: FR Reibungskraft η Viskosität r Radius der Kugel v Geschwindigkeit Bei weichen und insbesondere fließfähigen Betonen ist der Einfluss aus Flüssigkeitsreibung ein wichtiger Effekt. Durch die geringe Fließgrenze und die damit verbundene große Fließfähigkeit des Leims sorgen die übertragenen Kräfte für den Transport der gröberen Bestandteile beim Fließen.

• Sterische Effekte Sterische Effekte resultieren aus der Wechselwirkung von Polymerketten. Nähern sich Moleküle mit adsorbierten Polymeren einander an, so kommt es zu deren Durchdringung oder Stauchung. Die Folge ist eine Abstoßungswirkung, welche die Flockung der Partikel verhindert und somit verflüssigend wirkt. Dieser Effekt wird bei Fließmitteln auf Polycarboxylatether-Basis (PCE) ausgenutzt (Kapitel 5.1.5.1)

• Tribologische Effekte Bestimmte Polymerketten haben die Möglichkeit, durch Wasserstoffbrücken-bindungen Wassermoleküle anzulagern. Hierdurch entsteht eine Art Gleitschicht, die sowohl verflüssigend als auch stabilisierend wirken kann.

4 Fließverhalten von Frischbeton Holger Höveling

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• Chemische Reaktionen Sofort nach dem ersten Kontakt mit Wasser beginnen im Zementleim erste chemische Reaktionen. Die einzelnen Zementpartikel werden mit einer Hydratschicht überzogen und es bilden sich Agglomerate.

Durch die Summe aller Kräfte wird in Abhängigkeit vom jeweiligen Abstand der Feststoffpartikel zueinander ein jeweiliges Abstoßungs- oder Anziehungspotential erzeugt. Für einen definierten Partikelabstand ist ein Energieminimum vorhanden. Daher haben Feststoffpartikel das Bestreben, sich diesem energieärmsten Zustand anzunähern. Dieser Zustand bedingt die Bildung einer durchgehenden Flockenstruktur, die für das typische Fließverhalten mehlkornfeiner Suspensionen verantwortlich ist. Eine der gebräuchlichsten numerischen Beschreibungen der Überlagerungen der Kräfte ist die DLVO-Theorie [VER1]. Hierbei werden die elektrostatischen und die Van-der-Waalschen-Kräfte betrachtet. In Abhängigkeit der Partikelabstände ergeben sich theoretische Gleichgewichtszustände, die zu einer stabilen Suspension führen. Für das Fließverhalten von hochfließfähigen Mörteln und Betonen sind insbesondere auch die sterisch wirkenden Fließmittel von Bedeutung. Welche der genannten Kräfte und in welcher Größenordnung letztlich bei einer gegebenen Ausgangsstoffkombination für das Fließverhalten verantwortlich sind, kann bislang nur grob abgeschätzt werden. Umfassende theoretische Überlegungen zu Kräften in hochfließfähigen Leimen bzw. Betonen gibt es bislang nicht. 4.5 Fließverhalten des Zementleims

4.5.1 Rheologisches Verhalten Mit der schematischen Fließkurve in Bild 6 kann das typische Fließverhalten für Zementleim unter Scherbeanspruchungen erklärt werden. Bei geringem Schergefälle steigt die Kurve sehr stark an, was auf eine Fließgrenze schließen lässt. Im Weiteren zeigt sich eine deutliche Viskositätsabnahme bei steigendem Schergefälle, die durch die Zerstörung der Struktur erklärt werden kann. Die Abwärtskurve hingegen hat einen nahezu geradlinigen Verlauf, da hier der Strukturbruch fast vollständig erreicht ist.

Holger Höveling 4 Fließverhalten von Frischbeton

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Bild 6: Schematische Fließkurve eines Zementleims

Werden mehlkornfeine Leime mit Zement bei einer konstanten Scherbeanspruchung über einen längeren Zeitraum untersucht, kann der Schubspannungsverlauf in drei Bereiche eingeteilt werden (Bild 7). In der ersten Phase, ist eine Abnahme der Schubspannungen zu beobachten. Dies ist mit dem Strukturbruch zu erklären. Die zweite Phase kann als Übergangsbereich interpretiert werden. Es findet keine merkliche Veränderung der Schubspannung statt. Dieser Phase schließt sich ein Bereich mit steigender Schubspannung an, in der verstärkt CSH-Phasen entstehen, die zu steigenden Schubspannungen führen. Wird die normale Verarbeitbarkeitszeit für Beton von maximal 90 Minuten eingehalten, spielt der dritte Bereich für die Verarbeitungs-eigenschaften eine untergeordnete Rolle [KEC1, WOL1].

Bild 7: Scherwiderstand infolge konstanter Belastung [KEC1]

4.5.2 Modellvorstellungen der Zementleimstruktur Das Modell nach Helmuth [HEL1] stellt die Zementpartikel in Kugelgestalt dar (Bild 8). Die Hohlräume zwischen den größeren Partikeln werden mit kleineren Partikeln und Wasser ausgefüllt. Dabei haftet das Wasser fest an der Oberfläche der Körner und gehört nicht mehr zur flüssigen Phase. Dividiert man das Wasservolumen durch die spezifische Oberfläche des Zements, so ergibt sich die Wasserfilmdicke. Diese ist in

Schergefälle γ

Sch

ubsp

annu

ng τ

4 Fließverhalten von Frischbeton Holger Höveling

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dem Modell für alle Feststoffpartikel gleich-mäßig dick und beträgt ca. 1/10 der durch-schnittlichen Partikelgröße. Ist die Wasserfilmdicke zu groß, besteht die Gefahr des Blutens, da die Abstände der einzelnen Partikel zu groß werden und somit die Kohäsion der festen Bestandteile nicht mehr ausreicht, das Wasser fest zu binden und zu halten. Ist die Wasserfilmdicke hingegen zu gering, kann durch den Einsatz von Fließmitteln keine ausreichende Dispergierung der festen Bestandteile erreicht und somit keine ausreichende Fließfähigkeit eingestellt werden. Das Modell von Helmuth beschreibt den dispergierten Zustand besser als den Zustand einer ausgebildeten Flockenstruktur. Nach Powers [POW1] bildet sich eine Flockenstruktur, in dem die Zementpartikel agglomerieren. Es entstehen dabei je nach Konzentration zwei unterschiedliche Strukturen (Bild 9). Powers unterscheidet zwischen den in verdünnten Suspensionen vereinzelt auftretenden Zusammenballungen (flocculated State) und der in kon-zentrierten Suspensionen durchgehenden raumnetzartigen Struktur (flocculent State). Die vereinzelten Flocken machen sich dadurch bemerkbar, dass sie ausfällen, wogegen bei der durchgehenden Struktur das Absetzen behindert wird.

Bild 9: Zementleimmodell nach Powers [POW1]

Legrand [LEG1] hat eine ähnliche Vorstellung entwickelt. In seinem Modell wird die Ausbildung des gleichmäßigen Netzwerkes der Zementleimflocken durch elektro-statische Kräfte erklärt. Die Partikel berühren sich dabei nur an den vorderen Ecken und Kanten. Er führt dies auf unterschiedliche Oberflächenpotenziale infolge unvollständiger Neutralisation zurück, die zu unterschiedlichen anziehenden und abstoßenden Kräften führen. Die kohäsiven Van-der-Waalschen Kräfte wirken an den Berührungsstellen nur punktuell. Aus diesem Grunde wird angenommen, dass die Kontaktfläche wie eine

Bild 8: Zementleimmodell nach Helmuth [HEL1]

Holger Höveling 4 Fließverhalten von Frischbeton

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gelenkige Bindung wirkt. Auf den angrenzenden Teilflächen wirken abstoßende Kräfte. Die Abstoßungskräfte versuchen den Kontaktwinkel zu vergrößern, so dass sich letztlich eine mehr oder weniger bewegliche Struktur einstellt. Keck [KEC1] hat dieses Modell noch erweitert. Wird ein Zementleim nach dem Mischen in Ruhe gelassen, setzen sich die Zementeilchen ab. Dabei stoßen sie zusammen und bleiben aneinander haften. Dies behindert ihre Beweglichkeit, so dass sich zwar eine durchgehende Flockenstruktur bildet, die Partikel jedoch nicht das kleinste Volumen einnehmen (Bild 10). Es verbleiben große Hohlräume, in die Wasser eingeschlossen wird. Unter Scherbeanspruch bricht die Flockenstruktur auf und das Wasser in den Hohlräumen führt zu einer Verflüssigung der Suspension. Dieser Effekt hat einen zusätzlichen Einfluss auf das typische strukturviskose Verhalten von Zementleimen.

Bild 10: Zementleimmodell nach Keck [KEC1] Die vorgestellten Modelle beruhen auf reinen Zementleimen mit ggf. Zusatzstoffen. Bezieht man Betonzusatzmittel in die Modelle mit ein, ergeben sich andere Über-legungen, da besonders die Fließmittel sehr stark in die Kräftestruktur des Leims eingreifen. Am ehesten kann die Modellvorstellung von Helmuth für solche Leime verwendet werden, da hier die einzelnen Teilchen vollständig dispergiert dargestellt werden. Genau dieses Ziel wird mit dem Einsatz von Fließmittel angestrebt. 4.6 Fließeigenschaften des Frischbetons

4.6.1 Leim Grundvoraussetzung für das Fließen des Frischbetons ist eine angepasste Fließfähig-keit des Leims, die durch die Fließgrenze und die Viskosität physikalisch definiert wird. Die Fließfähigkeit wird im Wesentlichen durch das Verhältnis von Wasser zu mehlkornfeinen Stoffen und den Einsatz von Fließmitteln gesteuert. Über den not-wendigen Wassergehalt des Mehlkorns hinaus muss freies Wasser im Leim vorhanden sein, welches zur Benetzung der groben Zuschläge im Beton notwendig ist. Je größer die Fließfähigkeit des Leims eingestellt wird, desto genauer muss ein optimaler Wert für den Wassergehalt eingehalten werden, damit überschüssiges Wasser nicht zu Problemen mit der Gefügestabilität führt [BIL2, KOR2, PAS1]. Diese grundlegenden Abhängigkeiten sind lange bekannt und wurden z. B. von Teubert

großer Wassergehalt kleiner Wassergehalt

4 Fließverhalten von Frischbeton Holger Höveling

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[TEU1] für Sichtbeton beschrieben. Wie sich der Einsatz hochwirksamer Fließmittel im Detail auf die Festlegung des Wassergehaltes auswirkt, ist der Literatur nicht zu entnehmen. Neben der Fließfähigkeit des Leims spielt vor allem der Leimgehalt eine wesentliche Rolle für das Fließen des Frischbetons. Analog zu den in Kapitel 4.2 beschriebenen physikalischen Grundlagen zum Übergang vom Kornhaufwerk zur Suspension muss ausreichend Leim zur Verfügung stehen, damit die Kornzwischenräume ausgefüllt und alle groben Körner benetzt werden [OKA1, OKA2, OKA4]. Steht zu wenig Leim zur Verfügung kommt es zum Blockieren und der Beton fließt nicht durch die Bewehrung. Steht mehr Leim als notwendig zur Verfügung, verbessert dies die Fließfähigkeit nur geringfügig [VAN1, RIN1]. 4.6.2 Rheologische Betrachtung Rheologisch gesehen muss das Fließverhalten von SVB als Kombination der drei physikalischen Parameter Fließgrenze, dynamische Viskosität und Strukturviskosität betrachtet werden. In Bezug auf das Fließverhalten und die Gefügestabilität ist die Fließgrenze ein wesentlicher Faktor. Ist diese zu hoch, reicht die Schwerkraft nicht aus, das Fließen auszulösen. Soll der Beton dennoch fließen, bedarf es äußerer Kräfte wie z. B. Schütt- oder Rüttelenergie. Beim SVB wird in der Regel eine niedrige Fließgrenze gefordert, um eine ausreichende Fließfähigkeit nur durch das Eigengewicht sicher zu stellen. Allerdings sinkt mit kleiner werdender Fließgrenze auch die Gefügestabilität. Eine hohe Gefügestabilität und eine geringe Fließgrenze stehen also im Widerspruch zueinander [KHA1, MUR1, SHI1, WAL1]. Die Viskosität beeinflusst im Wesentlichen die Fließgeschwindigkeit des Betons [HOC1]. Ist genügend Leim mit ausreichend hoher Viskosität vorhanden, werden die groben Bestandteile beim Fließen gut mitgenommen, d. h. dem STOKESCHEN-Gesetz folgend sind die übertragenen Kräfte relativ groß. Gleichzeitig können die groben Bestandteile nur sehr langsam sedimentieren. Durch eine erhöhte Viskosität wird der beschriebene Widerspruch zwischen Fließgrenze und Gefügestabilität relativiert. Ist die Viskosität des Leims zu hoch eingestellt, fließt der Beton sehr langsam und kann an Bewehrungshindernissen blockieren. Weiterhin kann bei einem zu hochviskosen Leim die durch das Mischen eingebrachte Luft nur schwer entweichen und die Luftgehalte im Beton steigen an [NIS1, OKA3]. Ist die Viskosität des Leims zu gering, können die groben Bestandteile nicht richtig mitgeführt werden und es kommt zu Problemen mit der Gefügestabilität. Die größeren Bestandteile werden an Bewehrungshindernissen festgehalten und nur der Leim fließt

Holger Höveling 4 Fließverhalten von Frischbeton

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weiter. Neben der Fließgrenze muss auch die Viskosität für einen hochfließfähigen Beton optimal eingestellt werden. Der Einfluss der Strukturviskosität auf das Fließverhalten wird in nur wenigen Literaturstellen erwähnt. Die Strukturviskosität macht sich in Bezug auf die Fließgrenze bemerkbar. Am Ende einer Fließbewegung ist die Fließgrenze durch den Strukturbruch minimal. Lässt man die Substanz danach in Ruhe, bildet sich die beim Mischen zerstörte Flockenstruktur nach und nach wieder aus und die Fließgrenze steigt an. Dieser Effekt sorgt dafür, dass die Sedimentationsstabilität nach Abschluss des Fließens verbessert wird und letztlich ein homogener Beton entsteht [KHA1, RIS1, SCH3]. 4.6.3 Hochviskose Frischbetone Ein Großteil der SVB weisen eine hohe Viskosität bei geringer Fließgrenze auf. Dies hat zur Folge, dass diese Betone sehr zähflüssig und langsam wie Honig fließen. Durch die gegen Null gehende Fließgrenze ist eine große Fließfähigkeit zu beobachten und durch das hochviskose Verhalten werden die groben Bestandteile gut mitgenommen und können nur langsam sedimentieren. Kommt der Beton zur Ruhe, bildet sich die beim Fließen zerstörte Flockenstruktur wieder aus und das Sedimentieren wird gestoppt. Hierzu gehören die SVB des Mehlkorn-, Stabilisierer- bzw. Kombinations-Typs (Bild 11) [DIC1, OKA1, OKA2].

Fließgrenze

Visk

ositä

t

hochfesterBeton

Normalbeton

SVB Island-Typ

Fließbeton

SVB

Meh

lkor

n-/

Stab

i-Typ

Entmischen

Fließgrenze

Visk

ositä

t

hochfesterBeton

Normalbeton

SVB Island-Typ

SVB Island-Typ

FließbetonFließbeton

SVB

Meh

lkor

n-/

Stab

i-Typ

SVB

Meh

lkor

n-/

Stab

i-Typ

Entmischen

Bild 11: Vergleich der rheologischen Eigenschaften fließfähiger Betone

4 Fließverhalten von Frischbeton Holger Höveling

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4.6.4 Niederviskose Frischbetone Weitere Typen von SVB und hochfließfähige Frischbetone weisen eine wesentlich niedrigere Viskosität bei gleichzeitig deutlich erhöhter Fließgrenze auf. Dies hat zur Folge, dass der Beton viel schneller fließt. Beim Einbringen z. B. mit einer Betonpumpe oder einem Krankübel weist der Beton eine gewisse kinetische Energie auf. Diese sorgt für das Überschreiten der Fließgrenze und, unterstützt durch eine geringe innere Reibung (geringe Viskosität), für eine große Ausbreitung des Betons. Wenn die kinetische Energie abgebaut ist, kommt der Beton durch die erhöhte Fließgrenze sehr schnell zum Stillstand und die Sedimentation wird verhindert. Die Gefügestabilität wird zusätzlich durch einen guten Kornaufbau und eine nur geringe Menge an mehlkornfeinem Leim unterstützt. Im Ruhezustand können die groben Bestandteile nicht sedimentieren, da es im Beton ein festes Korngerüst gibt, in dem sich die Körner aufeinander abstützen [BRA1]. Zu dieser Gruppe gehören SVB des Island-Typs, aber auch die meisten herkömmlichen Fließ- und F6-Betone. 4.7 Beschreibung der Fließeigenschaften

Pythlik [PYT1] hat versucht, empirische Beziehungen für die rheologischen Eigen-schaften von Betongemischen aufzustellen. Hiernach haben folgende Parameter einen Einfluss auf die Konsistenz: • Wasserzementwert • Zementgehalt • Konzentration und Art der Betonverflüssiger • Masse der Feinststoffe • Charakteristik der Zuschlagstoffe • Charakteristik der Prüfmethode • Temperatur • Zeitspanne vom Mischen bis zum Messen • Energieaufwand für das Mischen Pythlik benutzt zur Beurteilung der Fließfähigkeit den ideellen Wert der Zementleim-schichtdicke. Die Schichtdicke ist dabei ein maßgeblicher Faktor für die Fließeigen-schaften. Bei der großen Vielfalt an Ausgangsstoffen sind allgemeingültige Beziehungen jedoch nur sehr schwer zu finden. Das Fließverhalten von Leimen, Mörteln und SVB wird ebenfalls mit numerischen Modellen nachgebildet. Auf Grundlage dieser Modelle wird versucht, die Fließeigen-schaften und das Fließverhalten in der Schalung darzustellen, um dadurch z. B. den Verfüllvorgang besser planen zu können [BUI2, CHR2, FUJ1, HAT1, LAR1, NIS1, NOG1, NOO1, OH1, ROS2].

Holger Höveling 4 Fließverhalten von Frischbeton

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4.8 Zusammenfassung

Fließfähiger Frischbeton kann als hochkonzentrierte Suspension gesehen werden. Aus diesem Grund müssen die physikalischen Grundlagen einer Suspension betrachtet werden. Wird einem trockenen Kornhaufwerk eine Flüssigkeit zugegeben, sammelt sich diese zunächst in den Zwickeln. Sind alle Zwickel gefüllt, findet der Übergang vom Kornhaufwerk zur Suspension statt, was an einem sehr starken Abfall des Scherwiderstandes zu erkennen ist. Das Verhältnis von Flüssigkeit zu Feststoff ist der maßgebende Faktor für die Fließfähigkeit. In der Betontechnologie wird hierfür als Kennwert der Wasseranspruch von Kornhaufwerken mit unterschiedlichen Prüfverfahren bestimmt. Einen speziellen Kennwert stellt der Sättigungswasseranspruch dar. Dies ist die Wassermenge bezogen auf den Feststoff, bei der der Übergang vom Kornhaufwerk zur Suspension erreicht wird. Der Wasseranspruch eines Kornhaufwerks ist von sehr vielen Faktoren abhängig und wird neben der Feinheit und Kornzusammensetzung u. a. maßgeblich durch die in der Suspension vorhandenen Kräfte beeinflusst. Das Fließverhalten des Betons wird zum einem von den Fließeigenschaften des Leims, aber auch vom Leimgehalt und der verwendeten groben Gesteinskörnung gesteuert. Rheologisch können hochviskose und niederviskose hochfließfähige Betone unterschieden werden. Zu den hochviskosen Betonen gehören SVB des Mehlkorn-, Stabilisierer- sowie des Kombinations-Typs und zu den niederviskosen Betonen SVB des Island-Typs und die meisten herkömmlichen Fließbetone. Im folgenden Kapitel werden Informationen zu Ausgangsstoffen, Zusammensetzung, Anwendung und zur Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen zusammengestellt. Alle Komponenten müssen aufeinander abgestimmt werden, damit die beschriebenen Fließeigenschaften eingestellt werden können.

5 Eigenschaften von SVB Holger Höveling

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5 Eigenschaften von SVB

5.1 Ausgangsstoffe

5.1.1 Wasser Für SVB ist es sinnvoll, den Wassergehalt in Kombination mit dem Gehalt der mehlkornfeinen Stoffe anzugeben, da durch dieses Verhältnis die Fließeigenschaften maßgeblich gesteuert werden. Hierzu hat sich als Kennwert das Volumenverhältnis Wasser zu Puder (w/p-Wert oder VW/VP - Verhältnis) durchgesetzt, wobei dem Puder in der Regel alle mehlkornfeinen Bestandteile bis zu einem Größtkorn von 0,125 mm zugerechnet werden. Für normale SVB liegt der w/p-Wert zwischen 0,8 und 1,0, wobei der Wert für den Kombinations-Typ in der Regel etwas höher als für den Mehlkorn-Typ gewählt wird [NAW1]. Herkömmliche Fließbetone weisen meist einen deutlich höheren Wert zwischen 1,2 und 1,4 auf. Der Wasserzementwert (w/z-Wert) ergibt sich aus den Anforderungen an die Festigkeit bzw. die Dauerhaftigkeit. Für die Fließeigenschaften ist es von untergeordneter Bedeutung, ob dabei der w/z-Wert bei 0,60 für normalfesten Beton oder bei 0,30 für hochfesten Beton liegt, solange das richtige VW/VP - Verhältnis eingehalten wird. Der w/z-Wert kann über den Anteil des Zements im Mehlkorn nahezu beliebig gesteuert werden, was bei den hohen notwendigen Mehlkorngehalten problemlos möglich ist. Restwasser ist gemäß SVB- Richtlinie [Ri3] für SVB nicht zugelassen. 5.1.2 Zement Der Zementgehalt von SVB liegt in der Regel in der gleichen Größenordnung wie bei Normalbeton. Höhere Zementgehalte sind zu vermeiden, da hierdurch nachteilige Effekte wie erhöhtes Schwinden / Kriechen oder eine erhöhte Rissgefahr durch höhere Hydratationswärmeentwicklung auftreten können. Der Zement mit einem Größtkorn < 0,125 mm wird dem Leim zugeordnet. Da der Herstellungsprozess der Zemente, z. B. in Abhängigkeit der eingesetzten Rohstoffe, Schwankungen unterworfen ist, ergeben sich Toleranzbereiche für die Eigenschaften. Zemente weisen im Vergleich zu anderen mehlkornfeinen Stoffen relativ hohe Wasseranspruchswerte auf, so dass sich Änderungen in den Eigenschaften des Zements besonders stark auf den Gesamtwasseranspruch des Betons auswirken [BEN1]. Der Literatur sind keine Hinweise zu entnehmen, ob bestimmte Zementarten oder Zementfestigkeitsklassen besonders für die Herstellung von SVB geeignet sind. Im Grunde ist die Herstellung mit allen Zementen möglich [FUJ3]. In einigen Literatur-stellen wird erwähnt, dass sehr grobe Zemente (CEM I 32,5R) für die SVB-Herstellung nicht so gut geeignet sind wie feinere Zemente. Ausführliche Versuchsergebnisse und Begründungen zu dieser Thematik liegen nicht vor. Grundsätzlich sollten sich bei Problemen mit zu schnell ansteifendem SVB langsam erhärtende Zemente als vorteilhaft erweisen [NOV1]. Statistisch abgesicherte

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

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Versuchsreihen zu diesem Thema gibt es in der Literatur ebenfalls nicht. Nahezu alle Zementarten und -festigkeitsklassen wurden bei SVB erfolgreich verwendet. 5.1.3 Gesteinskörnung Die Gesteinskörnung besitzt einen wesentlichen Einfluss auf die Fließeigenschaften. Okamura [OKA2] hat mit Versuchen nachgewiesen, dass das Volumen der Gesteinskörnung einen kritischen Grenzwert nicht überschreiten darf, da sonst durch Partikelkollisionen zu viel Fließenergie verloren geht. Dies gilt sowohl für die grobe Gesteinskörnung im Beton, als auch für die feine Gesteinskörnung im Mörtel. Diese Ergebnisse sind die Bestätigung der physikalischen Grundlagen bzgl. des Übergangs vom Kornhaufwerk zur Suspension aus Kapitel 4.2 in der praktischen Anwendung. Solange der kritische Grenzwert für den Gehalt der Gesteinskörnung nicht überschritten ist, ändern sich die Fließeigenschaften bei kleinen Schwankungen im Gehalt und in der Sieblinie der Gesteinskörnung nur unwesentlich. Der notwendige Wasserbedarf bleibt nahezu unverändert, da dieser im Wesentlichen nicht durch die Gesteinskörnung, sondern durch die mehlkornfeinen Stoffe bestimmt wird. Der Fließmittelgehalt muss ggf. angepasst werden [NAG2]. Eine in Bezug auf die Packungsdichte optimierte Kornverteilung kann Vorteile bringen (Kapitel 4.3), da weniger Leim zum Übergang vom Kornhaufwerk zur Suspension benötigt wird. Weiterhin liegt für glatte und runde Körner der kritische Grenzwert für den Gehalt der Gesteinskörnung höher als für gebrochene Gesteinskörnungen [KIM2, NAG1, OKA1, OKA2, PRO1, RIN1]. In der japanischen Literatur wird das Größtkorn auf 20 mm begrenzt, da bei größeren Durchmessern die Gefahr des Blockierens deutlich ansteigt. In Deutschland wird bei SVB meist ein Größtkorn von 16 mm eingesetzt, da dies als normale Kornfraktion zur Verfügung steht. Mittlerweile wurden auch Versuche mit einem kleineren Größtkorn von 8 mm durchführt, wodurch eine deutliche Steigerung der Sedimentationsstabilität beobachtet werden konnte [KÖN1, LOH1, PRO1]. 5.1.4 Zusatzstoffe 5.1.4.1 Übersicht Zur Erhöhung des Mehlkorngehaltes werden unterschiedliche mehlkornfeine Stoffe verwendet. Hierzu gehören Gesteinsmehle wie Kalksteinmehl oder Quarzmehl und auch Steinkohlenflugaschen, Hüttensande, Metakaolin bzw. Mikrosilika. Die Tabelle 1 gibt einen Überblick der unterschiedlichen Stoffe mit Größenordnungen für die Feinheit.

5 Eigenschaften von SVB Holger Höveling

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Mehlkorn Spezifische Oberfläche Mittlerer Korndurchmesser cm²/g µm Zement 3.000 – 6.000 ca. 10 - 20 Flugasche 3.000 – 8.000 ca. 10 – 30 Quarzmehl ca. 10.000 ca. 1,5 – 90 Kalksteinmehl 5.000 – 12.000 ca. 2 - 40 Mikrosilika 180.000 – 220.000 ca. 0,1 Nanosilika 1.800.000 – 2.300.000 ca. 0,015

Tabelle 1: Kenngrößen mehlkornfeiner Stoffe nach [BEC1]

In der Literatur gibt es nur wenige Hinweise, welche mehlkornfeinen Stoffe bzw. welche Eigenschaften der Stoffe besonders günstig für die Herstellung von SVB sind. Eine Herstellung ist im Grunde mit allen zur Verfügung stehenden Stoffen möglich [GRU1, KIM1, RIN1]. In [BEN1, PAS1] wird berichtet, dass sich für SVB mehlkornfeine Stoffe mit einem geringen Wasseranspruch besonders positiv auswirken. Ein Nachweis mit praktischen Versuchen wird allerdings nicht erbracht. Weiterhin sollte das Mehlkornhaufwerk gut abgestimmt sein und möglichst wenige Hohlräume aufweisen, da so die Mischungen unempfindlicher gegen Schwankungen im Wassergehalt werden [KOR2]. Effektiv ist dies aber nur bei Stoffen mit deutlich unterschiedlicher Kornverteilung möglich, bei denen die mittleren Korndurchmesser sich mindestens um einen Faktor zwischen 6 und 7 unterscheiden [RES1, SCH7]. 5.1.4.2 Kalksteinmehl Kalksteinmehl wird sehr häufig als Füllstoff in SVB eingesetzt, wobei die Eigenschaften sehr unterschiedlich sind. Der Bereich der Feinheit nach Blaine liegt etwa zwischen 5.000 cm²/g und 12.000 cm²/g. Im Handel befindliche Kalksteinmehle können im Wesentlichen durch zwei unter-schiedliche Produktionsprozesse entstehen. Bei der Herstellung durch Mahlen und Sieben werden sehr genau definierte Korngrößenverteilungen erreicht. Für SVB hat dies den Vorteil, dass die Schwankungen der Eigenschaften relativ gering sind [OGA1]. Deutlich preiswerter werden Kalksteinmehle angeboten, die als Entstaubungsfüller anfallen. Allerdings stellen sich bei diesen Produkten deutlich größere Schwankungs-breiten ein. Im Gegensatz zu z. B. Steinkohlenflugasche weist Kalksteinmehl durch den Zer-kleinerungsprozess eine raue Oberfläche auf. Häufig wird diese Eigenschaft als robustheitssteigernd angeführt, da damit ein gewisses Wasserrückhaltevermögen verbunden ist. Durch die sehr große Oberfläche kann zusätzliches Wasser ohne deutliche Vergrößerung der Wasserfilmdicke gebunden werden. Ein wissenschaftlicher Nachweis dieser These steht noch aus [RES1, PER2]. Trotz der inerten Eigenschaften der Kalksteinmehle wird von einem Beitrag zur Festigkeitsentwicklung berichtet. Diese beruht hauptsächlich auf dem Einfluss

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

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zusätzlicher Hydratationskeime, die zu einer Verbesserung der Übergangszone zwischen Matrix und Gesteinskörnung führen [RAM1]. 5.1.4.3 Flugasche Bedingt durch den Herstellprozess weisen Steinkohlenflugaschepartikel eine tendenziell runde Kornform mit glatter Oberfläche auf. Passen die Korngrößenverteilung und die Kornform zu den übrigen Stoffen, ist es möglich, durch den Einsatz von Steinkohlen-flugasche den Wasseranspruch zu senken [BEN1]. Dies kann auf den so genannten Füllereffekt (Verbesserung der Sieblinie im Feinstbereich) bzw. den Kugellagereffekt (feste Bestandteile gleiten durch Kugelform besser aneinander vorbei) zurückgeführt werden. Die Gewichtung der beiden Einflussfaktoren ist umstritten [FRE2, LEW1, RIC1, WOL1]. Probleme können sich durch die leichten organischen Bestandteile in der Steinkohlen-flugasche ergeben, die den Wasseranspruch maßgeblich beeinflussen. Weiterhin schwimmen diese Teilchen auf und bilden Schlieren im Festbeton, was gerade im Hinblick auf Sichtbeton nachteilig sein kann. Darüber hinaus wird über verzögernde Einflüsse auf das Ansteifen berichtet, wenn Zement durch Flugasche ersetzt wird, da die Hydratationsreaktionen verzögert ablaufen [KUR1]. Dies kann eine verlängerte Verarbeitbarkeitszeit zur Folge haben. Braunkohlenflugasche hingegen verschlechtert die Verarbeitbarkeit, da sie in der Regel deutlich gröber als Steinkohlenflugasche ist [HÄS1]. Die Steinkohlenflugaschen gehören zu den Puzzolanen. Dies sind natürliche oder künstliche Stoffe, die vorwiegend aus reaktionsfähiger Kieselsäure (SiO2) bestehen. Diese Stoffe besitzen zwar kein eigenständiges Bindevermögen, können aber mit Ca(OH)2 festigkeitssteigernde Phasen bilden. Zusätzlich zur Druckfestigkeit werden auch die Dauerhaftigkeitseigenschaften verbessert. 5.1.4.4 Mikrosilika

Bedingt durch den Herstellungsprozess weist Mikrosilika mit ca. 0,1 µm eine deutlich geringere mittlere Korngröße gegenüber Zement (ca. 10 µm) auf. Aufgrund dieser Eigenschaft ergänzt Mikrosilika die Korngrößenverteilung des Betons im Mikrobereich. Der bereits bei der Verwendung von Steinkohlenflugasche beschriebene Füllereffekt ist beim Einsatz von Mikrosilika besonders ausgeprägt. Die sehr kleinen Partikel sind in der Lage, die Zwickel zwischen den übrigen mehlkornfeinen Stoffen auszufüllen und somit das Zwickelvolumen zu verringern (Bild 12) [HIL1, BEC1]. Zur Erzielung einer guten Füllerwirkung dürfen die Mikrosilikateilchen dabei möglichst wenig agglomeriert sein, was z. B. durch den Einsatz von Fließmittel erreicht wird [SYB2, RES2]. Wird Mikrosilika über die notwendige Menge zur Zwickelfüllung dosiert, steigt der Wasseranspruch durch die sehr große Feinheit stark an bzw. es muss deutlich mehr Fließmittel verwendet werden.

5 Eigenschaften von SVB Holger Höveling

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Weiterhin wird an der relativ großen Oberfläche der Mikrosilika Wasser physikalisch gebunden, wodurch ein stabilisierender Einfluss entsteht. Dieser Effekt wird durch die Optimierung der Packungsdichte verstärkt. Üblicherweise werden Mikrosilika-Gehalte zwischen 4 M.-% bis 6 M.-% des Zementgehalts eingesetzt [BEA1, BON1, FER3, SCH1, TAK3]. Zusätzlich weist Mikrosilika eine puzzolanische Reaktivität auf. Diese führt im Wesentlichen zu einer verbesserten Kontaktzone zwischen Zuschlag und Matrix, wodurch es zu einer Festigkeitssteigerung kommt. Für normalfeste SVB ist dieser Effekt von untergeordneter Bedeutung.

Bild 12: Schematische Darstellung des Füllereffekts mit Mikrosilika [BEC1]

5.1.4.5 Hüttensand Über den erfolgreichen Einsatz von Hüttensand wird überwiegend im asiatischen Raum berichtet [DOM1]. In Deutschland wird Hüttensand in Hochofenzementen verwendet. Erkenntnisse über das Erzielen besonderer Eigenschaften beim Einsatz von Hüttensand gibt es in der Literatur nicht. 5.1.5 Betonzusatzmittel 5.1.5.1 Fließmittel Die ersten verflüssigenden Betonzusatzmittel wurden in den 60er Jahren entwickelt. Zunächst kamen Ligninsulfonate zur Anwendung, die bei der Papierherstellung als Nebenprodukt entstehen. Als nachteilig kann die sehr kurze Wirksamkeitsdauer angesehen werden. Als zweite Generation wurden vor ca. 30 Jahren synthetische Sulfonate auf den Markt gebracht. Diese Fließmittel auf Melamin- oder Naphthalinsulfonat-Basis besitzen eine verlängerte Wirksamkeit von 30 bis 45 Minuten und eine höhere Leistungsfähigkeit.

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

37

Seit Ende der 90er Jahre stehen Hochleistungsfließmittel auf Polycarboxylatether- Basis (PCE-Basis) zur Verfügung, die die Entstehung und Verbreitung des SVB maßgeblich voran gebracht haben [AIT1]. In Bild 13 ist die Wirksamkeit der verschiedenen Fließmittel vergleichend dargestellt.

Bild 13: Wirksamkeit unterschiedlicher Fließmittel [RIN3]

Die Wirkung der Fließmittel wird auf folgende Effekte zurückgeführt [AIT1, GRU1, OHT1, SPA1]: • Verminderung der Oberflächenspannung des Wassers

Die Oberflächenspannung des Wassers wird vermindert, wodurch Adhäsions- und Kohäsionskräfte im Beton abgebaut werden. Zusätzlich kann das Wasser einfacher im Beton verteilt werden. Beide Effekte sorgen für eine Verflüssigung des Betons.

• Elektrostatische Abstoßung Grenzflächenaktive Stoffe adsorbieren an der Oberfläche der Feststoffe und erzeugen eine gleichmäßige Oberflächenladung. Durch die entstehenden Abstoßungskräfte werden die Feststoffe dispergiert.

• Sterische Effekte Sterische Effekte resultieren aus der Wechselwirkung von Polymerketten. Nähern sich Moleküle mit adsorbierten Polymeren einander, so kommt es zu deren Durchdringung oder Stauchung. Die Folge ist eine Abstoßungswirkung, welche die Flockung der Partikel verhindert und somit verflüssigend wirkt.

• Tribologische Effekte Langkettige Moleküle haben die Möglichkeit, durch Wasserstoffbrückenbindungen Wassermoleküle anzulagern. Hierdurch entsteht eine Art Gleitschicht, die verflüssigend wirkt.

5 Eigenschaften von SVB Holger Höveling

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Tabelle 2 gibt einen Überblick der wichtigsten Rohstoffe für Fließmittel einschl. der maßgebenden Wirkungsmechanismen. Wirkstoff Wirkung Ligninsulfonate Verminderung der Oberflächenspannung Melaminsulfonate, Naphthalinsulfonate

Verminderung der Oberflächenspannung, elektrostatische Abstoßung

Polyacrylate im Wesentlichen sterisch, zusätzlich elektrostatisch und tribologisch Polycarboxylatether im Wesentlichen sterisch, zusätzlich elektrostatisch und tribologisch

Tabelle 2: Rohstoffe und Wirkung von Fließmitteln im Vergleich

Für SVB sind vor allem die Neuentwicklungen aus dem Bereich der Polycarboxylath-ether (PCE) von Interesse. Diese Fließmittel verbinden eine sehr stark verflüssigende Wirkung mit einer langen Wirksamkeit von über 90 Minuten. Der Aufbau und die Funktionsweise dieser Fließmittel können dem Bild 14 entnommen werden. Die Moleküle bestehen aus einer Hauptkette (Poly-Carboxylat) einschließlich kurzer Nebenketten (Carboxylgruppen) und langer Nebenketten (Polyether). Die negativ geladenen kurzen Nebenketten sorgen für die Adsorption der Moleküle an den Feststoffen. Zwar weisen sowohl Zemente als auch andere mehlkornfeine Stoffe überwiegend Bereiche mit negativen Ladungen auf, aber dennoch gibt es positiv geladene Bereiche, an denen die Fließmittelmoleküle adsorbieren können [HAU2]. Die langen Nebenketten richten sich in den freien Raum aus. Hierdurch entsteht eine Gleitschicht um die Feststoffpartikel, die im Wesentlichen durch sterische (Stauchung der Polymerketten), aber auch tribologische (Wasseranlagerung) und elektrostatische (teilweise zeigen auch Carboxylgruppen in den Raum) Effekte sehr stark dispergierend wirkt. Die Wirksamkeit und Adsorptionsfähigkeit kann durch die Art und Länge der Haupt- bzw. Seitenketten und die Anzahl der Seitenketten sowie durch die Anzahl der Carboxylgruppen sehr genau eingestellt werden [HAU2]. Weiterhin wird die Adsorptionsfähigkeit im Wesentlichen von der Feinheit und der mineralogischen Zusammensetzung der Feststoffe beeinflusst [BON1]. Die verlängerte Wirksamkeit im Vergleich zu herkömmlichen Fließmitteln beruht zum einen auf der Gleitschicht, die erst nach einiger Zeit von den sich bildenden CSH-Phasen überlagert wird [HAB1, MON1]. Weiterhin ist für eine ausreichend lange Verarbeitbarkeitszeit ein Fließmittelüberschuss notwendig. Die nicht adsorbierten Fließmittelmoleküle setzen sich an neue Oberflächen, die während der Hydratation entstehen [BÜR1, HAU2, KOR1]. Das Verhältnis von adsorbierten zu freien Fließmittelmolekülen kann zusätzlich chemisch gesteuert werden. Hierzu werden die für die Adsorption zuständigen Carboxylgruppen blockiert. Durch die stark alkalische Matrix des Frischbetons werden diese Gruppen erst zeitlich verzögert aktiv [SUG1]. Die Einstellung eines Fließmittelüberschusses ist möglich, da die Fließmittel ab einer bestimmten Dosierung den so genannten Sättigungsbereich erreichen, bei dem keine

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

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weitere Verflüssigung mehr zu beobachten ist [AIT2, MAT1, SPA2]. Allerdings kann es bei einer zu starken Überdosierung zum Entmischen kommen [GRU1].

Zementkorn

erste Hydratations-produkte

freie, teilweise blockierte PCE-Moleküle

Gleitschicht

Hauptkette (Poly-Carboxylat)

- Carboxylgruppe

Polyether

------

Zementkorn

erste Hydratations-produkte

freie, teilweise blockierte PCE-Moleküle

Gleitschicht

Hauptkette (Poly-Carboxylat)

-- Carboxylgruppe

Polyether

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Bild 14: Schematischer Aufbau und Wirkungsweise von PCE - Fließmitteln [HAU1, HAU2]

Aus Sicht der Rheologie besteht der Haupteinfluss von Fließmitteln auf PCE-Basis in einer Absenkung der Fließgrenze bei gleichzeitig nur geringer Veränderung der Viskosität. Dies führt zu fließfähigen Betonen, die trotzdem gefügestabil sind [SHI1]. Die Wirksamkeit ist maßgeblich von der Temperatur und den Mischbedingungen abhängig. Zum einen benötigen Fließmittel auf PCE-Basis eine verlängerte Mischzeit und zum anderen zeigen sich immer wieder Probleme mit den Fließeigenschaften bei hohen und besonders bei niedrigen Frischbetontemperaturen [CHI1, HAU1, YAM2]. Ebenso sind Unverträglichkeiten mit dem Zement und deutliche Wirksamkeits-unterschiede in Abhängigkeit des Dosierzeitpunktes bekannt [AIT2, GRI1, SCH6, TSU1, SPA1]. Werden die Fließmittel mit dem Anmachwasser zugegeben, ist die Wirkung im Vergleich zu einer Zugabe während des Mischens in der Regel reduziert [z. B. LEM2]. Bei Versuchen konnte eine verzögernde Wirkung der Fließmittel beobachtet werden. Dies kann durch die Adsorption der Fließmittelmoleküle an den Zementoberflächen erklärt werden, da die Anlagerung im Bereich der Hydratationsprodukte stattfindet. Im Allgemeinen ist der Einfluss der Fließmittel auf die Festigkeitsentwicklung jedoch gering. Hauck [HAU2] begründet dies mit der relativ geringen Ladungsdichte der PCE im Vergleich zu herkömmlichen Fließmitteln, wodurch die Belegung der Zementkorn-oberflächen gering ist. Trotz der verlängerten Verarbeitbarkeitszeit können Betone mit PCE-Fließmitteln mit ähnlichen Frühfestigkeiten wie normale Rüttelbetone hergestellt werden. Die Endfestigkeiten der fließfähigen Betone sind meist leicht erhöht, was auf die bessere Dispergierung der Zementpartikel zurückgeführt werden kann [OKA5].

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5.1.5.2 Stabilisierer Grundsätzlich kann man stabilisierende Zusätze für Beton in folgende Gruppen einteilen [KHA3]: Organische Stabilisierer • Synthetische und natürlich organische Polymere [HAB1, REU1]:

Zu dieser Stoffgruppe gehören z. B. Polysaccharide, Celluloseether, Polyacrylamide. Die stabilisierende Wirkung dieser Produkte beruht auf der Verteilung extrem langer Molekülketten. Diese Makromoleküle lagern Wassermoleküle durch Wasserstoff-brücken an, so dass die Viskosität steigt, indem sich ein Gel bildet. Zusätzlich eingebrachtes freies Wasser kann gebunden werden. Zum anderen bilden die langen Molekülketten im Ruhezustand ein Netz, welches die Gefügestabilität verbessert. Bei Scherbelastung richten sich die Ketten aus, so dass der Fließwiderstand abnimmt und sich eine ausgeprägte Strukturviskosität einstellt. Nachteil einiger dieser Makromoleküle ist, dass sie alkaliempfindlich sind und von der Porenlösung im Zementleim aufgelöst werden können. Damit kann es zum Verlust der stabilisierenden Wirkung kommen.

• Organische wasserlösliche Flockungsmittel: Zusätzlich zur Wasseranlagerung adsorbieren diese Stoffe an den festen Bestandteilen und sorgen neben einer Steigerung der Viskosität für eine gesteigerte Anziehung der Feststoffpartikel, d. h. für eine erhöhte Fließgrenze. Neben fließfähigen Betonen kommen diese Stoffe, wie z. B. Stärkeether, Polyelektrolyte, Xanthan, Welan Gum, bei Fliesenklebern und Fertigputzen zur Anwendung.

Anorganische Stabilisierer • In Wasser quellfähige anorganische Materialien:

Diese Stoffe haben aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche ein sehr großes Wasserrückhaltevermögen und erhöhen dadurch die Sedimentationsstabilität, wie z. B. Bentonit.

• Anorganische Substanzen mit hoher spezifischer Oberfläche [HAB1, WAG2]: Diese Stoffe haben im Vergleich zu den anderen eingesetzten mehlkornfeinen Stoffen im Beton eine deutlich größere Oberfläche. Als anorganische Stabilisierer kommen z. B. Nanosilika oder synthetische Kieselsäuren zum Einsatz, deren mittlere Teilchengröße bei ca. 0,015 µm und kleiner liegt. Es treten die gleichen Effekte wie beim Einsatz von Mikrosilika auf (Kapitel 5.1.4.4). Aufgrund der extrem kleinen Durchmesser ist die stabilisierende Wirkung jedoch deutlich ausgeprägter.

Hinsichtlich rheologischer Parameter führen Stabilisierer zu einer erhöhten Viskosität und auch zu einer gesteigerten Strukturviskosität, was sich besonders positiv auf die Sedimentationsstabilität auswirkt. Die erhöhte Viskosität kann mit zunehmendem Stabilisierergehalt zu höheren Luftgehalten führen [HAB1, SAK1]. Dieses Phänomen ist besonders bei organischen Stabilisierern zu beobachten.

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Grundsätzlich wird beim Einsatz von Stabilisierern in SVB von guten Ergebnissen im Bezug auf die Blut- und Sedimentierneigung berichtet. In vielen Fällen kam Welan Gum zum Einsatz. Diese Mischungen zeigten sich unempfindlicher gegenüber Schwankungen im Wassergehalt sowie gegenüber Schwankungen in der Korngrößenverteilung des Sandes [KHA1, NAW1, ROL2, SAK1, SAK2, SHI2, TAK1, YAM1]. Häufig tritt durch die Stabilisiererzugabe ein deutlicher Verlust der Fließfähigkeit auf, der durch eine zusätzliche Fließmittelzugabe aufgefangen werden muss [YAM1]. 5.1.5.3 Verzögerer Zum Einsatz von Verzögerern gibt es in der Literatur nur wenige Informationen. Grundsätzlich müssten, besonders bei Problemen mit schnellem Ansteifen, positive Effekte auf die Konsistenzhaltung zu erzielen sein [z. B. STR1]. 5.1.5.4 Luftporenbildner Luftporen binden an ihrer Oberfläche Wasser, was zu einer Verminderung des freien Wassers und damit zu einer stabileren Mischung führt. Weiterhin kommt es durch die runden Luftporen zu einem Kugellagereffekt, der sich in einer erhöhten Fließfähigkeit bemerkbar macht [OKA1]. Luftporenbildner werden jedoch nur selten bei SVB eingesetzt, obwohl die Einstellung eines erhöhten Luftporengehaltes z. B. bei Frost- und Frosttausalzangriff möglich ist. Besonderer Aufmerksamkeit bedarf die gleichzeitige Anwendung von Luftporenbildnern und Fließmitteln auf PCE-Basis, da diese Produkte in der Regel Entschäumer enthalten. Die Eigenschaften müssen in Eignungsprüfungen nachgewiesen werden. 5.1.6 Einflüsse auf das Fließverhalten im Überblick In der Literatur wurden bereits eine Vielzahl von Einflussfaktoren auf die rheologischen Parameter von Leimen, Mörteln und Beton untersucht. Da sich einzelne Faktoren auch gegenseitig beeinflussen, ist es nur bedingt möglich, wissenschaftlich fundierte Aussagen zu treffen. Die Tabelle 3 gibt einen Überblick von Einflussfaktoren und deren Wirkung auf die Fließgrenze und Viskosität. Es ist zu erkennen, dass bei der Rezepturentwicklung von SVB sehr viele Faktoren zusammenwirken, um die gewünschten Fließeigenschaften zu erreichen.

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Einflussfaktor Literatur Fließgrenze Viskosität steigende Feinheit des Zements [HÄS1] + + steigende Feinheit der Füllstoffe [BIL1] + + Steinkohlenflugasche anstatt Zement [BAN1, HÄS1] - - Mikrosilika anstatt Zement [BAN1, FER3, NEH1] - - steigender Mehlkorngehalt [BAN1] + + steigender Sandgehalt [BAN1] + + steigender Zuschlaggehalt [OKA1] + + steigender w/z-Wert (w/p-Wert) [z. B. HÄS1, OKA1, BAN1] - - herkömmliche Fließmittel [HÄS1] - - Fließmittel auf PCE-Basis [FER3] - O LP-Mittel [BAN1, FER3, HÄS1] - - + steigt / O bleibt gleich / - sinkt

Tabelle 3: Einflüsse auf die Fließfähigkeit von Frischbeton

5.2 Zusammensetzung

5.2.1 Einführung Um stabile und fließfähige Betone herzustellen, müssen folgende grundlegende Punkte beachtetet werden. Je fließfähiger der Beton dabei ist, desto wichtiger ist die Beachtung der einzelnen Faktoren: • Wassergehalt

Der Wassergehalt muss in Abhängigkeit des Wasseranspruchs der festen Bestandteile genau eingestellt und eingehalten werden.

• Mehlkorngehalt Zur Herstellung fließfähiger Betone wird in der Regel ein erhöhter Mehlkorngehalt benötigt.

• Hochleistungsfließmittel und ggf. Stabilisierer Zur Einstellung der fließfähigen Konsistenz müssen Hochleistungsfließmittel verwendet werden. Zusätzlich können Stabilisierer zur Anwendung kommen.

5.2.2 Fließbeton Fließbetone werden meist mit einem leicht erhöhten Mehlkorngehalt gegenüber normalem Rüttelbeton hergestellt, wobei entweder Steinkohlenflugaschen oder Kalksteinmehl zur Anwendung kommen. Als Fließmittel werden bislang überwiegend Produkte auf Melamin- oder Naphthalinsulfonat-Basis verwendet. Da diese Fließmittel eine relativ kurze Wirksamkeitszeit von höchstens 45 Minuten aufweisen, wird in der Regel im Herstellwerk nur eine Grundkonsistenz eingestellt. Die fließfähige Konsistenz wird durch eine Nachdosierung von Fließmittel auf der Baustelle erreicht.

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Rezepturen für F6-Betone sind der Literatur nicht zu entnehmen. Grundsätzlich können diese Betone in Anlehnung an die bekannte Technologie der herkömmlichen Fließbetone oder in Anlehnung an die SVB-Technologie zusammengesetzt und hergestellt werden. 5.2.3 SVB 5.2.3.1 Übersicht In der Literatur werden eine Vielzahl unterschiedlicher Rezepturen für SVB vorgestellt. Folgende Randbedingungen können zusammengefasst werden: • Wassergehalt

In eingesetzten SVB des Mehlkorn-Typs liegt der Wassergehalt meist zwischen 150 kg/m³ und 200 kg/m³. Bei SVB des Kombinations-Typs liegt der Wassergehalt tendenziell etwas höher.

• Zementgehalt Der Zementgehalt liegt in der gleichen Größenordung wie bei Normalbeton in der Regel zwischen 320 und 380 kg/m³.

• Mehlkorngehalt Der Mehlkorngehalt liegt zwischen 400 kg/m³ und 600 kg/m³ für den Mehlkorn-Typ. Beim Stabilisierer-Typ liegt dieser Wert etwas niedriger, zwischen 300 kg/m³ bis 500 kg/m³ [FUJ4]. Grundsätzlich sollte der Mehlkorngehalt auf ein Mindestmaß beschränkt bleiben, damit nicht andere Eigenschaften wie z. B. das Schwinden und Kriechen verstärkt werden [SED1].

• Volumen der feinen Gesteinskörnung (0/2) Das Volumen der feinen Gesteinskörnung beträgt im Mittel ca. 300 l/m³.

• Fließmittel Zum Einsatz kommen im Wesentlichen Hochleistungsfließmittel auf Polycarboxylat-ether-Basis (PCE). In seltenen Fällen wird auch von SVB-Rezepturen mit Fließmitteln auf Melamin-Formaldehyd- oder Naphthalinsulfonat-Basis berichtet.

• Stabilisierer In Abhängigkeit des SVB-Typs kommen sowohl organische als auch anorganische Stabilisierer zum Einsatz.

• Verzögerer Verzögerer werden nur sehr selten bei SVB verwendet.

• Größtkorn Das Größtkorn wird international auf 20 mm und in Deutschland auf 16 mm begrenzt. Teilweise werden auch SVB mit einem Größtkorn von 8 mm hergestellt.

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In Abhängigkeit des Anwendungsgebietes ergeben sich verschiedenste Optimierungs-ansätze: • Minimierung der Kosten

• bei der Betonzusammensetzung • bei der Herstellung • bei der Verarbeitung

• Empfindlichkeit gegen äußere Einflüsse • Schwankungen im Wassergehalt • Schwankungen in der Gleichmäßigkeit der Ausgangsstoffe • Schwankungen in der Temperatur

Es ist zu beachten, dass jede Ausgangsstoffkombination eine optimale Mischungs-zusammensetzung aufweist, so dass pauschale Rezepturen nur schwer angegeben werden können. Dies hat zur Folge, dass durch den Austausch nur eines Ausgangs-stoffs die gesamte Mischung neu angepasst werden muss. Um aus den zur Verfügung stehenden Ausgangsstoffen eine Rezeptur mit selbstverdichtenden Eigenschaften zu entwickeln, haben verschiedene Forscher Vorgehen entwickelt, die im Folgenden vorgestellt werden. 5.2.3.2 Mischungszusammensetzung nach Okamura Die Grundlagen für den Mehlkorn-Typ eines SVB stammen von Okamura und Ozawa [OKA1, OKA2, WAL1]. Aufgrund umfangreicher Erfahrungen bei der Rezeptur-entwicklung von Unterwasserbetonen ist es ihnen gelungen, einen Beton mit selbstverdichtenden Eigenschaften herzustellen. Die Abhängigkeiten bei der Herstellung können nach den in Bild 15 dargestellten Beziehungen zusammengefasst werden. Die wesentlichen Eigenschaften sind die hohe Fließfähigkeit und der hohe Widerstand gegen Sedimentieren, die in einem Widerspruch zueinander stehen. Kann ein Gleichgewicht dieser Faktoren erzeugt werden, ist die Herstellung eines selbstverdichtenden Betons möglich. Um dies zu erreichen stehen Steuergrößen zur Verfügung. Hierzu gehören die Volumenbeschränkung der groben und feinen Gesteinskörnung, die Beschränkung des Größtkorns und die Festlegung des Wasser- / Puderverhältnisses. Wird sowohl das Volumen der groben Gesteinskörnung im Beton als auch das Volumen der feinen Gesteinskörnung im Mörtel begrenzt, kann der Beton gut fließen, da Partikelkollisionen reduziert werden. Zusätzlich ist eine Begrenzung des Größtkorns notwendig, da große Körner stärker zur Sedimentation neigen als kleine. Die Sedimentationsstabilität wird weiterhin maßgeblich durch die Viskosität beeinflusst, die durch das Wasser- / Puderverhältnis gesteuert wird.

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Zur Rezepturentwicklung auf Grundlage der beschriebenen Abhängigkeiten hat Okamura eine Arbeitsanweisung erstellt, mit der durch praktische Versuche am Leim, Mörtel und Beton selbstverdichtende Eigenschaften eingestellt werden können [z. B. WAL1]. Hierbei müssen bestimmte Grenzwerte für das Setzfließmaß und die Trichterauslaufzeit eingehalten werden, damit der Kompromiss aus Fließfähigkeit und Widerstand gegen Sedimentieren erreicht wird.

HoheFließfähigkeit

Hoher Widerstandgegen Sedimentieren

Selbstverdichtung

Kontrolle des Wasser- / Puderverhältnis

Steigende Viskosität

Beschränkung des Größtkorns und der Zuschlagmengen

HoheFließfähigkeit

Hoher Widerstandgegen Sedimentieren

Selbstverdichtung

Kontrolle des Wasser- / Puderverhältnis

Steigende Viskosität

Beschränkung des Größtkorns und der Zuschlagmengen

Bild 15: SVB nach Okamura [OKA1, OKA2]

5.2.3.3 Weitere Verfahren zur Rezepturentwicklung Von weiteren Forschern wurden Arbeitsanweisungen zur Rezepturentwicklung von SVB erarbeitet. In vielen Fällen wurden die Grundlagen von Okamura aufgegriffen und auf örtliche Begebenheiten angepasst. Marquardt [MAR1] bestimmt mit eigens entwickelten Prüfverfahren die Wasser-anspruchskennwerte sowohl der feinen als auch der groben Ausgangsstoffe. Mit Hilfe eines Algorithmus kann aus diesen Kennwerten der Wassergehalt für die Mischung berechnet werden. Das Vorgehen konnten an vielen Rezepturen verifiziert werden. Kordts [KOR3] hat bestehende Verfahren zur Rezepturentwicklung so modifiziert, dass gezielt die Frischbetoneigenschaften sowohl nach Mischende als auch über die geplante Verarbeitbarkeitszeit über den Mischungsentwurf optimiert und gesteuert werden können. Die vorhandenen empirischen Verfahren können einfacher und zielgerichteter angewendet werden. Weitere Verfahren zur Rezepturentwicklung können [BAU1, PET1, NAW1] entnommen werden. Das SVB-steag-Verfahren von Lichtmann / Groß [LIC1] kann über die Rezeptur-entwicklung hinaus auch zur Rezepturoptimierung und Produktionssteuerung bei wechselnden äußeren Einflüssen angwendet werden. Bei diesem Verfahren wird an der erdfeuchten Masse des SVB die Verdichtungswilligkeit überprüft und damit der erforderliche Wassergehalt abgeschätzt. Auch Lemmer [LEM2] beschäftigt sich nicht

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nur mit der Rezepturentwicklung, sondern er stellt ein Produktionskonzept von der Zusammensetzung, Herstellung bis zur Konsistenzprüfung auf der Baustelle vor. 5.3 Frischbetoneigenschaften

5.3.1 Konsistenz 5.3.1.1 Einführung Die Messung der rheologischen Parameter Fließgrenze und Viskosität ist direkt möglich, aber mit einem relativ großen Geräte- und Versuchsaufwand verbunden. In der Baupraxis sind baustellengerechte Prüfverfahren gefragt, die einfach durchzuführen sind und schnelle Ergebnisse liefern. Um ein Maß für die Verarbeitbarkeit zu bekommen, wurde der Begriff der Konsistenz eingeführt. Dieses Maß stellt in Abhängigkeit des eingesetzten Prüfverfahrens eine Kombination aus den physikalischen Parametern Fließgrenze und Viskosität dar. Hieraus ergibt sich, dass die Messwerte der verschiedenen Prüfverfahren für die Konsistenz nicht oder sehr eingeschränkt vergleichbar sind. Für die Praxis bedeutet dies weiterhin, dass meist nur ein Kennwerte oder eine Kombination der rheologischen Kennwerte zur Beurteilung der Konsistenz verwendet wird. Damit sind gerade für hochfließfähige Betone die Fließeigenschaften nicht ausreichend definiert [FER1, FER2]. 5.3.1.2 Konsistenzprüfverfahren für Leim und Mörtel In Tabelle 4 sind die wichtigsten Prüfverfahren für Leime und Mörtel aufgeführt. Für SVB sind besonders das Ausbreitfließmaß und der Trichterauslaufversuch für Leime und Mörtel von Interesse, da diese Verfahren bei der Rezepturentwicklung nach Okamura zur Anwendung kommen.

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Name Kurzbeschreibung Skizze Ausbreitmaß nach DIN 18555, Teil 2 [N8] für Mörtel

Zylinder auf genormten Tisch stellen, Zylinder hochziehen, definiert Erschütterungen aus-führen, Kennwert mittlerer Durchmesser des Ausbreitkuchens

einschl. Erschütterungen

Ausbreitfließmaß für Leim und Mörtel

wie Ausbreitmaß, allerdings keine Erschütterungen [Ri3]

keine Erschütterungen

Trichterauslaufversuch für Mörtel

Frischbeton in Trichter füllen, Kennwert: Zeit bis Beton ausgeflossen ist [Ri3]

Fließrinne nach DIN EN 13395, Teil 2 [N9]

Prüfung des Fließverhaltens entlang einer Rinne nach 30 s

Tabelle 4: Konsistenzprüfverfahren für Leim und Mörtel

5.3.1.3 Konsistenzprüfverfahren für Frischbeton Baupraktisch sind eine Vielzahl Prüfverfahren bekannt, die zur Beurteilung der Frischbetonkonsistenz eingesetzt werden. Für Fließ- und F6-Betone kommen die aus den Normen bekannten Prüfverfahren, vor allem das Ausbreitmaß, zum Einsatz. Für SVB reicht die Bewertung eines rheologischen Kennwertes in der Regel nicht aus. Aus diesem Grund wurden zur Charakterisierung der Fließeigenschaften von SVB neue Verfahren eingeführt, die häufig auch in Kombination eingesetzt werden. Das Setzfließmaß mit und ohne Blockierring hat sich in Deutschland als Standard-prüfverfahren für SVB durchgesetzt (Tabelle 5). Neben der Ausbreitung wird die Fließzeit t500 gemessen, bis der Betonkuchen 500 mm auseinander geflossen ist. Dieser Versuchsaufbau hat den Vorteil, dass neben der Fließfähigkeit auch die Zähigkeit bestimmt wird. Die Fließfähigkeit wird dabei als Kennwert für die Fließgrenze und die Fließzeit t500 als Kennwert für die Viskosität betrachtet. Häufig wird das Setzfließmaß in Kombination mit dem Trichterauslaufversuch verwendet. Bei Versuchen hat sich dabei gezeigt, dass die Trichterauslaufzeit und die Fließzeit t500 eine gute Korrelation aufweisen [GRÜ2, LOH2]. Einen Überblick der vielfältigen Prüfverfahren für die Konsistenz, überwiegend für hochfließfähige Betone, gibt die Tabelle 5.

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Name Beschreibung Skizze

Setzfließmaß mit und ohne Blockierring nach SVB-Richtlinie [Ri3]

Frischbeton in Kegelstumpfform füllen, Kegel hochziehen, Kennwerte: Zeit bis sich der Beton im Mittel 500 mm ausgebreitet hat und mittlerer Durchmesser des Ausbreitkuchens (im Vergleich zum Ausbreitmaß keine Erschütterungen) [GRÜ2, LEM1]

Kombiniertes Prüfverfahren

Messung wie beim Setzfließmaß, zus. Ausfließzeit aus Slumptrichter als Kennwert für die Viskosität [KOR3]

Trichterauslaufversuch Frischbeton in Trichter füllen, Kennwert: Zeit

bis Beton ausgeflossen ist [OKA3]

U-Box-Versuch Frischbeton in einen Schenkel füllen, Schieber

öffnen, Kennwert Höhendifferenz zwischen den beiden Schenkeln [HAY1]

L-Box-Versuch ähnlich U-Box-Versuch, zweiter Schenkel

horizontal angeordnet [PET1]

Fließkiste [GRO1, STE1]

Kajima-Box Beton auf der einen Seite einfüllen,

Fließverhalten durch Stäbe beobachten, Vergleich Höhe H1 zu H2 [BAR1]

Tabelle 5: Konsistenzprüfverfahren für Frischbeton (Auswahl)

30 cm

10 cm

30 cm Blockierring

Ausbreitplatte

∅ = 500 mm

20 cm

Kegelstumpfform

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5.3.1.4 Rotationsviskosimeter Das Rotationsviskosimeter ist heute das klassische Labor-instrument zur Viskositätsmessung und zur Bestimmung der Fließgrenze von mehlkornfeinen Suspensionen. Es beruht auf konzentrischen Zylinder- oder Kegel-Platte-Systemen. Die zu untersuchende Probe wird idealerweise in einem engen, zylindrischen Ringspalt bei verschiedenen Geschwindigkeiten geschert (Bild 16). Mit diesem Gerät kann das Schergefälle relativ leicht in weiten Bereichen variiert werden. Die Idealvorstellung einer laminaren Strömung im Messspalt kann mit den heute zur Verfügung stehenden Geräten gut realisiert werden [BER2, FLA2, GIE1, HOL3, KEC1]. Durch die Begrenzung der Spaltweite ist die maximale Partikelgröße auf ca. 1 mm beschränkt. Eine Übertragung der Ergebnisse vom Leim auf Mörtel und Beton mit größerem Größtkorn kann unter Umständen schwierig sein. Weiterhin ist der Effekt des Sedimentierens aufgrund des vertikalen Spaltes zu beachten, da dieses in dem geschlossenen System des Rotationsviskosimeters nicht beobachtet werden kann und somit ggf. die Messwerte unwissend verändert werden [BAN1]. Die rheologischen Kennwerte hängen von sehr vielen Einflussfaktoren ab. Es ist daher unbedingt notwendig, den Versuchsablauf genau anzugeben und bei Vergleichen mit anderen Untersuchungen zu beachten. Letztlich können die gemessenen Kennwerte immer nur in Verbindung mit der Belastungsgeschichte gesehen werden. Lediglich im Belastungsnullpunkt sind die Kennwerte Fließgrenze und Viskosität unabhängig von der Belastungsvorgeschichte. In der Regel werden die rheologischen Kennwerte aus Fließkurven unter Anwendung von Regressionsmodellen wie z. B. Bingham extrapoliert. Bei dieser Vorgehensweise werden die Ergebnisse durch das angewendete Auswertemodell beeinflusst. In der Literatur sind eine Vielzahl weiterer Fließgesetze und mathematischer Ansätze zur Auswertung speziell von Fließkurven für Zementleim angegeben [z. B. BER2, HOL3, GIE1]. Ein Problem ergibt sich beim Einsatz unterschiedlicher Ausgangsstoffe und insbesondere unterschiedlicher Zusatzmittel, da die Fließkurven deutlich voneinander abweichen. Die Auswertung nach einem einzigen Modell bereitet in diesen Fällen häufig Schwierigkeiten [NIS1]. Besonders die genaue Ermittlung der Fließgrenze, vor allem bei sehr niedrigen Schergeschwindigkeiten, stellt ein Problem dar. Gerade im Bereich kleiner Schergeschwindigkeiten kommt es durch den Strukturbruch zu einer starken Krümmung der Fließkurve. Dies macht häufig eine sinnvolle Extrapolation schwierig. In Abhängigkeit des gewählten Fließgesetzes können sich abweichende Werte für die Fließgrenze ergeben. Um dieses Problem zu umgehen, kann ein geringes konstantes Schergefälle angelegt werden. Die Probe verformt sich zuerst elastisch und kommt nach Überwindung der Fließgrenze zum Fließen. Die höchste gemessene Schubspannung kann als

Bild 16: Rotationsviskosimeter

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Fließgrenze angesehen werden. Zum gleichen Zeitpunkt kann die Anfangsviskosität bestimmt werden. Noch genauer kann die Fließgrenzenbestimmung mit einer Messung im CD-Modus (gesteuerte Deformation) durchgeführt werden, wobei nicht das Schergefälle, sondern die Deformation bei sehr geringem Schergefälle vorgegeben wird [KUT1]. 5.3.1.5 Rheometer für Mörtel Um den Problemen von Rotationsviskosimetern in Bezug auf das sehr kleine Größtkorn und das Sedimentationsverhalten entgegen zu wirken, wurden Rheometer für Mörtel entwickelt. Bei diesen Geräten für Zementleim und besonders Mörtel wird ein Paddel anstelle des inneren Zylinders in einen rotierenden Zylinder gehalten und das Drehmoment auf-genommen. Durch leichte Turbulenzen werden die störenden Nebeneffekte wie Absetzen oder Wand-gleiten deutlich verringert (Bild 17). Weiterhin können Suspensionen bis zu einem Größtkorn von 2 mm untersucht werden. Da bei diesem Versuchsaufbau keine definierte laminare Strömung herrscht, können die rheologischen Parameter nicht direkt berechnet werden. Die komplizierten Strömungsformen erfordern eine Kalibrierung mit einer Eichflüssigkeit. Komplexe Auswertungen der rheologischen Größen mit Fließ-modellen sind nicht möglich. Auf der anderen Seite sind diese Versuche einfach und schnell durchzuführen. Mit diesen Geräten wurden zahlreiche Untersuchungen zum Fließverhalten sowohl von Zementleimen als auch fließfähigen Mörteln durchgeführt [BAN1, WOL1]. 5.3.1.6 Rheometer für Frischbeton Im Gegensatz zu Rheometern für Mörtel können in den Rheometern für Frischbeton Mischungen mit einem Größtkorn von bis zu 16 mm untersucht werden. Auch bei diesem Versuchsaufbau wird das Drehmoment durch einen rotierenden Außenzylinder erzeugt. Genau wie bei den Rheometern für Mörtel sind die ermittelten Werte Fließmoment (g) und Momentengradient (h) gerätespezifische Kennwerte und beschreiben die Fließeigenschaften des untersuchten Stoffs. Es können letztlich nur vergleichende Untersuchungen durchgeführt werden. Weltweit gibt es nur wenige Geräte, mit denen rheologische Messungen an Frischbeton durchgeführt werden. Beispiele können [SED1, FER4] entnommen werden.

Bild 17: Rheometer für Mörtel

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5.3.2 Gefügestabilität 5.3.2.1 Bluten Die messtechnische Erfassung des Blutens (Absondern von Wasser) ist nur relativ schwierig möglich. Die gängigste Methode ist die visuelle Beobachtung [RIN1]. Hierzu kann eine definierte Probenmenge nach DIN EN 480-4:1997 [N7] in Ruhe stehen gelassen und nach bestimmten Zeiten das Blutwasser mit einer Pipette abgesaugt und gewogen werden [GRÜ2, ROL2]. Eine weitere interessante Idee wird in [KHA2] vorgestellt. Per Laser wird die Oberfläche abgetastet und die Veränderung des Blutwassers über einen Zeitraum kontinuierlich bestimmt. 5.3.2.2 Sedimentationsstabilität Zur Beurteilung der Sedimentationsstabilität (Absinken der groben Bestandteile) gibt es verschiedene Messverfahren. In Deutschland hat sich der Auswaschversuch, auch Drei-Zylinder-Test genannt, für die Prüfung am Frischbeton durchgesetzt [Ri3, BRA1, SPE1]. Hierbei wird eine zylindrische Form mit Frischbeton gefüllt (Bild 18). Nach 30 Minuten kann durch einzusetzende Schieber die Form in drei gleiche Bereiche aufgeteilt werden. Nach dem Auswaschen der feinen Bestandteile über einem 8 mm Sieb wird der Gehalt der groben Bestandteile in den drei Bereichen miteinander verglichen. Bei einer Abweichung von mehr als 20 % im oberen Teil vom Mittelwert liegt eine unzulässig hohe Sedimentation vor. Der Auswaschversuch wird auch in vielen internationalen Literaturstellen beschrieben [GRÜ1, ROL1, VAN1]. Ein weiteres Prüfverfahren stellt der Eindringversuch dar. Hierbei wird ein definierter Stab auf die Oberfläche des Frischbetons gesetzt und kann mittels einer Führung unbeeinflusst eindringen. Hat der Beton sedimentiert, kommt der Eindringstab zum Stillstand, bevor er den Boden erreicht hat, da sich hier die grobe Gesteinkörnung gesammelt hat. Die Aussagefähigkeit dieses Prüfverfahrens ist umstritten [Ri3, GRÜ2, KOR2, VAN1]. Ein ähnlicher Versuch kann mit einem leichteren Stab durchgeführt werden. Mit diesem Versuchsaufbau wird direkt versucht, die Sedimentationsstabilität zu messen. Sinkt der Stab nicht ein, sind die Kräfte im Beton groß genug, die groben Bestandteile in der Schwebe zu halten. Sinkt der Stab hingegen ab, sedimentieren auch die groben Bestandteile [BUI1]. Ein weiteres interessantes Prüfverfahren zur Beurteilung der Sedimentationsstabilität am Frischbeton wird in [ROS1] beschrieben. Hier wird der Beton über die Höhe mit Röntgenstrahlen durchstrahlt und aus der Laufzeit der Strahlen kann auf die Dichte und damit auf die Sedimentationsstabilität geschlossen werden. Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Sedimentationsstabilität über einen längeren Zeitraum kontinuierlich aufzunehmen. Zuletzt besteht die Möglichkeit, die Sedimentationsstabilität am Festbeton nachzuweisen. Hierzu werden gesondert hergestellte Prüfkörper nach dem Erhärten in der Mitte aufgesägt und visuell beurteilt [Ri3, KOR2].

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Bild 18: Auswaschversuch zur Prüfung der Sedimentationsstabilität [BRA1]

5.3.3 Luftporengehalt Der Luftporengehalt wird mit einem normalen LP-Topf nach DIN EN 12350-7:2000 [N10] bestimmt. Hierbei muss der Beton nach dem Einfüllen ausreichend lange stehen, bis er vollständig entlüftet hat. 5.4 Festbetoneigenschaften

Die Festbetoneigenschaften von SVB weichen in der Regel nicht wesentlich von den Eigenschaften für Normalbeton ab. Für die Bemessung sind keine besonderen Regeln erforderlich. Lediglich eine intensivere Nachbehandlung ist durchzuführen [HOL2]. SVB weisen in der Regel bei vergleichbarer Zusammensetzung erhöhte Druck-festigkeiten gegenüber normalen Rüttelbetonen auf. Dies kann vor allem mit einer besseren Verbundzone zwischen Matrix und Zuschlag erklärt werden. Bei Normalbeton entsteht durch die eingebrachte Rüttelenergie ein dünner Wasserfilm um die Zuschläge, der sich nachteilig auf die Druckfestigkeit auswirkt. Genau dieser Effekt ist bei SVB nicht zu beobachten [BEN1, BRA3, KIM3, GIB1, GRA1, HOL2, STA1]. Darüber hinaus stehen beim SVB durch den Einsatz der mehlkornfeinen Stoffe zusätzliche Hydratationskeime zur Verfügung, die ebenfalls die Übergangszone Matrix / Zuschlag verbessern [SON1]. Ein weiterer festigkeitssteigernder Einfluss kann auf einen besseren Zementaufschluss durch die Dispergierwirkung des Fließmittels zurückgeführt werden [BRA2]. Die Herstellung von Prüfkörpern aus SVB bedarf besonderer Überlegungen. Der SVB muss fließen, um optimal zu entlüften. Dies kann durch den Einsatz einer Rutsche erreicht werden. In [TAK2] wird berichtet, dass man dies auch durch lagenweises leichtes Stochern erreichen kann. SVB weisen etwa das gleiche Verhältnis von Druck- zu Zugfestigkeit auf wie Normalbeton. Die in der Regel leicht erhöhten Druckfestigkeiten führen somit auch zu leicht erhöhten Spaltzugfestigkeiten [GIB1, GRA1, HOL2, KIM2, SON1].

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

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Der Elastizitätsmodul hängt stark von den verwendeten Ausgangsstoffen, insbesondere der Gesteinkörnung ab. Da SVB in der Regel einen erhöhten Mehlkorngehalt und damit einen verminderten Zuschlaggehalt aufweisen, sind die E-Module in der Regel leicht vermindert. Sie liegen immer noch in den Bereichen für Normalbeton, wie sie z. B. im CEB-FIB Model Code 90 angegeben werden [GRA1, HOL1, KIM2, PER1]. Grundsätzlich kann ein erhöhter Mehlkorngehalt zu erhöhten Schwindmaßen führen. Unter anderem aus diesem Grund wurde in der DIN 1045:2001 [N3] der Mehlkorngehalt begrenzt. Bei Untersuchungen hat sich gezeigt, dass SVB zu größeren Schwindmaßen neigen können. Durch die vielfältigen Einflüsse auf das Schwindverhalten, sind pauschale Aussagen nur sehr schwer zu treffen. Die Ergebnisse in der Literatur reichen von geringeren bis zu deutlich erhöhten Schwindmaßen gegenüber Normalbeton. Wie bei Normalbeton kann sich z. B. ein reduzierter Wasserzementwert deutlich stärker als der erhöhte Mehlkorngehalt auswirken. Weiterhin ist das Schwinden maßgeblich von den eingesetzten Füllstoffen abhängig. Hierzu finden sich zahlreiche Literaturstellen [GRA1, GRA3, HIR1, HOL2, HU1, KIM2, OGA1, PER1, ROL1, SON2, VAN2, WOM1, YAS1]. Bei diversen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass SVB im Besonderen ein erhöhtes Frühschwinden in den ersten Tagen aufweist, während sich die Schwindmaße nach 28 d oder später dem Normalbeton annähern. Dies bedeutet, dass diese Betone besonders im frühen Alter eine hohe Nachbehandlungsempfindlichkeit besitzen [GRA3, HIR1, HOL1]. Da ein erhöhtes Schwindmaß nicht automatisch auch zu einer erhöhten Rissneigung des Betons führt, müssen im Zweifelsfall genauere Untersuchungen durchgeführt werden [JAC1]. Im Vergleich zu den Schwinduntersuchungen wurde das Kriechen erst in wenigen Fällen untersucht. Auch bei diesen Versuchen zeigten sich unterschiedliche Ergebnisse. Da die Einflüsse auf das Kriechen ähnlich den Einflüssen auf das Schwinden sind, gelten im Prinzip die gleichen Aussagen wie oben dargestellt [KIM2, GRA1]. Bei der Bewertung des Frost- und Frosttausalzwiderstandes von SVB gibt es unterschiedliche Aussagen. Sie reichen von einem deutlich erhöhten bis zu einem schlechteren Widerstand. Zwei Effekte sind bei diesem Phänomen zu beachten. Zum einen haben SVB einen hohen Leimgehalt, was tendenziell zu einer Verschlechterung des Frost- und Frosttausalzwiderstandes führt. Auf der anderen Seite ist der Leim sehr homogen, so dass sich ein relativ dichtes Gefüge einstellt. Der Wassereintritt wird verringert und somit auch der Frostangriff [BEA1, GRA1, GRA3, LUD1, SOE1, SON1, STA1].

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Die Beurteilung des Verbundverhaltens von SVB stellt sich in der Literatur sehr unterschiedlich dar. Es wird sowohl von verbessertem als auch über schlechteres Verbundverhalten berichtet. Vorteile zeigt der SVB durch das homogenere Verhalten besonders im Bereich des mäßigen Verbundes, wo erhöhte Verbundspannungen erwartet werden können [GIB1, HOL2, SCH2, SON2]. 5.5 Praktische Anwendung von SVB

5.5.1 Vorteile Im Gegensatz zu normalem Rüttelbeton weisen SVB für die Verarbeitung Vorteile auf. Hierzu gehören [KLA1, MCL1, OKA2, PET2, RIS1, UNO1, WAL1]: • Geringere Lärmbelastung und geringere körperliche Belastung für Arbeiter und

Umgebung durch Wegfall bzw. Reduzierung des Rüttlereinsatzes • Einsparung von Arbeitskraft durch Reduzierung der Rüttelarbeiten • Homogenere Betoneigenschaften, da Verarbeitungsfehler minimiert werden • Besseres Ausfüllen der Schalung bei hohem Bewehrungsgrad und aufwendigen

Schalungsgeometrien • Gute Eignung zur Verstärkung und Instandsetzung von Konstruktionen • Hohe Oberflächenqualität, da weniger Nacharbeiten und gute Sichtbetoneigen-

schaften erreicht werden können Allerdings 10 – 15 % höhere Stoffkosten (ca. 12 – 25 €/m³) [BRE1, KÖN1]

5.5.2 Anwendung in Fertigteilwerken Die Anwendung von SVB in Fertigteilwerken ist besonders interessant. Hier können definiertere Herstellbedingungen für den Beton gewährleistet werden, da der Produktions- und Einbauort räumlich nahe beieinander liegen. Weiterhin sind die Schwankungen in der Oberflächenfeuchte meist geringer, da die Zuschlaglager häufig überdacht sind. Die bereits erwähnten Vorteile wie geringere Lärmbelästigung und geringerer Arbeitsaufwand kommen besonders zum Tragen. Weiterhin sind nahezu beliebige Querschnittsformen realisierbar, die Einbauleistung kann gesteigert werden, es fallen weniger Nacharbeiten an und die Schalung hat eine längere Lebensdauer. Eine Umstellung der Produktion muss sehr genau geprüft werden, da vorhandene Anlagen nicht weiter genutzt werden können. Gerade bei Neuanschaffungen sind geringere Investitionen notwendig [STE1, TRI1, GRA1]. 5.5.3 Anwendungsbeispiele Weltweit gibt es mittlerweile eine Vielzahl von SVB- Anwendungen. Tabelle 6 gibt einen Überblick der wichtigsten und interessanten Bauwerke. Neben den aufgezählten Großbauwerken wird SVB mittlerweile sehr häufig in der Betonfertigteilindustrie eingesetzt.

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

55

Weiterhin werden SVB mit speziellen Eigenschaften entwickelt. Hierzu gehören: • Hochfester SVB mit Druckfestigkeiten über 60 N/mm² [OKA2] • SVB mit Stahlfasern [CHE1, KUR1, GRO2, GUS1, GRÜ1] • SVB mit Kohlefasern [FRE1] • SVB als Leichtbeton [DEH1, FUJ3, KÖN1, MÜL1, OKA2]

Bezeichnung Beschreibung

Lagerungsbehälter Osaka Gas GmbH (Japan)

Durchmesser 85 m und Wandhöhe 38,5 m, bei einer Dicke von ca. 0,80 m, 12.000 m³ Verkürzung der Bauperiode (größere Betonierabschnitte), Einsparung von Arbeitskräften [NIS3, WAL1]

Ankerblock Akashi Kaikyo Bridge (Japan)

große Hängebrücke, 140.000 m³ je Ankerblock [TAN1]

Yokohama Landmark Tower, Tokyo (Japan) Stahlverbundstützen [HAY1]

Wasserbehälter, Osaka (Japan) 200.000 m³ SVB [CHI1]

Königliches Schauspielhaus in Den Haag (Niederlande)

Aufwendig gestaltete Oberfläche, verlängerte Nachbehandlung, sonst vermehrte Schwindrisse [WAL1]

Spannseilverankerungen Waalbrücke bei Zaltbommel (Niederlande)

Probleme mit der Robustheit [AAL1, WAL1]

Königstunnel Den Haag (Niederlande) [WAL1]

Kiba Park Bridge (Japan) [OKA2]

Millenium Tower in Wien (Österreich) Betonage Stahlverbundstützen mit sehr geringen Abmessungen, Fließmittelzugabe auf der Baustelle [GRO1, KAR1]

Straßenbrücke an der A22 (Österreich) [PIC2]

Hauptbahnhof Innsbruck [DOK1]

Bahntunnel Zürich-Thalwil (Schweiz) [BOT1, SCH3, WET1]

Brücke Gaulis (Deutschland) Selbstverdichtender Leichbeton [DEH1, KÖN1]

Himmelberg-Tunnel (Deutschland) Instandsetzung von Fehlstellen [ZAP1]

Industriegebäude (Deutschland) Verstärkung und Ummantelung Stahlstützen [DEH2]

Verwaltungsgebäude Dyckerhoff Beton GmbH (Deutschland)

[BER1]

Phaeno Science Center Wolfsburg (Deutschland)

schlanke und gewölbte Schalungsgeometrien [BUD1, BUD2]

Tabelle 6 : Auswahl von SVB-Anwendungen

5.6 Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen

5.6.1 Einführung Bei der Anwendung der in den letzten Jahren entwickelten Hochleistungsbetone in der Baupraxis und insbesondere des SVB gibt es immer wieder Probleme mit der mangelnden Robustheit [z. B. BRE1, WAL1, WAG1]. Unter dem Begriff der Robustheit werden Einflüsse aus allen Bereichen der Betontechnik zusammengefasst. Hierzu gehören sowohl die Betontechnologie mit Zusammensetzung, Herstellung, Verarbeitung

5 Eigenschaften von SVB Holger Höveling

56

und Nachbehandlung, aber auch Bauverfahren, Schaltechnik, Maschinentechnik und Verdichtung. Die Entwicklung unempfindlicher SVB-Rezepturen deckt einen wesentlichen Teilaspekt der Robustheit ab, aber nur bei Betrachtung aller Bereiche kann die Robustheit nachhaltig gesteigert werden. Bild 19 gibt einen Überblick möglicher Einflüsse auf die Eigenschaften. Die Einflüsse werden in den folgenden Kapiteln näher erläutert.

Bild 19: Äußere Einflüsse auf die Eigenschaften von SVB

5.6.2 Auswirkungen mangelnder Robustheit Bei SVB machen sich äußere Einflüsse besonders in einer Änderung der Frischbetoneigenschaften bemerkbar. Da gerade diese Eigenschaften für SVB beton-technologisch in einem Grenzbereich zwischen hoher Fließfähigkeit und Gefüge-stabilität eingestellt werden müssen, ergibt sich die Sensibilität des SVB im Vergleich zu Normalbeton (Bild 20). Folgende Aspekte müssen beachtet werden: • Ist die Fließfähigkeit durch äußere Einflüsse zu hoch, kommt es zu Problemen mit

der Gefügestabilität. Die Erfahrung zeigt, dass auch die Konsistenz von normalem Rüttelbeton schwankt. Probleme mit der Gefügestabilität ergeben sich aufgrund der steiferen Konsistenz nur selten [MCL1].

• Bei einer zu gering eingestellten Fließfähigkeit kommt es zum Blockieren und die Schalung wird nicht vollständig ausgefüllt. Entstandene Fehlstellen müssen aufwendig nachgearbeitet werden.

• Bei normalem Rüttelbeton können Schwankungen in der Konsistenz durch eine Anpassung der eingebrachten Rüttelenergie korrigiert werden. Bei SVB ist keine Verdichtung vorgesehen und Verdichtungsgeräte stehen planmäßig nicht auf der Baustelle zur Verfügung. Weiterhin reagieren hochfließfähige Betone sensibel auf die eingebrachte Verdichtungsenergie, so dass es leicht zu Problemen mit der Gefügestabilität kommen kann [Yur1].

Herstellwerk Baustelle

Schwankungen in den Ausgangsstoffen - Feuchtegehalt der Gesteinkörnung - Gleichmäßigkeit der mehlkornfeinen Stoffe Schwankungen in der Rezeptur - Einwaagefehler besonders bei den Betonzusatz-

mitteln Schwankungen bei der Herstellung - unzureichende Mischzeiten

Schwankungen in der Verarbeitbarkeitszeit - Fahrzeit Mischfahrzeug - organisatorische Probleme auf der Baustelle Schwankungen in der Außentemperatur Verarbeitungsfehler - unvorteilhafte Einbringmethode (z. B. hohe Fallhöhe) - unvorteilhafte Schalungsgeometrie (z. B. zu geringe

Fließwege) - unplanmäßiges Rütteln

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

57

zu steif Entmischung

SVB ideal SVB

sensibel

Normalbeton robust

übliche Schwankungsbreite

Ausgangsstoffe

soll

Charakteristische Werte der Ausgangsstoffe

zu steif Entmischung

SVB ideal SVB

sensibel

Normalbeton robust

übliche Schwankungsbreite

Ausgangsstoffe

soll

Charakteristische Werte der Ausgangsstoffe

Bild 20: Sensibilität von SVB [BRE1]

In der Literatur wird über die grundsätzliche Steigerung der Robustheit der Bauweisen mit Beton beim Einsatz von SVB berichtet. Hierbei steht die Steigerung der Robustheit gegen Ausführungsmängel im Vordergrund. Da die Verdichtungsarbeiten entfallen, können hierbei keine Fehler entstehen und die Qualität der Bauteile steigt. 5.6.3 Betontechnologie 5.6.3.1 Zusammensetzung Im Folgenden sind die wichtigsten Einflüsse dargestellt, bei denen über Probleme mit der Empfindlichkeit in Bezug auf die Zusammensetzung berichtet wird: • Schwankungen im Wassergehalt

Da die Gesteinskörnungen in der Regel im Freien gelagert werden, weisen sie Schwankungen im Wassergehalt auf. Zwar werden heute vor allem in modernen Betonwerken die Feuchtegehalte ständig gemessen und bei der Rezeptur berücksichtigt, trotzdem ergibt sich ein gewisser Schwankungsbereich. Für Normalbeton stellen diese Schwankungen in der Regel kein Problem dar. SVB hingegen reagiert auf solche Schwankungen sensibel. +/- 5 kg/m³ Wasser werden hierbei als äußerste Grenzwerte angegeben. Vereinzelt wird berichtet, dass die Schwankungsbreite mit geeigneten Maßnahmen bei der Zusammensetzung bis auf +/- 10 kg/m³ Wasser gesteigert werden kann [BRE1, CHR1, GRA1, KOR1, RIN2, WAG1, WAL1]. Die Empfindlichkeit von SVB gegenüber Schwankungen im Wassergehalt ist der wesentlichste Teilaspekt in Bezug auf die Robustheit.

• Schwankungen in der Gleichmäßigkeit der Ausgangsstoffe Alle im Beton eingesetzten Stoffe sind entweder natürliche Produkte oder sie wurden in einem Produktionsprozess hergestellt. Dies bedeutet, dass ihre Eigenschaften gewissen Schwankungen unterlegen sind. Für SVB sind besonders Schwankungen in den Eigenschaften der mehlkornfeinen Stoffe wichtig, da diese den Gesamt-wasseranspruch und damit das einzustellende VW/VP-Verhältnis maßgeblich

5 Eigenschaften von SVB Holger Höveling

58

verändern können. In der Literatur wird berichtet, dass insbesondere beim Wechsel auf neue Lieferchargen Probleme auftreten können [z. B. RIN2].

• Schwankungen in der Temperatur Bedingt durch die Frischbetontemperatur ändern sich die rheologischen Eigen-schaften der fließfähigen Betone, was zu Problemen beim Einbau führen kann. Bei hohen Temperaturen von über +25 °C ist zunächst eine weichere Konsistenz zu beobachten, wobei der Beton über die Zeit schneller ansteift. Bei niedrigen Temperaturen von unter +5 °C ist die Wirksamkeit der Fließmittel auf PCE-Basis verringert, so dass sich steifere Konsistenzen ergeben, wobei eine höhere Viskosität vorhanden ist. Bei ansteigenden Temperaturen kann es zu einer Nachverflüssigung kommen [CHI1, FUJ2, LOH1, SHI1].

Über die Zusammensetzung unempfindlicher SVB gibt es in der Literatur nur wenige Informationen. Die Tabelle 7 gibt einen allgemeinen Überblick der möglichen Einfluss-faktoren auf die Eigenschaften von SVB. Die Eigenschaften der Ausgangsstoffe spielen hierbei eine zentrale Rolle. Dabei kommt es nicht nur auf die Eigenschaften der einzelnen Komponenten, sondern auch auf deren Wechselwirkungen an, wie z. B. zwischen Zement und Fließmittel. Grundsätzlich wird beim Einsatz von Stabilisierern vor allem in der japanischen Literatur [KHA1, NAW1, ROL2, SAK1, SAK2, SHI2, TAK1, YAM1] von guten Ergebnissen in Bezug auf die Blut- und Sedimentationsneigung und damit auf die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen berichtet. Eigenschaften der Ausgangsstoffe

• Gehalt • Größe (Größtkorn) • Kornform • Korngrößenverteilung • Physikalisch / chemische Wirksamkeit • Reaktionsfähigkeit

Fließeigenschaften • Zielsetzung der Fließeigenschaften (Japan-Typ, Island-Typ) • notwendige Fließeigenschaften (Güte der Selbstverdichtung, F6-Beton,

Fließbeton) • Länge der maximalen Verarbeitbarkeitszeit

Tabelle 7: Einflüsse auf SVB-Rezepturen

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

59

5.6.3.2 Herstellung, Verarbeitung und Nachbehandlung Folgende Punkte sollten bei der Herstellung, Verarbeitung und Nachbehandlung in Betracht gezogen werden, um Probleme mit der Robustheit über die Produktionsdauer vermeiden zu können: • Mischen [YUR1, KAK1, KHA1]

Mischerart und –intensität haben einen wesentlichen Einfluss auf die Fließeigenschaften. Die Rezeptur muss in Abhängigkeit der eingesetzten Mischer angepasst werden.

• Mischzeiten [YUR1, KAK1, KHA1] Die Mischzeiten sind gegenüber Normalbeton in der Regel erhöht.

• Produktionssteuerung [YUR1, KAK1, KHA1] Der Gesamtwassergehalt muss bei der Produktion innerhalb enger Grenzen genau eingehalten werden. Die Leistungsaufnahme des Mischers kann zur Beurteilung der Fließeigenschaften verwendet werden.

• Einsatzbereich [GRA1, SCH3] Bei langen Fließwegen werden tendenziell hochviskose Mischungen mit sehr hoher Fließfähigkeit benötigt. Bei kurzen Fließwegen können auch niederviskosere Mischungen eingesetzt werden (z. B. Fließbeton). Schon in der Planung sollte der richtige Beton für die Betonieraufgabe ausgewählt werden. Wegen der selbstnivellierenden Eigenschaften ist der Einsatz von SVB auf nahezu horizontale Oberflächen begrenzt. Die maximale Neigung wird mit 1 – 2 % angegeben.

• Verarbeitbarkeitszeit [KOR1, KOR2] Die Dauer der Verarbeitbarkeitszeit richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten. Während in einem Betonfertigteilwerk meist 30 Minuten ausreichen, wird bei Transportbeton eine Verarbeitbarkeitszeit bis zu 90 Minuten gefordert. Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, dass der Beton sofort nach der Herstellung alle Anforderungen einhält. Es kann ein Zeitpunkt für die Lieferung des Betons z. B. 30 Minuten nach Herstellung angegeben werden. Gemäß SVB-Richtlinie [Ri3] besteht die Möglichkeit, ein Verarbeitungsfenster zu definieren, in dem die optimalen Eigenschaften eingehalten werden. Die Richtlinie setzt für dieses Fenster bewusst keine festen Grenzwerte, sondern die Randwerte sind mischungsspezifisch und somit für jede Rezeptur gesondert durch Versuche festzulegen.

• Betoneinbau Die Art des Einbaus sollte den gegebenen Bedingungen angepasst werden. Folgende Gesichtspunkte sind zu beachten [CHR1, EHR1, IZU1, KAR2, KUR1, PET2, SON3]: - Beim Einbau sollten große Schütthöhen vermieden werden, da hierdurch

Lufteinschlüsse entstehen können. Verhindert werden kann dieser Effekt, durch das Führen des Pumpenschlauches direkt über der Oberfläche bzw. durch Eintauchen in den bereits eingebrachten Beton. Weiterhin kann der Einbau über Stutzen in der Schalung erfolgen.

5 Eigenschaften von SVB Holger Höveling

60

- Es sollten ausreichend lange Fließwege vorhanden sein, damit der Beton entlüften kann.

- Ein zu schnelles Befüllen der Schalung kann zu Lufteinschlüssen führen. - Bei nicht kontinuierlichem Betoneinbau kann es zu einer Trennschicht

(Elefantenhaut) an der Oberfläche kommen. Besonders für Sichtbeton können sich hieraus Probleme ergeben.

- Durch Pumpen kann die Fließfähigkeit teilweise erheblich verändert werden. Bei sehr hohen Viskositäten steigt der notwenige Pumpendruck an.

- SVB darf auf keinen Fall gerüttelt werden, da die Struktur durch die eingebrachte Energie sehr leicht zerstört werden kann.

• Nachbehandlung [GRU1, KIM2, STA1] Fließfähige Betone weisen durch den erhöhten Mehlkorngehalt eine erhöhte Nachbehandlungsempfindlichkeit auf.

5.6.4 Weitere Aspekte der Betontechnik Aus dem Bereich der Betontechnik sind vor allem Einflüsse aus der Schalungstechnik bekannt: • Schalungstechnik [BRE1, DIE1, GRA2, IZU1, PÜR1, SON3]

Der für die Schalung anzusetzende Frischbetondruck ist in DIN 18218:1980 [N11] geregelt. Nach der SVB-Richtlinie [Ri3] ist für SVB jedoch der hydrostatische Druck für die Berechnung zu benutzen, wenn keine geringeren Drücke durch Versuche nachgewiesen wurden. Der tatsächliche Schalungsdruck hängt sowohl von den Eigenschaften der Rezeptur als auch der Betoniergeschwindigkeit ab. Vor allem beim schnellen Einfüllen kann der hydrostatische Schalungsdruck erreicht werden. Weiterhin ist, bedingt durch die hohe Fließfähigkeit, ein zusätzliches Augenmerk auf die Dichtigkeit zu legen, um ein Auslaufen des Betons zu verhindern. An kleinen Störstellen verhält sich SVB in Abhängigkeit der eingestellten Viskosität dagegen unempfindlich gegen das Austreten des Leims. Sind Schalungen ungünstig geformt, können starke Auftriebs-kräfte entstehen.

5.6.5 Steigerung der Robustheit Soll die Robustheit bei der praktischen Anwendung gesteigert werden, gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten [Yur1]: • Störeinflüsse kompensieren

Mögliche Einflüsse auf die Eigenschaften müssen erkannt werden, um daraufhin geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Dies erfordert erhöhte Qualitätssicherungsmaßnahmen sowohl bei der Herstellung als auch bei der Verarbeitung u. a. durch kontinuierliche Eigenschaftsbestimmungen der Ausgangs-stoffe, Schulung des Personals und zusätzliche Qualitätskontrollen.

Holger Höveling 5 Eigenschaften von SVB

61

• Unempfindlicher Baustoff Der Beton muss so zusammengesetzt und hergestellt werden, dass äußere Einflüsse die Eigenschaften möglichst wenig beeinflussen.

In der Praxis werden beide Maßnahmen gleichzeitig Anwendung finden. Da die Sensibilität des SVB gegen Schwankungen in den äußeren Randbedingungen bekannt ist, werden in der SVB-Richtlinie [Ri3] Qualitätsmaßnahmen empfohlen, die über das übliche Maß der Überwachungsklasse 2 nach DIN 1045:2001 [N3] hinausgehen. Hierzu gehören: • Überwachung der Gleichmäßigkeit der Ausgangsstoffe • Ausschluss rezyklierter und normal zusammengesetzter Gesteinskörnungen sowie

Restwasser • zus. Schulung des Personals • Überwachung der Betonausgangsstoffe • Überwachung der Transportbetonherstellung bzw. der Mischanlage und der

Lieferung • Kontrolle des Betons an der Mischanlage vor und während des Betonierens • Kontrolle des Betons an der Einbaustelle • Kontrolle nach dem Einbau • Einlagerung von Rückstellproben der Ausgangsstoffe Um auf Störeinflüsse angemessen reagieren zu können, müssen die Auswirkungen auf den Baustoff bekannt sein. Daher ist es notwendig, bei der Erstprüfung störende Einflüsse zu simulieren und deren Auswirkungen zu überprüfen. 5.7 Zusammenfassung

Für SVB ist es üblich, den Wassergehalt in Abhängigkeit des Mehlkorns anzugeben. Hierzu hat sich als Kennwert das Volumenverhältnis Wasser / Puder (w/p-Wert) durchgesetzt, wobei dem Puder alle mehlkornfeinen Bestandteile zugerechnet werden. Während übliche Zementgehalte verwendet werden, werden bei SVB zur Erhöhung des Mehlkorngehalts unterschiedliche mehlkornfeine Stoffe verwendet. Eine Herstellung ist im Grunde mit allen zur Verfügung stehenden Stoffen möglich. Weiterhin kommen bei SVB Fließmittel auf PCE-Basis und ggf. Stabilisier zur Anwendung. Zur Rezepturentwicklung von SVB wurden von Okamura und Ozawa Zusammenhänge aufgezeigt und eine Vorgehensweise entwickelt. Aufbauend auf diesen Erfahrungen stehen mittlerweile eine ganze Reihe Vorgehensweisen zur Rezepturentwicklung zur Verfügung, die auch zur Rezepturoptimierung und Produktionssteuerung eingesetzt werden können. Die besonderen Fließeigenschaften des SVB haben zur Entwicklung neuer Prüfverfahren für die Konsistenz geführt, da die bekannten Verfahren zur Beurteilung

5 Eigenschaften von SVB Holger Höveling

62

der selbstverdichtenden Eigenschaften nicht geeignet sind. Das Setzfließmaß mit und ohne Blockierring hat sich in Deutschland als Standardprüfverfahren für SVB durchgesetzt. Die Festbetoneigenschaften von SVB sind denen von Normalbeton ähnlich. Bei der Anwendung der in den letzten Jahren entwickelten Hochleistungsbetone in der Baupraxis und insbesondere des SVB gibt es immer wieder Probleme mit der mangelnden Robustheit [z. B. BRE1, WAL1, WAG1]. Unter dem Begriff der Robustheit werden Einflüsse aus allen Bereichen der Betontechnik zusammengefasst. Die Empfindlichkeit von SVB gegenüber Schwankungen im Wassergehalt ist der wesentlichste Teilaspekt in Bezug auf die Probleme mit der Robustheit. In der Literatur stehen nur wenige Informationen zur Verfügung, welche Faktoren die Robustheit generell oder im speziellen die Empfindlichkeit gegen Wassergehalts-schwankungen beeinflussen.

Holger Höveling 6 Versuchskonzeption

63

6 Versuchskonzeption

6.1 Ziel der Versuche

Ziel der Versuche ist es, Einflüsse aus Ausgangsstoffen und Zusammensetzung von SVB auf die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen zu untersuchen und zu beschreiben. Auf Grundlage geeigneter Versuchen sollen Regeln für die Zusammensetzung gegen Wassergehaltsschwankungen unempfindlicher SVB erarbeitet werden. Weiterhin soll eine Modellvorstellung zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen auf die Empfindlichkeit von SVB entwickelt werden. Die Untersuchungen werden schrittweise an den Ausgangsstoffen, am Leim, am Mörtel und schließlich am Beton durchgeführt. Bei dieser Vorgehensweise können die Ergebnisse in allen Versuchsstadien sukzessive erarbeitet und die Erkenntnisse auf die folgenden Schritte übertragen werden. Das Bild 21 gibt einen Überblick des Versuchsplans. Den größten Bereich nehmen Untersuchungen am Beton ein. 6.2 Versuche an Ausgangsstoffen, Leim und Mörtel

In einem ersten Schritt werden Vorversuche zunächst an den Ausgangsstoffen durchgeführt. Diese dienen der Charakterisierung der Ausgangsstoffeigenschaften. Bei den eingesetzten Ausgangsstoffen handelt es sich um verschiedene Zemente, Füllstoffe wie Kalksteinmehl und Steinkohlenflugasche sowie unterschiedlicher Betonzusatzmittel. Das Augenmerk liegt auf der Variation dieser Stoffe, da sie die Eigenschaften von SVB maßgeblich beeinflussen. Darüber hinaus sollen grundlegende Abhängigkeiten der Eigenschaften von Stoffgemischen untersucht werden. Die zu messenden Kennwerte sind insbesondere solche, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Frischbetoneigenschaften haben, wie z. B. Korngrößenverteilung, Wasseranspruch, spezifische Oberfläche, usw.. Weiterhin sollen mit Vorversuchen an Leimen und Mörteln die gewonnenen Erkenntnisse vertieft und grundlegende Zusammenhänge zum Fließverhalten erarbeitet werden. Die Untersuchungen werden sowohl mit Konsistenzprüfverfahren wie dem Ausbreitfließmaß für Mörtel, aber auch mit einem Rotationsviskosimeter und einem Rheometer für Mörtel durchgeführt. Ziel ist es, Zusammenhänge zum Einfluss unterschiedlicher Ausgangsstoffgehalte und -kombinationen auf die rheologischen Eigenschaften zu erhalten. 6.3 Versuche am Beton

Aufbauend auf den Vorversuchen werden Betonversuche konzipiert und durchgeführt. Im Rahmen von vergleichenden Betonversuchen ist es das Ziel, Einflüsse unterschiedlicher Ausgangsstoffe und Mischungszusammensetzungen auf die selbstverdichtenden Eigenschaften zu untersuchen. Mit diesen Erkenntnissen können Rezepturen mit sehr unterschiedlichen Ausgangsstoffen und trotzdem ähnlichen

6 Versuchskonzeption Holger Höveling

64

selbstverdichtenden Eigenschaften hergestellt werden. Diese Mischungen können aufgrund ihres ähnlichen Eigenschaftsprofils vergleichend ausgewertet werden. Die Untersuchungen werden in Versuchsreihen zum SVB-Mehlkorn-Typ, zum SVB-Kombinations-Typ und in vergleichende Versuche mit Fließbetonen unterteilt. Durch die Einbeziehung von Fließ- bzw. F6-Betonen können die Erkenntnisse der Versuche an SVB mit herkömmlichen Fließbetonen verglichen und Unterschiede herausgearbeitet werden. Zur Überprüfung der Empfindlichkeit in Bezug auf Wassergehaltsschwankungen werden die Mischungen mit jeweils +/- 5 kg/m³ Wasser hergestellt. Sind die Frischbetoneigenschaften dieser Mischungen ähnlich denen der Ausgangsmischung, werden zusätzlich Versuche mit +/- 10 kg/m³ Wasser durchgeführt. 6.4 Auswertung

Die Darstellung der Ergebnisse der Untersuchungen zu Schwankungen im Wassergehalt erfolgt in Robustheitsdiagrammen, mit deren Hilfe es einfach möglich ist, unterschiedliche Mischungen in Bezug auf die Empfindlichkeit zu vergleichen. Basierend auf den Darstellungen können Einflussfaktoren auf die Empfindlichkeit herausgearbeitet und Regeln für die Zusammensetzung gegen Wasser-gehaltsschwankungen unempfindlicher SVB aufgezeigt werden. Darüber hinaus soll eine Modellvorstellung zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen auf die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen erarbeitet werden.

Holger Höveling 6 Versuchskonzeption

65

Bild 21: Übersicht Versuchsprogramm

Ausgangsstoffe

Feinheit Korngrößenverteilung Wasseranspruch

Einzelne Ausgangsstoffe

Gemische von Ausgangsstoffen

Wirkung von Zusatzmitteln

Vorversuche an Leimen und Mörteln

Konsistenzprüfverfahren Rheologische Messungen

FM- Gehalt

Wasser- gehalt

Leim- gehalt

Anteil Grobkorn

Tem-peratur

Untersuchungen zu Schwankungen im Wassergehalt

Vergleichende Betonversuche

SVB- Mehlkorn-Typ

SVB- Kombinations-Typ

Fließbeton

unterschiedliche Ausgangsstoffe ähnliches Eigenschaftsprofil

planmäßig über- und unterdosierter Wassergehalt

Messung der Veränderung der Eigenschaften

7 Versuche an Ausgangsstoffen Holger Höveling

66

7 Versuche an Ausgangsstoffen

7.1 Einführung

Um einen Überblick der in fließfähigen Betonen eingesetzten Ausgangsstoffe zu erhalten, wurden insgesamt 18 Zemente, 10 Kalksteinmehle, 8 Steinkohlenflugaschen, unterschiedliche Gesteinskörnungen und diverse Betonzusatzmittel in die Untersuchungen mit einbezogen. Dem Anhang 1 kann eine Übersicht der verwendeten Ausgangsstoffe entnommen werden. Da aus der Literatur bekannt ist, dass die Eigenschaften der Frischbetone im Wesentlichen durch die mehlkornfeinen Stoffe und die Betonzusatzmitteln beeinflusst werden, wurden überwiegend diese Stoffe bei den Untersuchungen variiert. Von den eingesetzten Ausgangsstoffen wurden die wesentlichen Stoffkennwerte bestimmt. Hierzu gehören: • Dichte • Korngrößenverteilung mittels Lasergranulometer bzw. Siebanalyse • Wasseranspruch bei Normsteife nach DIN EN 196 [N5] • Wasseranspruch nach Okamura • Wasseranspruch nach Puntke • Chemische Vollanalyse Die Ausgangsstoffkennwerte für alle untersuchten Stoffe sind im Anhang 2 bis 13 tabellarisch aufgeführt. Auf Grundlage der zur Verfügung stehenden Datenbasis können die einzelnen Ausgangsstoffe miteinander verglichen und Aussagen über die Band-breite der Eigenschaften gemacht werden. Gleichzeitig ist es möglich, untersuchte Rezepturen mit Hilfe der Ausgangsstoffeigenschaften zu charakterisieren. 7.2 Prüfverfahren

7.2.1 Korngrößenverteilung mittels Lasergranulometer Die Partikelgrößenbestimmung nach dem Prinzip der Laserbeugung basiert auf der Theorie, dass alle Partikel einer Probe das Licht eines monochromen Laserstrahls beugen. Ein Partikel mit einem großen Durchmesser beugt den Laserstrahl nur wenig, d. h. in einem kleinen Winkel. Die Lichtspektren der kleinen Partikel dagegen müssen in größeren Winkeln gegenüber dem Laserstrahl aufgenommen werden. Vor der Messung ist die Dispergierung der festen Bestandteile in einer Flüssigkeit notwendig. Für Zemente wird in der Regel Isopropanol verwendet. Bei nicht reaktiven Substanzen kann auch destilliertes Wasser zur Anwendung kommen. Alle durchgeführten Untersuchungen wurden mit einem CILAS-Lasergranulometer (715) und Isopropanol als Dispergiermittel durchgeführt.

Holger Höveling 7 Versuche an Ausgangsstoffe

67

Aus den Korngrößenverteilungen wurden folgende Kennwerte berechnet: • mittlerer Korndurchmesser

Der mittlere Korndurchmesser in µm kann aus der Korngrößenverteilung bei einem Durchgang von 50 Vol.-% abgelesen werden.

• Parameter aus der Darstellung im RRSB-Netz Für die in der Baustoffindustrie in der Regel verwendeten mehlkornfeinen Stoffe kann für die Auswertung der Korngrößenverteilung die RRSB-Verteilung nach DIN 66145 [N4] verwendet werden:

3

nd1-Q (d) = exp -d´

[8.1]

mit: d´ Korngrößenkennwert bei Q (d) = 0,632 (Feinheitsparameter) d Gleichmäßigkeitsparameter, Anstieg der Gerade im RRSB- Körnungsnetz (Steigungsmaß)

Die Auswertung erfolgt durch Darstellung und lineare Regression im doppelt-logarithmischen RRSB-Netz. Durch zweimaliges Logarithmieren der Gleichung 8.1 erhält man eine Geradengleichung. Die gängigen Softwarelösungen für Laser-granulometer stellen diese Kennwerte standardmäßig zur Verfügung.

• Spezifische Oberfläche Aus der ermittelten Korngrößenverteilung kann unter Annahme Kugeln die spezifische Oberfläche in m²/g berechnet werden.

7.2.2 Spezifische Oberfläche nach Blaine Die Bestimmung der spezifischen Oberfläche nach Blaine erfolgte nach DIN EN 196-6 [N5] mit einem Gerät nach DIN 66126 [N12] (Blaine-Gerät). Das Messprinzip beruht dabei auf der Durchströmung einer definiert hergestellten Probe des porösen pulverigen Stoffes mit Luft. Je größer die volumenbezogene Oberfläche ist, umso größer ist der Strömungswiderstand. Hieraus kann die spezifische Oberfläche nach Blaine in cm²/g berechnet werden. 7.2.3 Wasseranspruch bei Normsteife Der Wasseranspruch bei Normsteife wurde nach DIN EN 196-3 [N5] bestimmt. Die Herstellung des Leims erfolgte mit einem Mörtelmischer nach DIN EN 196-1 [N5]. Das Prüfverfahren wurde für Zemente entwickelt, kann aber auch für andere mehlkornfeine Stoffe angewendet werden. Der Wasserzusatz zur Normsteife ist dann erreicht, wenn die Eindringtiefe mittels Vicat-Gerät mit Tauchstab in einem bestimmten Bereich liegt. Hierzu muss der Leim so oft mit unterschiedlichen Wassergehalten hergestellt werden, bis die Grenzwerte für die Zielkonsistenz eingehalten werden. Der Wasseranspruch bei Normsteife wurde wie folgt berechnet:

7 Versuche an Ausgangsstoffen Holger Höveling

68

WNS

K

VW = (Massenverhältnis)V

[8.2]

mit: WNS Wasseranspruch bei Normsteife Vw Masse des Wassers Vk Masse des Feststoffs 7.2.4 Wasseranspruch nach Puntke Der Wasseranspruch nach diesem Verfahren kennzeichnet den Sättigungswasser-bedarf feiner, kohäsionsarmer Körnungen bei der erreichbaren Packungsdichte des Korngefüges. Die Packungsdichte bzw. das Haufwerksporenvolumen nach vollständiger Verdichtung hängt allein von der Korngrößenverteilung und der Kornform ab. Dieses Prüfverfahren ist in der SVB-Richtlinie [Ri3] geregelt. Für die eigenen Versuche wurde folgendes, teilweise von der Richtlinie abweichendes, Vorgehen gewählt: 1. Trocknung einer repräsentativen Probe des Prüfguts bis zur Massenkonstanz bei

105 +/- 5 °C 2. Lagerung der Probe in einem Exsikkator 3. Abwiegen einer Probe von 60 g, Zugabe des abgewogenen Wassers 4. sorgfältiges Durchmischen (2 min) mit einem Edelstahllöffel 5. Aufstoßen des Metallgefäßes 20 mal aus ca. 5 cm Höhe 6. Beurteilung der Oberfläche im Hinblick auf Wasserabsonderung

Zeigt sich Glanz an der Oberfläche, ist der Sättigungspunkt erreicht bzw. überschritten.

Die Schritte 3 bis 6 wurden mit unterschiedlichen Wassermengen so lange wiederholt, bis der Sättigungspunkt eindeutig überschritten war. Zu jedem Versuch wurden die eingewogenen Wasser- und Feststoffmengen sowie die Beurteilung der Oberfläche aufgenommen. Der Wassergehalt, bei dem gerade noch kein Glanz auftritt, ist als Wasseranspruch nach Puntke definiert. Es ergibt sich folgende Berechung:

wPU

w k

VW = ·100 (Vol.-%)V +V

[8.4]

mit: WPU Wasseranspruch nach Puntke in Vol.-% Vw Volumen des Wassers Vk Volumen der Körner (Feststoff)

Holger Höveling 7 Versuche an Ausgangsstoffe

69

Die eigenen Versuche haben gezeigt, dass der Wasseranspruch nach Puntke bei Wiederholversuchen mit gleichen Laboranten relativ wenig streut (max. 5 %). Werden jedoch Wiederholversuche von unterschiedlichen Laboranten durchgeführt, ergeben sich teilweise erhebliche Streuungen (Bild 22). Zur besseren Vergleichbarkeit mit anderen Versuchen wurden die Kennwerte für den Wasseranspruch nach Puntke in das Verhältnis VP zu VW umgerechnet (Kapitel 7.2.6). Die Streuungen können auf die subjektiven, visuellen Beurteilungskriterien bzgl. des Wasserabsonderns an der Oberfläche zurückgeführt werden. Aus diesem Grund wurden alle Versuche einer Versuchsreihe von nur einem Laboranten durchgeführt. Hieraus ergeben sich bei unterschiedlichen Versuchsreihen teilweise abweichende Wasseranspruchszahlen nach Puntke für den gleichen Ausgangsstoff. Der Wasseranspruch nach Okamura und Normsteife weisen dieses Verhalten nicht auf.

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

CEM B CEM E1 CEM O CEM Q SFA B SFA F1 KSM C KSM E

Was

sera

nspr

uch

nach

Pun

kte

(VW

/ V P

) Laborant ALaborant BLaborant CLaborant D

Bild 22: Wiederholversuche Wasseranspruch nach Puntke

7.2.5 Wasseranspruch nach Okamura

Die Bestimmung des βP-Wertes nach Okamura (Wasseranspruch nach Okamura) ist in der SVB-Richtlinie geregelt [Ri3]. Dieser Wert ist eine dimensionslose Kenngröße, die das Volumenverhältnis Wasser zu Feststoff beschreibt, bei der ein Wasser-Feststoff-Gemisch noch nicht zu fließen beginnt. Die Ermittlung dieses Kennwertes erfolgte, teilweise abweichend von den Vorgaben der Richtlinie, in folgenden Schritten: 1. Lagerung der Ausgangsstoffe im Laborklima, um Temperatureinflüsse auszu-

schließen 2. Einwaage von 700 g Feststoffgemisch 3. Wasserzugabe nach zuvor berechneten Volumenverhältnissen Wasser (Vw) zu

Feststoff (VP) im Bereich zwischen 0,6 und 1,5 4. Herstellung im Mörtelmischer (Mischprogramm 90 s niedrige Drehzahl, 90 s hohe

Drehzahl), alle mit dem Leim in Verbindung kommenden Teile sind anzufeuchten

7 Versuche an Ausgangsstoffen Holger Höveling

70

5. Durchführung der Schritte 2. – 5. bis mind. 3 (optimal 4) Messergebnisse für das Ausbreitfließmaß zwischen 13 cm und 35 cm zur Verfügung stehen

Die gemessenen Ausbreitfließmaße wurden nach folgender Formel in das relative Ausbreitfließmaß umgerechnet:

1 22d +d

2Γ = - 1100

[8.5]

mit Γ relatives Ausbreitfließmaß d1 und d2 Ausbreitfließmaß in cm Der Wert 100 ist hierbei der untere Innendurchmesser des Hägermann-Trichters. Die Auswertung erfolgt in einem Diagramm, wobei auf der Ordinate das relative Ausbreit-fließmaß Γ und auf der Abszisse die Volumenverhältnisse Wasser zu Feststoff aufgetragen werden. Mit Hilfe einer linearen Regression kann das Verhältnis Wasser zu Feststoff extrapoliert werden, bei dem Γ = 0 ist. Dies ist der gesuchte βP-Wert, bei dem keine Ausbreitung auftritt. Der Korrelationskoeffizient für die lineare Regression sollte größer als 0,98 sein. Bei den Versuchen ist zu beachten, dass die gemessenen Ausbreitfließmaße gewisse Grenzwerte nicht über- bzw. unterschreiten dürfen, da sonst für die Auswertung keine Linearität vorausgesetzt werden kann. Dies gilt besonders für kleine Ausbreitfließmaße, aber auch für sehr große Messwerte. Aus diesem Grund wurden die bei der Auswertung verwendeten Ausbreitfließmaße auf den Bereich zwischen 13 cm und 35 cm beschränkt. Bei den durchgeführten Versuchen zeigte sich, dass bei Wiederhol-versuchen sowohl mit gleichen als auch mit unterschiedlichen Laboranten nur geringe Streuungen bis max. 5 % aufgetreten sind. 7.2.6 Umrechnung der Wasseranspruchskennwerte Um die einzelnen Kennwerte für den Wasseranspruch des Mehlkorns vergleichbar zu machen, wurden in dieser Arbeit die Kennwerte jeweils auf das Volumenverhältnis Flüssigkeit zu Feststoff umgerechnet. Folgende Berechnung ergibt sich:

W

P

VW =V

[8.6]

mit: W Wasseranspruch (Volumenverhältnis) VW Volumen des Wassers VP Volumen des Puders (mehlkornfeine Feststoffe)

Holger Höveling 7 Versuche an Ausgangsstoffe

71

7.3 Ergebnisse der Versuche an Ausgangsstoffen

7.3.1 Kennwerte für die Feinheit In Bild 23 sind die Korngrößenverteilungen für eine Auswahl von Ausgangsstoffen dargestellt. Eine komplette Aufstellung aller gemessenen Korngrößenverteilungen kann dem Anhang 5 bis 9 entnommen werden. Die CEM I 32,5R Zemente, z. B. CEM A, weisen die gröbsten Kornverteilungen der Zemente auf. Die Korngrößenverteilungen der einzelnen Hersteller unterscheiden sich dabei kaum. Die hochfeinen Hochofen-zemente, z. B. CEM Q (CEM III/B 52,5R), sind deutlich feiner als alle anderen Zemente. Dies gilt auch im Vergleich zu „normalen“ Hochofenzementen, wie CEM M (CEM III/A 42,5N). Bedingt durch die Herstellung durch Mahlen und Sieben von Kalksteinmehlen ist die Feinheit dieser Stoffe sehr unterschiedlich. Es kann nahezu jede gewünschte Kornverteilung geliefert werden (KSM A sehr grob, KSM J sehr fein, KSM G1 erfolgreich in SVB eingesetzt). Die Korngrößenverteilungen der meisten Steinkohlenflugaschen liegen in einem engen Korngrößenbereich ähnlich dem der Zemente. Als Beispiel sind im Bild 23 SFA A und SFA F2 aufgeführt. Lediglich das feine Sonderprodukt SFA G ist deutlich feiner. Die Kornverteilungen verlaufen im Vergleich zu den Zementen und den Kalksteinmehlen tendenziell etwas flacher. Die in den meisten Fällen eingesetzten Ausgangsstoffe für SVB liegen in einem ähnlichen Korngrößenbereich. Über den Einsatz sehr feiner Produkte ist nur wenig bekannt. In einigen Literaturquellen wird über den Einsatz von Mikrosilika bei SVB berichtet (Kapitel 5.1.4.4). Die stetigen Korngrößenverteilungen führen für alle Ausgangsstoffe zu gut korrelierenden Kenngrößen, die aus der Korngrößenverteilung berechnet werden. Hierzu gehören der mittlere Korndurchmesser, der Feinheitsparameter im RRSB-Netz und die spezifische Oberfläche aus der Korngrößenverteilung. Für einen Vergleich der Eigenschaften mehlkornfeiner Stoffe reicht es daher aus, nur einen der genannten Kennwerte zu verwenden. Zur Beurteilung der Feinheit wird in dieser Arbeit die spezifische Oberfläche aus der Korngrößenverteilung verwendet.

7 Versuche an Ausgangsstoffen Holger Höveling

72

0

20

40

60

80

100

1 2 4 8 16 32 64 128Durchmesser in µm

Dur

chga

ng in

%

FullerCEM ACEM MCEM QKSM AKSM G1KSM JSFA ASFA F2SFA G

Bild 23: Korngrößenverteilung der mehlkornfeinen Stoffe im Vergleich (Auswahl)

Die absoluten Zahlenwerte sind für die spezifische Oberfläche aus der Korngrößen-verteilung mehr als doppelt so groß wie für die spezifische Oberfläche nach Blaine (Bild 24). Die Blaine-Werte für die Zemente liegen im Bereich zwischen 2.500 cm²/g für CEM I 32,5R und ca. 6.000 cm²/g für den hochfeinen Hochofenzement (CEM Q). Die untersuchten Kalksteinmehle decken einen Bereich zwischen ca. 2.000 cm²/g bis 13.000 cm²/g ab. Erfolgreich in SVB wurden Kalksteinmehle (z. B. KSM G1) mit einem Blaine-Wert von ca. 5.000 cm²/g eingesetzt. Die Steinkohlenflugaschen liegen in einem sehr engen Bereich zwischen ca. 3.000 cm²/g und 4.000 cm²/g. Lediglich das feine Sonderprodukt SFA G weist einen höheren Wert auf. Für die Stoffgruppen Zement und Kalksteinmehl korrelieren die spezifischen Oberflächen nach Blaine und die spezifischen Oberflächen aus der Korngrößen-verteilung gut (Bild 24). Für die Steinkohlenflugaschen zeigen sich abweichende Abhängigkeiten. Bei sehr ähnlicher spezifischer Oberfläche nach Blaine sind deutliche Unterschiede in der spezifischen Oberfläche aus der Korngrößenverteilung zu erkennen. Als mögliche Begründung können die verwendeten Messverfahren gesehen werden. Bei der Prüfung nach Blaine ergeben sich Abweichungen, in Abhängigkeit ob die Luft an glatten oder rauen Körnern vorbeiströmt. Ob es auch stoffspezifische Effekte bei der indirekten Messung im Lasergranulometer gibt, kann nicht gesagt werden. Für die weiteren Auswertungen wird die spezifische Oberfläche aus der Korngrößenverteilung und nicht der Blaine-Wert als charakteristische Kenngröße für die Feinheit der mehlkornfeinen Stoffe verwendet.

Holger Höveling 7 Versuche an Ausgangsstoffe

73

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 5000 10000 15000 20000 25000Spez. Oberfläche aus der Korngrößenverteilung in cm²/g

Spez

. Obe

rflä

che

nach

Bla

ine

in c

m²/g

Zement

Kalksteinmehl

Steinkohlenflugasche

Bild 24: Korrelation spezifische Oberfläche nach Blaine und

spezifische Oberfläche aus der Korngrößenverteilung 7.3.2 Kennwerte für den Wasseranspruch Bei fast allen untersuchten Ausgangsstoffen ist der Wasseranspruch nach Okamura am größten und der Wasseranspruch nach Puntke weist den niedrigsten Wert auf (Bild 25). Der Wasseranspruch bei Normsteife nach DIN EN 196 [5] liegt zwischen den Extrem-werten. Ausnahmen ergeben sich für den Wasseranspruch bei Normsteife bei einigen Steinkohlenflugaschen. Die Wasseranspruchskennwerte der unterschiedlichen Prüf-verfahren sind für Steinkohlenflugaschen relativ ähnlich, während sich bei Zementen und insbesondere bei Kalksteinmehlen deutlich größere Differenzen ergeben. Die Detailergebnisse können dem Anhang 2 bis 4 entnommen werden. Die unterschiedlichen Kennwerte für den Wasseranspruch sind nicht direkt miteinander vergleichbar. In dieser Arbeit wird im Wesentlichen der Wasseranspruch nach Puntke (physikalisch definiert) und nach Okamura (üblich bei SVB) verwendet.

7 Versuche an Ausgangsstoffen Holger Höveling

74

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

CE

M A

CE

M E

1

CE

M M

CE

M Q

SFA

A

SFA

F1

SFA

G

KSM

B

KSM

G1

KS

M J

Was

sera

nspr

uch

(VW

/ V P

)

Wasseranspruch nach Pun ke

Wasseranspruch (DIN EN 196)

Wasseranspruch nach Okamura

Bild 25: Wasseranspruchskennwerte im Vergleich (Auswahl)

Zemente haben im Vergleich zu den übrigen Ausgangsstoffen sowohl nach Okamura als auch nach Puntke tendenziell den größten Wasseranspruch (Bild 26). Dies kann auf die Wasserbindung durch die chemische Reaktion zurückgeführt werden. Lemmer [LEM2] erklärt diesen Sachverhalt mit dem hohen pH-Wert im Zementleim. Durch die hohe Ionenkonzentration überwiegen die anziehenden Kräfte und es kommt zur Bildung von Agglomeraten, wodurch der Wasseranspruch steigt. Weiterhin ist Bild 26 zu entnehmen, dass innerhalb einer Stoffart (Zement, Kalkstein-mehl, Steinkohlenflugasche) eine relativ gute Korrelation zwischen dem Wasser-anspruch nach Okamura und Puntke vorliegt, dies aber im Vergleich zwischen den Stoffarten nicht gilt. Es zeigt sich somit deutlich, dass stoffartspezifische Eigenschaften die Ergebnisse des Wasseranspruchs beeinflussen. Mögliche Einflussfaktoren können die Kornform, aber auch Unterschiede im Saugverhalten oder chemische Reaktionen sein. Eine allgemeingültige Umrechnung der Kennwerte ist, wenn überhaupt, nur sehr aufwendig realisierbar. Bei der Beurteilung des Wasseranspruchs ist daher immer mit zu beachten, welches Prüfverfahren zur Ermittlung der Kennwerte eingesetzt wurde.

Holger Höveling 7 Versuche an Ausgangsstoffe

75

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90Wasseranspruch nach Puntke (VW / VP)

Was

sera

nspr

uch

nach

Oka

mur

a (V

W /

V P)

ZementKalksteinmehlSteinkohlenflugascheLinear (Kalksteinmehl)Linear (Zement)Linear (Steinkohlenflugasche)

Bild 26: Korrelation Wasseranspruch nach Okamura und Puntke

Vergleicht man die Kennwerte für den Wasseranspruch mit der Feinheit, z. B. der spezifischen Oberfläche aus der Korngrößenverteilung, ergibt sich ein sehr uneinheit-liches Bild (Bild 27). Während für die Zemente und Kalksteinmehle zumindest tendenziell ein Anstieg des Wasseranspruchs mit zunehmender Feinheit zu erkennen ist, ergibt sich für die Steinkohlenflugaschen im Grunde keine Korrelation. Die Versuche zeigen deutlich, dass eine Korrelation zwischen Feinheit und Wasseranspruch bei mehlkornfeinen Stoffen nicht vorhanden ist. Effekte aus der Kornverteilung, Kornform und Oberflächenstruktur der Feststoffe spielen eine wichtigere Rolle als bei gröberen Partikeln. Ein Rückschluss von der Feinheit auf den Wasseranspruch, so wie es bei groben Gesteinskörnungen üblich ist, ist somit für mehlkornfeine Stoffe nicht möglich.

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 5000 10000 15000 20000 25000Spez. Oberfläche aus der Korngrößenverteilung in cm²/g

Was

sera

nspr

uch

nach

Pun

tke

(VW

/ V P

)

Zement

Kalksteinmehl

Steinkohlenflugasche

Bild 27: Korrelation Wasseranspruch nach Puntke und spezifische Oberfläche aus der Korngrößenverteilung

7 Versuche an Ausgangsstoffen Holger Höveling

76

7.3.3 Gemische von Ausgangsstoffen Aus der Literatur ist bekannt, dass der Wasseranspruch von Gemischen mehlkornfeiner Stoffe maßgeblich vom Zusammenpassen der Kornverteilungen abhängt (Kapitel 4.3.4). Zu dieser Thematik wurden Versuche mit 4 Zementen (CEM D1, CEM E1, CEM O, CEM Q), 2 Kalksteinmehlen (KSM C, KSM E) und 2 Steinkohlenflugaschen (SFA B, SFA F1) durchgeführt (Anhang 14). In Bild 28 sind beispielhaft die Wasseranspruchs-kennwerte nach Puntke für den CEM E1 in Kombination mit den eingesetzten Füllstoffen dargestellt. Bei Gemischen von Ausgangsstoffen mit ähnlichen Korngrößenverteilungen ergibt sich ein nahezu linearer Zusammenhang bei Variation der Stoffanteile. Ausnahmen zeigen sich bei einzelnen Steinkohlenflugaschen (SFA B). In der Literatur ist umstritten (Kapitel 5.1.4.3), warum sich bei bestimmten Steinkohlenflugaschen trotz ähnlicher Korngrößenverteilungen Zwickeloptimierungen ergeben. Als Erklärung wird genannt, dass bestimmte Kornverteilungen gut zusammen passen und sich daraus Optimierungen ergeben können. Bei der Bestimmung der Korngrößenverteilung der Steinkohlenflugaschen haben sich Unterschiede in der Kornverteilung gezeigt (Kapitel 7.3.1). Werden mehlkornfeine Ausgangstoffe mit deutlich unterschiedlichen Korngrößen-verteilungen verwendet, ergibt sich ein minimaler Wert für den Wasseranspruch, der kleiner als der Wasseranspruch der eingesetzten Ausgangsstoffe ist. Dies konnte durch Versuche mit CEM E3 und KSM J (sehr feines Produkt) bestätigt werden (Anhang 14). Weiterhin wurden zur Überprüfung, wie sich Gemische von Kalksteinmehl (KSM C, KSM E) mit Zement (CEM E1) verhalten, Untersuchungen zum Wasseranspruch nach Puntke durchgeführt. Bei den in Anhang 15 dargestellten Ergebnissen zeigt sich, dass auch bei diesen Versuchen eine nahezu lineare Beziehung zwischen den Wasseranspruchswerten der eingesetzten Ausgangsstoffe für den Zement und die Zusatzstoffe ergibt. Die Korngrößenverteilungen der drei Stoffe sind ähnlich (Anhang 5 und 6). Bei Stoffen mit ähnlichen Korngrößenverteilungen ist in der Regel keine Zwickel-optimierung möglich. Daher ergibt sich der Wasseranspruch aus der Summe der einzelnen Stoffe. Bei deutlich unterschiedlicher Feinheit stellt sich eine Optimierung des Zwickelvolumens ein, da die kleinen Partikel in die Zwischenräume der größeren Partikel passen. Schmidt [SCH7] gibt den Abstand der mittleren Korndurchmesser mit einem Faktor von mindestens 6 bis 7 an (Kapitel 5.1.4.1) Da in der Praxis meistens sowohl die einzusetzenden mehlkornfeinen Stoffe als auch der Gehalt an Zement im Beton vorgegeben sind, ergeben sich Optimierungs-möglichkeiten durch kleine Verschiebungen im Verhältnis Zement zu Füllstoff in der Regel nicht. Welchen Einfluss eine Optimierung des Wasseranspruchs auf die Eigenschaften hochfließfähiger Betone hat, ist mit weiteren Versuchen zu klären.

Holger Höveling 7 Versuche an Ausgangsstoffe

77

CEM E10,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 25 50 75 100Anteil Zusatzstoff in Vol.-%

Was

sera

nspr

uch

nach

Pun

tke

(VW

/ V P

)

KSM CKSM ESFA BSFA F1

Bild 28: Einfluss von Ausgangsstoffgemischen auf

den Wasseranspruch nach Puntke

7.3.4 Einsatz unterschiedlicher Sande Im Weiteren wurde untersucht, wie sich unterschiedliche Gesteinskörnungen der Korngruppe 0 – 2 mm auf den Wasseranspruch auswirken. In Bild 29 ist beispielhaft der Wasseranspruch nach Puntke für CEM E1 in Kombination mit Sand 0/2 A und 0/2 B dargestellt. Dem Anhang 8 bzw. 9 ist zu entnehmen, dass sich die beiden eingesetzten Sande deutlich in der Sieblinie unterscheiden. Während Sand 0/2 A ca. 0,1 M.-% Mehlkorn enthält, liegt der Mehlkorngehalt im Sand 0/2 B bei ca. 5 M.-%. Eine Bestimmung des Wasseranspruchs nach Puntke war bei den Mischungen bis zu einem Sandanteil von 50 Vol.-% möglich, da das Prüfgut bei höheren Zugaben nicht zusammenhielt und damit nicht mehr zu beurteilen war. Wie zu erwarten, fällt der Wasseranspruch mit zunehmendem Sandgehalt deutlich ab. Ein relevanter Unterschied zwischen den beiden Sanden ist nicht feststellbar. Diese Aussage bestätigte sich auch bei den durchgeführten Versuchen mit weiteren Zementen (CEM D1, CEM O, CEM Q, Anhang 16). Als Grund kann angeführt werden, dass der Wasseranspruch maßgeblich durch den eingesetzten Zement bestimmt wird. Die Unterschiede in den Sieblinien der Sande wirken sich nicht merklich aus.

7 Versuche an Ausgangsstoffen Holger Höveling

78

CEM E1

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0 10 20 30 40 50 60Anteil Sand in Vol.-%

Was

sera

nspr

uch

nach

Pun

tke

(V W

/ V K

)

Sand 0/2 ASand 0/2 B

Bild 29: Einfluss unterschiedlicher Sandsieblinien

auf den Wasseranspruch nach Puntke 7.3.5 Einsatz von Mikro- bzw. Nanosilika Der Literatur ist zu entnehmen, dass durch den Einsatz sowohl von Mikro- als auch von Nanosilika eine Optimierung im Mehlkornbereich erreicht werden kann (Kapitel 5.1.4.4). Hierzu wurden Versuche mit CEM E1, SFA B und sowohl einer Nanosilika-Slurry (ST A), die eine Zulassung als Stabilisierer besitzt, als auch mit einer Mikrosilika-Slurry (Mikro A) durchgeführt. Der Wasseranteil der Slurry wurde bei der Ermittlung der Wasseranspruchswerte berücksichtigt. Bei Versuchen mit ST A zeigt sich bei geringen Dosierungen nahezu keine Veränderung des Wasseranspruchs nach Puntke. Ab einer Dosierung von ca. 2 Vol.-% steigt der Wasseranspruch deutlich an (Bild 30). Bei Verwendung von Mikro A sinkt der Wasseranspruch bis zu einer Dosierung von ca. 2 Vol.-% Mikrosilika merklich ab und steigt bei höherer Dosierung ebenfalls an. Die genauen Messwerte können dem Anhang 17 entnommen werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sowohl Nanosilika als auch insbesondere Mikrosilika den Wasseranspruch signifikant beeinflussen. Die sehr kleinen Partikel sind in der Lage, die Zwickel zwischen den übrigen mehlkornfeinen Stoffen auszufüllen und somit das Zwickelvolumen zu verringern. Wird die Dosierung über die notwendige Menge zur Zwickelfüllung gesteigert, nimmt der Wasseranspruch durch die sehr große Feinheit stark zu. Die beschriebenen Effekte sind für Mikrosilika ausgeprägter als für Nanosilika.

Holger Höveling 7 Versuche an Ausgangsstoffe

79

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 2 4 6 8 10 12Anteil Silika in Vol.-%

Was

sera

nspr

uch

nach

Pun

tke

(VW

/ V P

)

CEM E3 / SFA B / ST A

CEM E3 / SFA B / Mikro A

Bild 30: Einfluss von Mikro- und Nanosilika auf den Wasseranspruch nach Puntke

7.3.6 Ausgangsstoffe einschl. Zusatzmitteln Bei dieser Versuchsreihe wurde der Einfluss von Betonzusatzmitteln auf den Wasseranspruch untersucht. Es kamen zwei Fließmittel auf PCE- bzw. PC-Basis (FM B, FM E), ein organischer Stabilisierer (ST C) und eine Nanosilika-Slurry (ST A) zur Anwendung (Anhang 18). Zur Bestimmung der Wasseranspruchskennwerte wurden die Zusatzmittel dem Anmachwasser im entsprechenden Verhältnis zugemischt und der Versuch mit diesem Gemisch durchgeführt. Das Verhältnis Wasser zu Fließmittel betrug 20/1. Die Ermittlung der Kennwerte für den Wasseranspruch nach Puntke war möglich, jedoch gab es Schwierigkeiten mit der visuellen Beurteilung des Sättigungspunktes. Die Zusatzmittel erzeugen einen glänzenden Film auf dem Feststoff, so dass die genaue Beurteilung sehr subjektiv ist. Ausgewählte Ergebnisse können Bild 31 entnommen werden. Während das Fließmittel zu einer Verringerung des Wasseranspruchs führt, hat der organische Stabilisierer ST C nahezu keinen Einfluss auf den Wasseranspruch. Der Einfluss der Nanosilika-Slurry ist sowohl ohne als auch in Verbindung mit den anderen Zusatzmitteln sehr ähnlich. Hieraus ergibt sich ein nahezu paralleler Verlauf zwischen dem Referenzversuch ohne Fließmittel und den Versuchen mit Zusatzmitteln bei unterschiedlichen Dosierungen der Nanosilika. Der Wasseranspruch nach Okamura ist mit Fließmitteln ebenfalls nur ungenau zu bestimmen, da sich sehr steile Regressionsgeraden ergeben und dadurch die Streuungen für die Regressionsberechnung relativ groß werden. Tastversuche haben gezeigt, dass Fließmittel auch auf den Wasseranspruch nach Okamura einen deutlichen Einfluss haben.

7 Versuche an Ausgangsstoffen Holger Höveling

80

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5Gehalt an Nanosilika (ST A) in Vol.-%

Was

sera

nspr

uch

nach

Pun

tke

(VW

/ V P

)

CEM L / SFA F2 / ST A+ FM B+ FM B und ST C

Bild 31: Einfluss von Zusatzmitteln auf den Wasseranspruch nach Puntke

7.4 Zusammenfassung der Versuche an den Ausgangsstoffen

Aus den durchgeführten Versuchen können folgende Aussagen und Folgerungen zusammengefasst werden:

• Der Wasseranspruch nach Puntke streut bei Wiederholversuchen mit unterschied-lichen Laboranten stark. In dieser Arbeit wurden daher Versuchsserien von nur einem Laboranten durchgeführt. Bei den weiteren Kennwerten für den Wasser-anspruch nach Okamura und bei Normsteife nach DIN EN 196 ist dieser Sachverhalt nicht zu beobachten.

• Die in der Regel eingesetzten mehlkornfeinen Ausgangsstoffe für hochfließfähige Betone liegen in einem ähnlichen Kornband. Die Kornverteilungen der Steinkohlen-flugaschen verlaufen tendenziell etwas flacher als bei den Zementen und den Kalksteinmehlen.

• Die aus der Korngrößenverteilung berechneten Kennwerte für die Feinheit (spezifische Oberfläche, mittlerer Korndurchmesser, Feinheitsparameter im RRSB-Netz, usw.) korrelieren für alle Stoffe gut.

• Die spezifische Oberfläche nach Blaine scheint kein aussagekräftiger Kennwert zum Vergleich der Feinheit zwischen Steinkohlenflugaschen und anderen gebrochenen mehlkornfeinen Stoffen zu sein, da anscheinend die Oberflächenstruktur der Stoffe einen wesentlichen Einfluss auf die Messwerte nach Blaine hat. Inwieweit auch Abweichungen bei der Messung im Lasergranulometer auftreten, ist nicht bekannt. Zur Charakterisierung der Feinheit wird in dieser Arbeit die spezifische Oberfläche aus der Korngrößenverteilung verwendet.

• Bei fast allen untersuchten Ausgangsstoffen ist der Wasseranspruch nach Okamura am größten und der Wasseranspruch nach Puntke zeigt den niedrigsten Wert. Ausnahmen ergeben sich für den Wasseranspruch bei Normsteife nach DIN EN 196 bei einigen Steinkohlenflugaschen.

Holger Höveling 7 Versuche an Ausgangsstoffe

81

• Der Wasseranspruch nach Puntke und nach Okamura korrelieren bei gleichen Ausgangsstoffarten, wie Zement, Kalksteinmehl oder Steinkohlenflugasche, gut. Bei unterschiedlichen Ausgangsstoffarten ergeben sich Differenzen. Bei der Beurteilung des Wasseranspruchs ist daher immer zu beachten, welches Prüfverfahren eingesetzt wurde.

• Bei mehlkornfeinen Stoffen kann nicht von der Feinheit auf den Wasseranspruch geschlossen werden.

• Beim Einsatz von Ausgangsstoffen mit ähnlichen Korngrößenverteilungen ergeben sich meist lineare Abhängigkeiten bei Variation der Stoffanteile. Lediglich bei einigen Steinkohlenflugaschen und deutlich unterschiedlichen Korngrößenverteilungen ist eine merkliche Zwickeloptimierung und damit eine Verringerung des Wasser-anspruchs zu beobachten.

• Unterschiedliche Sieblinien der Gesteinskörnung 0/4 wirken sich nur gering auf den Wasseranspruch nach Puntke aus.

• Durch den Einsatz von Nano- und vor allem Mikrosilika ergibt sich eine Optimierung des Zwickelvolumens. Die Wirkung ist beim Einsatz von Mikrosilika ausgeprägter als beim Einsatz von Nanosilika.

• Während Fließmittel den Wasseranspruch reduzieren, bleiben beim Einsatz von organischem Stabilisierer die Kennwerte nahezu unverändert.

Aufbauend auf den vorgestellten Erkenntnissen werden im folgenden Kapitel Leim und Mörtel in Hinblick auf das Fließverhalten untersucht.

8 Versuche an Leim und Mörtel Holger Höveling

82

8 Versuche an Leim und Mörtel

8.1 Prüfverfahren

8.1.1 Ausbreitfließmaß für Leim und Mörtel Zur Bestimmung des Ausbreitfließmaßes für Leim und Mörtel wurde der Hägermann-Trichter nach DIN EN 459-2 [N6] (ru = 100 mm, ro = 70 mm, h = 60 mm) auf eine leicht feuchte Glasplatte gestellt und mit Leim bzw. Mörtel gefüllt. Anschließend wurde der Trichter nach oben gezogen, so dass der Mörtel frei fließen konnte. Als Maß für die Fließfähigkeit diente der Durchmesser des sich bildenden Ausbreitkuchens. Erschütterungen wie beim Ausbreitmaß für Mörtel wurden nicht durchgeführt. 8.1.2 Trichterauslaufversuch für Leim und Mörtel Zur Bestimmung der Trichterauslaufzeit am Mörtel wurde ein V-förmiger Auslauftrichter gemäß SVB-Richtlinie [Ri3] verwendet. Nach dem Befüllen des Trichters bis zum Rand und Anheben konnte die Zeitdauer in Sekunden ermittelt, die der Beton benötigt, um aus dem Trichter auszulaufen. 8.1.3 Messungen mit einem Rotationsviskosimeter Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein schergeschwindigkeitsgesteuertes Rotations-viskosimeter der Fa. Haacke eingesetzt, welches nach dem Searle-Prinzip (Außenzylinder fest, Innenzylinder dreht sich) arbeitet. Die koaxiale Messeinrichtung bestand aus einem profiliertem Außenzylinder (∅ 42,0 mm) und einem profiliertem Innenzylinder (Typ MV 2 P, ∅ 36,8 mm). Die Grundlagen der Versuche wurden der DIN 53018:1976 [N15] entnommen. Bei den Versuchen wurde ein Versuchsablauf wie in Bild 32 dargestellt verwendet. Es können 3 Bereiche unterschieden werden: • Bereich 1

In diesem Bereich wurde eine konstante Drehzahl von 1 U/min über einen Zeitraum von 1 min vorgegeben. Die maximal gemessene Schubspannung kann als Fließ-grenze interpretiert werden (Kapitel 5.3.1.4). In diesem Versuchsabschnitt wird die Probe nur sehr wenig geschert. Dadurch können Kennwerte in einem nahezu unbelasteten Zustand ermittelt werden. Als Problem stellte sich heraus, dass die rheologischen Kennwerte der unterschiedlichen Proben durch die fehlende homogenisierende Wirkung der Vorbelastung sehr große Streuungen aufwiesen.

• Bereich 2 In diesem Bereich wurde eine klassische Fließkurve aufgenommen. Hierzu wurde die Drehzahl innerhalb von 2 min von 0 auf 400 U/min gesteigert und in der gleichen Zeit auf 0 U/min zurückgefahren. Die Auswertung erfolgte am Entlastungsast nach dem Bingham-Modell. Die Anwendung bestehender rheologischer Modelle für den Belastungsast stellte sich als schwierig heraus, da die Fehler bei der Regression in Abhängigkeit des unterschiedlichen Fließverhaltens sehr groß waren (Kapitel 5.1.3.4).

Holger Höveling 8 Versuche an Leim und Mörtel

83

• Bereich 3 Im Bereich 3 wurde eine stufenweise Entlastung gewählt, wie sie bei Versuchen mit Rheometern für Mörtel üblich ist. Die Drehzahl wurde bei jeder Stufe für 30 s konstant gehalten und die minimale Schubspannung abgelesen. Mittels linearer Regression nach dem Bingham-Modell konnten die Fließparameter Fließgrenze und Viskosität bestimmt werden. Die Streuungen waren in diesem Bereich aufgrund der relativ langen Belastungsvorgeschichte am geringsten.

0

100

200

300

400

500

600

0 2 4 6 8 10 12

Zeit in min

Dre

hzah

l in

U/m

in

Bild 32: Versuchsablauf Rotationsviskosimeter

Teilweise ergeben sich aus den Regressionsberechnungen Fließgrenzen mit negativen Werten. Dies ist physikalisch nicht möglich, ergibt sich aber durch die mathematische Berechnung. In Bild 33 sind beispielhaft zwei Fließkurven für einen leicht und einen stark verflüssigten Zementleim dargestellt. Bei der unteren stark verflüssigten Probe erkennt man am Entlastungsast eine leichte Krümmung (dilatantes Verhalten), die bei der Regressionsgeraden zu einer negativen Fließgrenze führt. Lemmer [LEM2] erklärt dieses Verhalten durch die hohen Scherbelastungen während der Messung. Bei erhöhter Bewegung der Teilchen untereinander werden die adsorbierten Fließmittel-moleküle abgelöst. U. a. hierdurch entsteht das strukturviskose Verhalten des Leims. Bei hohen Scherbelastungen stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Adsorption und Desorption der Polymermoleküle ein. Erst bei geringen Scherbelastungen kommt es wieder zu einer vermehrten Anlagerung der Fließmittelmoleküle und es entsteht das beschriebene dilatante Verhalten.

3 1 2

8 Versuche an Leim und Mörtel Holger Höveling

84

y = 0,5301x - 8,5243-50

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200 250 300 350 400Schergefälle

Schu

bspa

nnun

g

Bild 33: Versuchsablauf Rotationsviskosimeter

8.1.4 Messungen mit einem Rheometer für Mörtel Bei diesen Geräten für Zementleim und insbesondere Mörtel wird ein Paddel anstelle des inneren Zylinders in einen rotierenden Zylinder gehalten und das Drehmoment aufgenommen. Durch leichte Turbulenzen werden die störenden Nebeneffekte wie Absetzen oder Wandgleiten deutlich verringert. Es können Mörtel bis zu einem Größtkorn von 2 mm (max. 4 mm) rheologisch untersucht werden. Bei den durchgeführten Untersuchungen wurde ein Rheometer der Fa. Schleibinger (Viskomat PC) verwendet. Zum Messen kam das Standardprofil zur Anwendung, welches in Bild 34 dargestellt ist. Die Auswertung erfolgte genau wie beim Stufenprogramm des Rotationsviskosimeters durch lineare Regression nach dem Bingham-Modell mit den minimalen Schubspannungswerten der einzelnen Stufen.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20

Zeit in min

Dre

hzah

l in

U/m

in

Bild 34: Versuchsablauf Rheometer für Mörtel

Holger Höveling 8 Versuche an Leim und Mörtel

85

8.2 Ergebnisse der Leim- und Mörtelversuche

8.2.1 Fließmittel In einem ersten Schritt wurden mehlkornfeine Leime mit unterschiedlichen Fließmitteln im Rotationsviskosimeter untersucht. Folgende Stoffe kamen zum Einsatz: • Gemisch aus CEM B (CEM I 32,5R) und KSM C • FM C (PCE für Transportbeton) • FM D (PC für Betonfertigteile) • FM F (Melaminsulfonat) • FM G (Naphthalinformaldehyd) Bei der Auswertung der rheologischen Messungen zeigte sich, dass die Regressions-berechungen des Bereichs 3 (Kapitel 8.1.3) am besten reproduzierbar sind. Aus diesem Grund wurden diese Berechnungen für die Auswertung der Ergebnisse verwendet. Die Ergebnisse des Bereichs 2 und besonders des Bereichs 1 wiesen sehr große Streuungen auf, so dass aus diesen Werten nur bedingt Aussagen abgeleitet werden können. In Bild 35 ist die Fließgrenze in Abhängigkeit des Fließmittelgehaltes dargestellt. Man erkennt deutlich die Unterschiede zwischen den Fließmitteln auf PC- / PCE-Basis (FM D, FM E) und den herkömmlichen Fließmitteln (FM F, FM G). Bei den Fließmitteln auf PC- / PCE-Basis ergibt sich ein Sättigungsbereich bei einer Dosierung von ca. 6,0 kg/m³. Da die Fließgrenze hier einen Wert von nahezu 0 erreicht, kann sie bei zusätzlicher Fließmittelzugabe nicht weiter sinken. Im Sättigungsbereich liegt die Viskosität bei ca. 200 mPas. Für die herkömmlichen Fließmittel kann ein Sättigungsbereich bei einer Dosierung von ca. 20 – 25 kg/m³ abgeschätzt werden. Er liegt somit bei einer ca. 3 – 4fachen Dosierung im Vergleich zum Sättigungsbereich der Fließmittel auf PC- / PCE-Basis. Die Viskositäten der herkömmlichen Fließmittel im Sättigungsbereich liegen in einem ähnlichen Bereich wie bei den PC- / PCE-Fließmittel. Die detaillierten Messwerte können dem Anhang 19 entnommen werden. Die verbesserte Wirkung der Fließmittel auf PC- / PCE-Basis im Hinblick auf die rheologischen Eigenschaften beruht im Wesentlichen auf einer sehr starken Absenkung der Fließgrenze bei geringerer Dosierung im Vergleich zu herkömmlichen Fließmitteln. Aufgrund dieser Ergebnisse wurden in dieser Arbeit für SVB nur Fließmittel auf PCE-Basis eingesetzt.

8 Versuche an Leim und Mörtel Holger Höveling

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in P

a

FM D FM E

FM F FM G

Bild 35: Einfluss unterschiedlicher Fließmittel auf die Rheologie

In einer zweiten Versuchreihe wurde der Einfluss eines Fließmittels auf PCE-Basis (FM C) auf Leime mit unterschiedlichen mehlkornfeinen Stoffen im Rotations-viskosimeter untersucht. Die drei untersuchten Leime bestanden aus CEM B (100 %), KSM C (100%) und CEM B (50 %) / KSM C (50 %), wobei alle Leime ein VW/VP-Verhältnis von 1,0 aufwiesen. Bei gleichem VW/VP-Verhältnis zeigt der Zement einen deutlich niedrigeren Sättigungs-bereich bei ca. 4 kg/m³ Fließmittel als das Kalksteinmehl bei ca. 12 kg/m³ (Bild 36). Der Sättigungsbereich für das Gemisch aus beiden Stoffen liegt in der Mitte bei ca. 8 kg/m³ Fließmittel. Auch die Viskosität im Sättigungsbereich unterscheidet sich bei den Mischungen. Beim CEM B liegt sie bei ca. 160 mPas, beim CEM B / KSM C bei ca. 300 mPas und beim KSM C bei ca. 420 mPas. Die gemessenen Kennwerte können dem Anhang 20 entnommen werden. Bei konstantem Wassergehalt (konstantes VW/VP-Verhältnis) im Leim sollte sich die Fließfähigkeit und somit auch der Fließmittelbedarf am freien Wasser im Leim orientieren. Aus diesem Grund wäre zu erwarten, dass der Leim mit Kalksteinmehl (Wasseranspruch nach Puntke VW/VP = 0,44) bei gleichem Wassergehalt weniger Fließmittel zum Erreichen des Sättigungsbereichs benötigt als der Zementleim (Wasseranspruch nach Puntke VW/VP = 0,66). Dies hat sich bei den Versuchen nicht bestätigt. Der notwendige Fließmittelgehalt zum Erreichen einer bestimmten Konsistenz ist abhängig vom eingesetzten Feststoff. Im untersuchten Beispiel ist die Adsorption der Fließmittelmoleküle beim eingesetzten Zement deutlich effektiver als beim Kalksteinmehl.

Holger Höveling 8 Versuche an Leim und Mörtel

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²

CEM BKSM CCEM B + KSM C

Bild 36: Rheologische Kennwerte bei unterschiedlichen Leimen

Für die Rezepturentwicklung bedeuten diese Erkenntnisse, dass jeder mehlkornfeine Stoff neben einem speziellen Wasserbedarf in Abhängigkeit des Wasseranspruchs einen speziellen Fließmittelbedarf aufweist. Häufig wird in diesem Zusammenhang über Unverträglichkeiten zwischen Feststoff und Fließmittel berichtet, wenn z. B. durch den Austausch des Zements der Fließmittelgehalt in einer Rezeptur deutlich verändert werden muss. In einem solchen Fall muss nicht zwangsläufig von einer Unverträg-lichkeit ausgegangen werden. Es kann sich sowohl der Wasseranspruch als auch die Fließmittelwirksamkeit durch den neuen Zement verändern. Treffen im Einzelfall beide Faktoren zusammen, kann der notwendige Fließmittelgehalt zum Erreichen der gewünschten Konsistenz stark variieren. 8.2.2 Steuerung der Fließeigenschaften 8.2.2.1 Einfluss des Wassergehaltes In einer weiteren Serie wurden die rheologischen Eigenschaften in Abhängigkeit des Wassergehalts untersucht, wobei Mörtel (CEM E1, KSM C, Sand 0/2 A, FM A) mit unterschiedlichen Verhältnissen VW/VP zur Anwendung kamen (Anhang 21). Aus Bild 37 ist zu erkennen, dass sowohl die Fließgrenze als auch die Viskosität mit steigendem VW/VP-Wert und damit steigendem Wassergehalt abnehmen. Nur durch eine Veränderung des Wassergehaltes können die Fließeigenschaften des Mörtels nicht zielgenau gesteuert werden.

8 Versuche an Leim und Mörtel Holger Höveling

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0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98VW / VP-Verhältnis

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Fließgrenze

Viskosiktät

Bild 37: Einfluss des Wassergehaltes auf die rheologischen Kennwerte

8.2.2.2 Einfluss des Wasser- / Fließmittelverhältnisses Im Weiteren wurden Mörtel mit unterschiedlichen VW/VP-Werten untersucht, wobei jeweils der Fließmittelgehalt so angepasst wurde, dass sich ein Ausbreitfließmaß zwischen 30 cm und 35 cm eingestellte. Dem Bild 38 ist zu entnehmen, dass die Herstellung dieser Mörtel über einen großen Bereich mit unterschiedlichen VW/VP-Werten möglich ist. Bei gleichem Ausbreitfließmaß sinkt die Trichterauslaufzeit mit steigendem VW/VP-Wert deutlich ab. Die detaillierten Messwerte können dem Anhang 22 entnommen werden. Durch Anpassung des Wasser- und Fließmittelverhältnisses können Mörtel genau auf die gewünschten Fließeigenschaften (Ausbreitfließmaß, Trichterauslaufzeit) eingestellt werden. Weiterhin ergibt sich die Notwendigkeit, Fließeigenschaften hochfließfähiger Betone immer durch mindestens zwei Parameter zu charakterisieren (Kapitel 5.3.1).

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0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3VW / VP-Verhältnis

Aus

brei

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ßmaß

in c

m

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Tric

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ausl

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n s

AusbreitfließmaßTrichterauslaufzeit

Bild 38: Einfluss des Wassergehaltes bei gleicher Konsistenz

Holger Höveling 8 Versuche an Leim und Mörtel

89

Zusätzlich zu den Fließeigenschaften (Konsistenz und Trichterauslaufzeit) wurden die rheologischen Eigenschaften der untersuchten Mörtel gemessen. Bei geringen VW/VP-Werten ist die Fließgrenze niedrig und die Viskosität relativ hoch, während sich bei hohen VW/VP-Werten die Abhängigkeiten umkehren (Bild 39). Weiterhin ist zu erkennen, dass das Ausbreitfließmaß nicht mit der Fließgrenze korreliert, wie es in der Literatur öfters beschrieben wird (Kapitel 5.3.1.3). Die Viskosität und die Trichterauslaufzeit korrelieren hingegen gut. Die detaillierten Messwerte können dem Anhang 22 entnommen werden. Bei geringem Wassergehalt zeigt sich das typische Fließverhalten von SVB des Mehlkorn-Typs (Kapitel 4.6). Durch die geringe Fließgrenze ist eine gute Fließfähigkeit gegeben und durch die hohe Viskosität wird die Gefügestabilität der Mischung erreicht. Bei hohen Wassergehalten zeigt sich das Fließverhalten wie bei SVB des Island-Typs. Die kinetische Energie beim Einbringen führt zur Überwindung der relativ hohen Fließgrenze und durch die geringe Viskosität wird beim Fließen nur wenig Energie abgebaut, so dass der Mörtel ähnlich weit auseinander fließt wie bei beim hochviskosen Fließen des Mehlkorn-Typs.

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0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3Vw / VP-Verhältnis

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Visk

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FließgrenzeViskosität

Bild 39: Einfluss des Wassergehaltes auf die rheologischen Eigenschaften

bei gleicher Konsistenz

8.2.3 Einflüsse aus der Mörtelzusammensetzung 8.2.3.1 Leimgehalt Aus der Literatur ist bekannt, dass der Sandanteil im Mörtel für SVB einen Wert von ca. 40 Vol.-% nicht überschreiten bzw. der Leimgehalt einen Wert von 60 Vol.-% nicht unterschreiten sollte, damit die Festkörperreibung die Fließeigenschaften nicht negativ beeinflusst (Kapitel 5.2.3). In dieser Versuchsreihe wurde untersucht, wie sich der Leimgehalt in einem Mörtel bis 4 mm auf die Fließeigenschaften auswirkt. Es sollte geklärt werden, ob kleine

8 Versuche an Leim und Mörtel Holger Höveling

90

Änderungen im Leimgehalt zu einer Veränderung der Fließeigenschaften des Leims führen. Hierzu wurden insgesamt 5 Mörtel mit Leimgehalten zwischen 58,0 Vol.-% bis 65,2 Vol.-% im Rheometer für Mörtel untersucht (Anhang 23). In Bild 40 ist die Fließgrenze für beispielhaft drei Mörtel in Abhängigkeit des Fließmittelgehaltes dargestellt. Die Mörtel mit 65,2 %, 61,2 % und 58,0 % Leim zeigen einen ähnlichen Sättigungsbereich. Es kann gefolgert werden, dass kleine Änderungen im Leimgehalt die Fließeigenschaften nur gering beeinflussen, solange der kritische Mindestwert des Leimgehaltes nicht unterschritten wird. Genaue Untersuchungen zum kritischen Leimgehalt wurden nicht durchgeführt.

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0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0FM-Gehalt in kg/m³

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Leimgehalt (65,2 %)

Leimgehalt (61,2 %)

Leimgehalt (58,0 %)

Bild 40: Einfluss des Leimgehalts auf die Fließeigenschaften

8.2.3.2 Sieblinie im Feinbereich In dieser Versuchsreihe wurde untersucht, wie sich eine Änderung der Sieblinie der Gesteinskörnung 0 bis 4 mm auf die rheologischen Eigenschaften auswirkt. Dabei wurde ein Mörtel mit unterschiedlichen Verhältnissen der Kornfraktionen 0/2 und 2/4 hergestellt (Anhang 25). Die gemessenen Fließgrenzen in Abhängigkeit des Fließmittelgehalts sind in Bild 41 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Anteil Grobkorn im Mörtel bis 4 mm die rheologischen Eigenschaften nur unwesentlich verändert.

Holger Höveling 8 Versuche an Leim und Mörtel

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2 3 4 5 6 7 8 9 10FM-Gehalt in kg/m³

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²

Anteil 2/4 (40,0 %)Anteil 2/4 (33,3 %)Anteil 2/4 (16,7 %)

Bild 41: Einfluss der Sieblinie auf die rheologischen Eigenschaften

8.2.4 Temperatureinfluss Es wurde ein Mörtel (CEM B, KSM C, Sand 0/2A) bei drei unterschiedlichen Temperaturen (+5 °C, +20 °C, +30 °C) in einer Klimakammer untersucht. Die Fließ-grenze und damit verbunden der Sättigungsbereich wird durch die Temperatur nur gering beeinflusst, wobei sich für die Mischung bei +5°C ein leicht erhöhter Sättigungsbereich zeigt (Anhang 25). Dies stimmt mit den Erfahrungen aus der Literatur überein, dass die Fließmittelwirkung bei niedrigen Temperaturen reduziert sein kann und sich eine steifere Konsistenz ergibt (Kapitel 5.6.3). Im Gegensatz zur Fließgrenze wird die Viskosität bei den Versuchen stark von der Temperatur beeinflusst. Aus Bild 42 ist zu erkennen, dass bei einer Temperatur von +30 °C die Viskosität am geringsten und bei +5 °C am höchsten ist. Insbesondere die Viskosität von fließfähigen Mörteln reagiert sensibel auf Temperaturschwankungen.

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5 °C20 °C30 °C

Bild 42: Temperatureinfluss an unterschiedlichen Mörteln

8 Versuche an Leim und Mörtel Holger Höveling

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8.3 Zusammenfassung der Leim- und Mörtelversuche

Folgende wesentliche Aussagen können aus den Leim- und Mörtelversuchen zusammengefasst werden: • PCE-Fließmittel weisen gegenüber herkömmlichen Fließmitteln eine deutlich

verbesserte Wirksamkeit auf, welche sich auf eine sehr starke Reduzierung der Fließgrenze bei geringer Dosierung bezieht.

• Es zeigt sich, dass jeder mehlkornfeine Stoff neben einem charakteristischen Wasseranspruch auch einen charakteristischen Einfluss auf die Fließmittelwirkung aufweist.

• Eine Steigerung des Wassergehaltes (VW/VP-Wert) im Mörtel führt zu einer Abnahme sowohl der Fließgrenze als auch der Viskosität.

• Durch Anpassung des Wasser- und Fließmittelgehalts können Mörtel sehr genau auf die gewünschten Fließeigenschaften (Ausbreitfließmaß, Trichterauslaufzeit) ein-gestellt werden.

• Bei geringen Wasser- und Fließmittelgehalten zeigt sich das typische Fließverhalten von SVB des Mehlkorn-Typs, welches durch eine geringe Fließgrenze und eine hohe Viskosität gekennzeichnet ist. Bei hohen Wasser- und Fließmittelgehalten zeigt sich das Fließverhalten des SVB Island-Typs.

• Die Viskosität und die Trichterauslaufzeit korrelieren gut, während das Ausbreitfließ-maß und die Fließgrenze nicht korrelieren.

• Durch kleine Veränderungen sowohl im Leimgehalt als auch in der Sandsieblinie werden die rheologischen Eigenschaften von hochfließfähigen Mörteln nur unwesentlich beeinflusst, solange die kritischen Grenzwerte für den Gehalt sowohl der feinen als auch der groben Gesteinskörnung nicht unterschritten werden. Eine Optimierung der Mischungen mit diesen Parametern ist in der Regel nicht möglich.

• Insbesondere die Viskosität in fließfähigen Mörteln reagiert sensibel auf Temperatur-schwankungen.

Die gewonnenen Erkenntnisse in Bezug auf das Fließverhalten finden bei den Betonversuchen zur Rezepturentwicklung Anwendung, die im folgenden Kapitel vorgestellt werden.

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

93

9 Versuche am Beton

9.1 Einführung

In dieser Arbeit wird angestrebt, Betone mit ähnlichem Eigenschaftsprofil herzustellen und zu vergleichen. Hierfür müssen Bereiche mit Grenzwerten für die Eigenschaften festgelegt werden. Die Verarbeitbarkeitszeit wurde zwischen 30 min bis 90 min nach Mischbeginn gewählt, in der das Setzfließmaß mit Blockierring einen Wert von ≥ 70 cm aufweisen sollte. Weiterhin wurde in Bezug auf die Sedimentationsstabilität die Abweichung im oberen Drittel beim Auswaschversuch gemäß SVB-Richtlinie des DAfStb [Ri3] zwischen -20 M.-% und -10 M.-% 30 min nach Mischbeginn eingestellt. Diese Eingrenzung ist notwendig, da nahezu jede Mischung durch eine Erhöhung der Fließzeit t500 und damit eine Erhöhung der Viskosität auf einen Wert besser als -10 M.-% einstellbar ist. Neben den Fließ- und Stabilitätseigenschaften werden in der Literatur weitere maßgebende Eigenschaften für SVB wie Entlüftungsfähigkeit und Selbstnivellierung angegeben. Die Entlüftungsfähigkeit wurde durch Messung des Luftgehaltes im Frischbeton überprüft und die Selbstnivellierung ergibt sich aus eigenen Erfahrungen automatisch mit der Vorgabe einer ausreichend großen Fließfähigkeit. Ein Mindestwert für das Setzfließmaß mit Blockierring von ≥ 70 cm ist hierfür ausreichend. Weitere Anforderungen an die Eigenschaften wie z. B. zur Blutneigung werden in der SVB-Richtlinie nicht gefordert und wurden nicht gemessen. Zur Durchführung der Versuche ist es notwendig, Ausgangsrezepturen mit ähnlichen Eigenschaften festzulegen. Diese Rezepturen wurden auf Grundlage der durchgeführten Vorversuche an den Ausgangsstoffen, Leim und Mörtel sowie weiterer Vorversuche am Beton und nach den Vorgaben von Okamura entwickelt. Weiterhin sind Erfahrungen von in der Praxis erfolgreich eingesetzten Rezepturen mit eingeflossen. Die Versuche können in Versuchsreihen zum SVB Mehlkorn-Typ, zum SVB Kombinations-Typ und in vergleichende Untersuchungen mit Fließbetonen unterteilt werden. Es wurden auch Tastversuche zur Herstellung von SVB des Island-Typs durchgeführt, die aber keine zufrieden stellenden Ergebnisse gebracht haben. Aus diesem Grund wurden SVB des Island-Typs bei den Untersuchungen nicht mit aufgenommen. Eine Übersicht der untersuchten Rezepturen kann dem Bild 43 entnommen werden. Zur Überprüfung der Empfindlichkeit in Bezug auf Wassergehaltsschwankungen wurden die Mischungen mit jeweils +/- 5 kg/m³ Wasser hergestellt. Waren die Frischbetoneigenschaften dieser Mischungen ähnlich denen der Ausgangsmischung, wurden zusätzlich Versuche mit +/- 10 kg/m³ Wasser durchgeführt.

9 Versuche am Beton Holger Höveling

94

Da aus der Literatur bekannt ist (Kapitel 5.4), dass sich die Druckfestigkeit von SVB nicht wesentlich von der Druckfestigkeit von Normalbeton unterscheidet, wurden nur zu ausgewählten Rezepturen Druckfestigkeitsuntersuchungen durchgeführt (Anhang 26 bis 57). Da sich die Literaturangaben bestätigt haben, wurde auf eine weitergehende Auswertung der Ergebnisse verzichtet.

Bild 43: Übersicht Betonrezepturen

9.2 Prüfverfahren

9.2.1 Setzfließmaß mit und ohne Blockierring Zur Bestimmung des Setzfließmaßes ohne Blockierring wird ein Setztrichter gemäß DIN EN 12350-2 [N10] mit der kleineren Grundfläche auf einen Ausbreittisch gestellt und mit Beton gefüllt. Anschließend wird der Setztrichter nach oben gezogen, so dass der Beton frei fließen kann. Als Setzfließmaß gilt der mittlere Durchmesser des sich bildenden Ausbreitkuchens. Zusätzlich wird die Fließzeit t500 bestimmt, welche der fließende Beton benötigt, um einen Durchmesser von 500 mm zu erreichen. Die Bestimmung des Setzfließmaßes mit Blockierring verläuft analog der oben beschriebenen Prüfung, mit dem Unterschied, dass der Beton beim Ausbreiten durch eine definierte Anzahl ringförmig angeordneter Stäbe, dem so genannten Blockierring, behindert wird. Der Blockierring besteht aus 16 glatten Stahlstäben (d = 18 mm), die durch einen Metallring (d = 300 mm) in regelmäßigen Abständen gehalten werden. Durch die gewonnenen Kenndaten sowie eine optische Begutachtung lässt sich neben

SVB Mehlkorn-Typ

M1 feines KSM M1a (170 kg/m³ H2O) M1b (160 kg/m³ H2O) M1c (150 kg/m³ H2O) M1d (140 kg/m³ H2O)

M2 feines KSM M3 feines KSM M4a sehr feines KSM (160 kg/m³ H2O) M4b sehr feines KSM (150 kg/m³ H2O) M5 grobes KSM M6 sehr grobes KSM

M7a SFA (170 kg/m³ H2O) M7b SFA (160 kg/m³ H2O) M8a SFA(170 kg/m³ H2O) M8b SFA (160 kg/m³ H2O) M9a feine SFA (170 kg/m³ H2O) M9b feine SFA (160 kg/m³ H2O)

M10 HOZ M11 hüttensandreicher HOZ M12 feiner Sand M13 neues FM M14 Mikrosilika

SVB Kombinations-Typ Fließbeton

K1a wenig org. Stabi K1b viel org. Stabi K1c org. Stabi – viel Wasser K1d org. Stabi

– wenig Mehlkorn

K2a wenig org. Stabi K2b viel org. Stabi K3a wenig anorg. Stabi K3b viel anorg. Stabi K4 Bentonit

F1 herkömmlicher Fließbeton F2 Fließbeton mit PCE F3 optimierter Fließbeton

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

95

der Fließfähigkeit zusätzlich eine Aussage über die Blockierneigung des Betons ableiten. In dieser Arbeit wurde im Wesentlichen das Setzfließmaß mit Blockierring einschl. der Fließzeit t500 zur Charakterisierung der Fließeigenschaften verwendet. Auf die Durchführung des Trichterauslaufversuches am Beton wurde verzichtet und die Fließzeit t500 zur Beurteilung der Viskosität verwendet. 9.2.2 Auswaschversuch zur Prüfung der Sedimentationsstabilität Die visuelle Beurteilung der Sedimentationsstabilität hat sich in der Praxis als schwierig herausgestellt. Aus diesem Grund wurde in der SVB-Richtlinie [Ri3] ein Prüfverfahren für die Sedimentationsstabilität mit aufgenommen. Beim so genannten Auswasch-versuch wird eine Zylinderform (d = 150 mm, h = 450 mm) zum Prüfzeitpunkt mit Frischbeton gefüllt. Nach 30 min erschütterungsfreier Lagerung kann der Zylinder mit Hilfe von Trennblechen in drei gleiche Bereiche unterteilt werden. Im Folgenden wird das Grobkorn auf einem Sieb der Nennlochweite 8 mm ausgewaschen und abgesiebt. Für die Bewertung der ermittelten Messwerte werden folgende Kenndaten bestimmt: prozentualer Masseanteil des Grobkorns (d > 8 mm) im jeweiligen Segment i:

8/16,i'8/16,i

Beton,i

m [g]m [M.-%] = ×100

m [g] [10.1]

prozentualer Masseanteil des Grobkorns (d > 8 mm) in der Gesamtprobe:

8/16,ges'8/16,ges

Beton,ges

m [g]m [M.-%] = ×100

m [g] [10.2]

In der SVB-Richtlinie wird für den Auswaschversuch eine Verringerung des Grobkorn-anteils im oberen Drittel des Zylinders von höchstens 20 M.-% angegeben. 9.3 Ergebnisse der vergleichenden Betonversuche

9.3.1 Steuerung der Fließeigenschaften 9.3.1.1 Einfluss des Fließmittelgehaltes Zu den untersuchten Rezepturen wurden Vorversuche am Beton zur Optimierung im Hinblick auf den Fließmittel- und Wassergehalt durchgeführt. Am Beispiel der Rezeptur SVB M1 sollen das grundsätzliche Vorgehen und die Zusammenhänge erklärt werden. Die Rezepturvariante SVB M1a basiert auf den Vorgaben von Okamura und kann dem Mehlkorn-Typ zugeordnet werden. Neben einem CEM I 42,5 R (CEM E2) kam ein Kalksteinmehl (KSM G3) als Füllstoff zur Anwendung. Die Mischungszusammensetzung und die Messergebnisse können dem Anhang 26 entnommen werden. In Bild 44 sind das Setzfließmaß mit Blockierring und die Messwerte beim Auswaschversuch für unterschiedliche Fließmittelgehalte dargestellt. Alle Mischungs-varianten des SVB M1a weisen 10 min nach Mischbeginn ein Setzfließmaß mit

9 Versuche am Beton Holger Höveling

96

Blockierring von ≥ 70 cm und oberhalb einer Fließmitteldosierung von 3,8 kg/m³ von ≥ 80 cm auf, wobei sich Unterschiede im zeitlichen Verlauf ergeben. Ab 4,5 kg/m³ Fließmittel wird ein Setzfließmaß mit Blockierring ≥ 70 cm nach 90 min erreicht und ab 5,0 kg/m³ Fließmittel ergibt sich ein nahezu gleich bleibendes Setzfließmaß mit Blockierring bis 120 min. Es ist mehr Fließmittel notwendig, als zur Einstellung der Anfangskonsistenz gebraucht wird, um gleich bleibende Konsistenzeigenschaften über einen längeren Zeitraum zu erreichen. Beginnend mit der Wasserzugabe entstehen neue Reaktionsprodukte, so dass die adsorbierten Fließmittelmoleküle überlagert werden und ihre Wirkung verlieren. Im Gegenzug können freie Fließmittelmoleküle an den Feststoffen adsorbieren, wodurch sich die Konsistenz nur wenig ändert. Ist der Überschuss an Fließmittel zu einem kritischen Zeitpunkt „verbraucht“, verliert der Beton innerhalb kurzer Zeit seine selbstverdichtenden Eigenschaften. Die Auswertung der Messwerte beim Auswaschversuch zeigt ein gegenläufiges Verhalten. Mit größer werdendem Fließmittelgehalt steigen die Messwerte über den Grenzwert an. Nur die Mischungen mit 3,3 kg/m³ und 3,8 kg/m³ halten den Grenzwert von -20 M.-% ein. Die Länge der Verarbeitbarkeitszeit und die Messwerte beim Auswaschversuch müssen genau aufeinander abgestimmt werden. Keine der untersuchten Mischungen hält die gewählten Anforderungen, ein Setzfließ-maß mit Blockierring von ≥ 70 cm nach 90 min und eine Abweichung im oberen Drittel beim Auswaschversuch zwischen -10 M.-% und -20 M.-% nach 30 min ein. Die Mischung SVB M1a / FM 4,0 ist zwar ausreichend lange verarbeitbar, sedimentiert aber zu stark, während die Mischung SVB M1a / FM 3,8 den Grenzwert von -20 M.-% beim Auswaschversuch einhält, aber nicht über 90 min verarbeitbar bleibt.

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Zeit nach Mischbeginn in min

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M 1a / FM 8,1 kg/m³M 1a / FM 6,3 kg/m³M 1a / FM 5,8 kg/m³M 1a / FM 5,0 kg/m³M 1a / FM 4,5 kg/m³M 1a / FM 4,0 kg/m³M 1a / FM 3,8 kg/m³M 1a / FM 3,3 kg/m³

-80-70-60-50-40-30-20-100

M 1a / FM 8,1 kg/m³

M 1a / FM 6,3 kg/m³

M 1a / FM 5,8 kg/m³

M 1a / FM 5,0 kg/m³

M 1a / FM 4,5 kg/m³

M 1a / FM 4,0 kg/m³

M 1a / FM 3,8 kg/m³

M 1a / FM 3,3 kg/m³

Abweichung oberes Drittel beim Auswaschversuch in M.-% Bild 44: Fließmitteloptimierung SVB M1a

9.3.1.2 Einfluss des Wassergehaltes Da die untersuchte Rezepturvariante SVB M1a mit 170 kg/m³ Wasser die gestellten Anforderungen nicht erfüllte, wurden drei weitere Varianten mit 160 kg/m³ Wasser (SVB M1b), 150 kg/m³ (SVB M1c) und 140 kg/m³ (SVB M1d) untersucht. Die Mischungszusammensetzungen und Messergebnisse können dem Anhang 27 bis 30 entnommen werden. Die Frischbetoneigenschaften der im Hinblick auf den Fließmittelgehalt optimierten Mischungen sind im Bild 45 dargestellt. Um die Anforderungen an das Setzfließmaß mit Blockierring zu erreichen, musste der Fließmittelgehalt von 4,0 kg/m³ beim SVB M1a auf 11,7 kg/m³ beim SVB M1d erhöht werden. Bis auf die Mischung SVB M1d erfüllen alle Mischungen die Anforderungen an das Setzfließmaß mit Blockierring nach 90 min. Die Mischung SVB M1d kann als noch akzeptabel angesehen werden, da der Grenzwert nur knapp unterschritten wird und die Eigenschaften sogar bis 120 min erhalten bleiben. Der Unterschied der Mischungen liegt im Fließverhalten, genauer in der Fließzeit t500. Sie liegt zwischen 12,1 s beim SVB M1a und 33,3 s beim SVB M1d nach 30 min. Weiterhin ergeben sich Unterschiede in der Bewertung der Sedimentationsstabilität, wobei nur die Mischungen SVB M1c und SVB M1d die gewählten Anforderungen

nach 30 min

9 Versuche am Beton Holger Höveling

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einhalten und der SVB M1d eine geringere Abweichung beim Auswaschversuch aufweist. Wie auch bei den Mörtelversuchen festgestellt, können am Beton die Fließeigenschaften sehr gut über die Steuergrößen Wasser- und Fließmittelgehalt eingestellt werden. Mit sinkendem Wasser- und steigendem Fließmittelgehalt erhöht sich die Fließzeit t500 (Viskosität) und die Abweichungen beim Auswaschversuch werden geringer. Jede Mischung benötigt demnach eine Mindestviskosität, um sedimentationsstabil zu sein, wobei eine Erhöhung der Viskosität über die Mindestviskosität hinaus zu einer Verbesserung der Sedimentationsstabilität führt. Für die weiteren Versuche wird der SVB M1c als Basisrezeptur zum Vergleich verwendet. Diese Rezeptur zeigt eine ausreichend lange Verarbeitbarkeitszeit und ist ausreichend viskos, damit der Grenzwert für die Sedimentationsstabilität eingehalten wird.

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g in

cm

M 1a (feines KSM, 170)M 1b (feines KSM, 160)M 1c (feines KSM, 150)M 1d (feines KSM, 140)

-80-70-60-50-40-30-20-100

M 1a / 4,0 kg/m³

M 1b / 5,7 kg/m³

M 1c / 7,2 kg/m³

M 1d / 11,7 kg/m³

Abweichung oberes Drittel beim Auswaschversuch in M.-% Bild 45: Wassergehaltsoptimierung SVB M1

9.3.2 SVB Mehlkorntyp 9.3.2.1 Übersicht Die Tabelle 8 gibt einen Überblick der untersuchten Mischungen des SVB Mehlkorn-Typs mit den wichtigsten Eigenschaften. Mischungen mit ähnlichen Eigenschaften (Verarbeitbarkeitszeit ≥ 90 min, Wert beim Auswaschversuch zwischen -10 M.-% und -20 M.-%) sind fett hervorgehoben.

nach 30 min

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

99

Bei den durchgeführten Untersuchungen wurden im Wesentlichen mehlkornfeine Ausgangsstoffe, die sich in Art und Eigenschaften unterscheiden, variiert, wobei der Zement- und Füllergehalt in der Regel konstant gehalten wurde. Der Mehlkorngehalt wurde aus eigenen Erfahrungen und wie in der Literatur beschrieben ausreichend hoch mit etwa 600 kg/m³ gewählt, so dass der kritische Mindestwert für den Leimgehalt deutlich überschritten wird. Eine weitergehende Optimierung im Hinblick auf den Mehlkorngehalt wurde nicht durchgeführt. Notwendige Änderungen im Wasser- und Fließmittelgehalt wurden durch Anpassung des Gehalts an Gesteinskörnung (gleichmäßig über alle Kornfraktionen) ausgeglichen. Weiterhin kamen Fließmittel auf PCE-Basis zur Anwendung. Zur Beurteilung der Feinheit des Mehlkorns wurde die spezifische Oberfläche aus der Korngrößenverteilung verwendet (Kapitel 7.3.1). Die detaillierten Rezepturen mit den zugehörigen Messergebnissen können dem Anhang 27 bis 46 entnommen werden. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgt getrennt nach den eingesetzten Ausgangsstoffen in den folgenden Kapiteln. Nr. Beschreibung Spez.

Oberfläche Mehlkorn1

Wasser-gehalt2

FM-Gehalt

Setzfließmaß mit Block. nach 90 min

Fließzeit t500 nach 30 min

Auswaschversuch nach 30 min

LP-Gehalt

m²/dm³ kg/m³ kg/m³ cm s oberes Drittel in M.-% Vol.-% M1a feines KSM 630 172,8 4,0 73,0 12,1 -28,9 0,8 M1b feines KSM 630 164,0 5,7 74,5 13,8 -24,6 0,6 M1c feines KSM 630 155,0 7,2 73,5 16,2 -16,2 0,9 M1d feines KSM 630 148,2 11,7 69,0 33,3 -14,3 1,2 M2 feines KSM 675 155,0 7,2 78,5 13,0 -19,9 0,4 M3 feines KSM 533 157,9 11,3 73,5 19,3 -12,1 1,0 M4a sehr feines

KSM 739 163,8 5,5 74,5 8,3 -12,9 1,2

M4b sehr feines KSM 739 154,7 6,7 74,0 13,9 -2,2 1,5

M5 grobes KSM 530 167,9 11,3 72,5 15,8 -10,6 1,5 M6 sehr grobes

KSM 427 168,6 12,3 73,5 16,4 -15,5 1,1

M7a SFA 522 175,1 7,3 79,0 15,3 -3,1 2,8 M7b SFA 522 165,4 7,7 75,5 20,4 -1,8 1,8 M8a SFA 503 174,0 5,7 75,5 12,0 -2,0 1,6 M8b SFA 503 165,6 8,0 76,5 24,3 -4,1 1,5 M9a feine SFA 609 173,2 4,5 81,5 3,8 -13,9 1,0 M9b feine SFA 609 163,7 5,3 79,0 5,2 -4,2 1,6 M10 HOZ 660 163,5 5,0 82,0 13,1 -15,2 0,9 M11 hüttensand-

reicher HOZ 798 gewählte Eigenschaften nicht herstellbar

M12 feiner Sand 634 162,8 18,3 75,0 33,0 -12,9 2,6 M13 neues FM 630 156,4 9,2 77,0 24,7 -3,4 1,9 M14 Mikrosilika 810 155,6 8,0 74,5 22,2 -10,4 1,6 Mischungen mit ähnlichen Eigenschaften: Verarbeitbarkeitszeit > 90 min, Wert beim Auswaschversuch zwischen -10 M.-% und -20 M.-%, fett hervorgehoben 1 Berechnung auf Grundlage der spezifischen Oberfläche aus der Korngrößenverteilung. 2 Werte einschließlich Wasseranteil der flüssigen Betonzusatzmittel.

Tabelle 8: Ergebnisübersicht vergleichende Betonversuche

9 Versuche am Beton Holger Höveling

100

9.3.2.2 Mehlkorn-Typ mit Kalksteinmehl Die Mischungen SVB M1 bis SVB M6 unterscheiden sich durch die eingesetzten Kalksteinmehle, wobei die weiteren Ausgangsstoffe bis auf kleine Abweichungen identisch sind. Durch Anpassung der Steuergrößen Wasser- und Fließmittelgehalt konnte mit allen Kalksteinmehlen ein SVB hergestellt werden, der das gewählte Eigenschaftsprofil erfüllt. Die Detailergebnisse können dem Anhang 27 bis 36 entnommen werden. Der maßgebliche Unterschied der eingesetzten Kalksteinmehle besteht in der Feinheit. Daher sind die Fließeigenschaften in Abhängigkeit der Feinheit, ausgedrückt als Oberfläche des Mehlkorns, dargestellt (Bild 46). Die Oberfläche des Mehlkorns wurde aus der spezifische Oberfläche der Korngrößenverteilung und dem Gehalt der einzelnen mehlkornfeinen Stoffe, einschließlich des Mehlkornanteils des Sandes, berechnet. Schwarz gekennzeichnete Messpunkte in Bild 46 sind analog der Tabelle 8 (fett hervorgehoben) Mischungen mit ähnlichen Eigenschaften (Länge der Verarbeitbarkeitszeit, Messwert beim Auswaschversuch). Graue Messpunkte deuten entweder auf viskosere Eigenschaften hin, so dass ein Wert beim Auswaschversuch besser als -10 M.-% vorliegt oder die Mischungen sind niederviskoser, so dass die Anforderungen an die Sedimentationsstabilität nicht erfüllt werden. Alle Mischungen zeigen ein Setzfließmaß mit Blockierring ≥ 70 cm 90 min nach Mischbeginn, mit Ausnahme der Mischung SVB M1d. Wie bereits erwähnt, kann diese Mischung trotzdem als akzeptabel bezeichnet werden, da der Grenzwert nur knapp unterschritten und die Eigenschaften bis 120 min erhalten bleiben. Die notwendige Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentationsstabilität nimmt mit zunehmender Feinheit ab. Der SVB M6 mit dem gröbsten Kalksteinmehl weist eine Fließzeit t500 von 16,4 s und der SVB M4a mit dem feinsten Kalksteinmehl eine Fließzeit t500 von 8,3 s auf. Die Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentationsstabilität kann bei den Mischungen mit feinen Kalksteinmehlen geringer eingestellt werden, da beim Einsatz dieser Stoffe durch größere Oberflächenkräfte und eine bessere Packungsdichte eine stabilere Suspension entsteht. Mit abnehmender Mindestviskosität nimmt die Neigung zum Bluten zu, ohne dass die Sedimentationsstabilität negativ beeinflusst wird. Insbesondere beim SVB M4 zeigten sich bei der visuellen Beurteilung Schlieren auf der Oberfläche. Hieraus folgt, dass eine visuelle Beurteilung der Sedimentationsstabilität nicht möglich ist. Eine visuelle Beurteilung bezieht sich immer auf die Blutneigung, die unabhängig von der Sedimentationsstabilität ist.

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

101

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

400 450 500 550 600 650 700 750 800Spez. Oberfläche aus der Korngrößenverteilung in m²/dm³

Setz

fließ

maß

in c

m

0

5

10

15

20

25

30

35

Flie

ßzei

t t50

0 in

s

Setzfließmaß nach 90 min

Fließzeit t500 nach 30 min

höher viskos

sedimentieren

schwarz gekennzeichnete Messwerte ==>Mischungen mit ähnlichen Eigenschaften

Bild 46: Fließeigenschaften SVB-Mehlkorn-Typ mit Kalksteinmehl

Der Wassergehalt liegt bei allen Mischungen mit Kalksteinmehl in der gleichen Größenordnung bei einer Abweichung von max. 10 % (Bild 47), wobei der Wasseranteil aus dem Fließmittel bei der Darstellung berücksichtigt wurde. Der notwendige Fließmittelgehalt nimmt mit zunehmender Feinheit ab, so dass der SVB M6 mit dem groben Kalksteinmehl 12,3 kg/m³ Fließmittel und im Vergleich der SVB M4a mit dem sehr feinen Kalksteinmehl nur 5,5 kg/m³ Fließmittel benötigt. Mit zunehmender Feinheit scheint es bei gleichem Wassergehalt mehr freies Wasser zu geben, d. h. der Wasseranspruch der Mischungen sinkt mit zunehmender Feinheit. Dies führt bei gleichem Wassergehalt zu einem geringeren Fließmittelbedarf und zu niederviskoseren Mischungen. Als Erklärung kann die Optimierung der Zwickel durch die unterschiedlichen Korngrößen beim Einsatz der feineren Kalksteinmehle angeführt werden.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

400 450 500 550 600 650 700 750 800Spez. Oberfläche aus der Korngrößenverteilung in m²/dm³

Was

serg

ehal

t in

kg/m

³

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Flie

ßmitt

elge

halt

in k

g/m

³

WassergehaltFließmittelgehalt

sedimentieren

höher viskos

schwarz gekennzeichnete Messwerte ==>Mischungen mit ähnlichen Eigenschaften

Bild 47: Wasser- und Fließmittelgehalt SVB-Mehlkorn-Typ mit Kalksteinmehl

9 Versuche am Beton Holger Höveling

102

9.3.2.3 Mehlkorn-Typ mit Steinkohlenflugasche Die Herstellung von SVB ist mit allen eingesetzten Flugaschen möglich (Anhang 37 bis 42). Von den Rezepturen SVB M7 und SVB M8 wurden nur höher viskose Mischungen, d. h. Mischungen mit sehr guter Sedimentationsstabilität hergestellt (Bild 48). Bei ähnlicher Feinheit wie die Mischungen mit Kalksteinmehl zeigt sich tendenziell eine geringere Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentationsstabilität. Dies gilt insbesondere für den SVB M9a mit der sehr feinen Steinkohlenflugasche, bei dem eine Fließzeit t500 von 3,8 s zum Erreichen der Sedimentationsstabilität ausreicht. Ähnlich wie bei der Mischung mit sehr feinem Kalksteinmehl haben sich auch bei dieser Mischung deutliche Schlieren von Blutwasser auf der Oberfläche gezeigt.

0

10

20

30

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400 450 500 550 600 650 700 750 800Spez. Oberfläche aus der Korngrößenverteilung in m²/dm³

Setz

fließ

maß

in c

m

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Flie

ßzei

t t 50

0 in

s

Setzfließmaß (90 min)

Fließzeit t500 (30 min)

schwarz gekennzeichnete Messwerte ==>Mischungen mit ähnlichen Eigenschaften

Bild 48: Fließeigenschaften SVB-Mehlkorn-Typ mit Steinkohlenflugasche

Die Mischungen mit Steinkohlenflugasche weisen tendenziell höhere Wasser- und niedrigere Fließmittelgehalte bei ähnlicher Feinheit im Vergleich zu den Mischungen mit Kalksteinmehl auf (Bild 49). Hieraus resultieren größere Wasserfilmdicken und damit niederviskosere Mischungen, die trotzdem sedimentationsstabil sind. Eine eindeutige Begründung für dieses Verhalten kann nicht angegeben werden. Folgende Überlegungen sind zu bedenken: • Der Hauptunterschied zwischen Kalksteinmehl und Steinkohlenflugasche ist in der

Kornform begründet. Positive Effekte der Steinkohlenflugaschen auf die rheologischen Eigenschaften werden in der Literatur im Wesentlichen auf den Füllereffekt und auf die Kugellagerwirkung zurückgeführt (Kapitel 5.1.4.3). Möglicherweise ist ein Füllereffekt vorhanden, d. h. die Flugaschepartikel füllen die Zwickel besser aus als vergleichbar große Kalksteinmehlpartikel. Hieraus würde eine bessere Packungsdichte und damit eine stabilere Suspension folgen.

• Der Mehlkorngehalt ist bei den untersuchten Mischungen konstant. Durch die geringere Dichte der Steinkohlenflugaschen im Vergleich zum Kalksteinmehl weisen die Steinkohlenflugaschemischungen ein leicht erhöhtes Leimvolumen (SVB M1c

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

103

37,3 Vol.-%; SVB M8a 40,1 Vol.-%) auf. Allerdings hat sich bei den Mörtelversuchen gezeigt, dass bei ausreichend Leim oberhalb des kritischen Mindestwertes geringe Schwankungen im Leimgehalt nur einen sehr geringen Einfluss auf die Fließeigenschaften haben.

• Der Vergleich der Feinheit beruht auf dem indirekten Messverfahren der Laser-granulometrie. Wie schon für die spezifische Oberfläche nach Blaine bei den Versuchen an den Ausgangsstoffen festgestellt, könnte es beim absoluten Vergleich der spezifischen Oberflächen aus der Korngrößenverteilung zwischen Steinkohlenflugaschen und Kalksteinmehl Abweichungen geben.

• Wie weiterhin bei den Leimversuchen gezeigt, hat jeder Stoff eine spezifische Fließmittelwirksamkeit. Ein geringerer Fließmittelgehalt könnte auf eine bessere Fließmittelwirkung des eingesetzten Fließmittels bei den Steinkohlenflugaschen zurückzuführen sein.

0

20

40

60

80

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140

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400 450 500 550 600 650 700 750 800Spez. Oberfläche aus der Korngrößenverteilung in m²/dm³

Was

serg

ehal

t in

kg/m

³

0

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4

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10

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Flie

ßmitt

elge

halt

in k

g/m

³

Wassergehalt

Fließmittelgehalt

schwarz gekennzeichnete Messwerte ==>Mischungen mit ähnlichen Eigenschaften

Bild 49: Wasser- und Fließmittelgehalt SVB-Mehlkorn-Typ mit Steinkohlenflugasche

9.3.2.4 Weitere Mischungen des Mehlkorn-Typs Zusätzlich wurden weitere Ausgangsstoffe in die Untersuchungen mit einbezogen. Hierzu gehören Zementart (SVB M10, SVB M11), Fließmittel (SVB M12), Feinheit des Sandes (SVB M13) und der Einsatz von Mikrosilika (SVB M14) (Anhang 43 bis 46). Beim SVB M10 kam ein CEM III/A 42,5N zum Einsatz. Dieser Zement ist etwas feiner als der bei der Referenzmischung SVB M1c eingesetzte CEM I 42,5R. Daher ergibt sich die spezifische Oberfläche des Mehlkorns zu 660 m²/dm³ im Vergleich zu 630 m²/dm³ des SVB M1c. Der SVB M10 zeigt eine geringere Mindestviskosität als die Referenz-mischung, bei leicht erhöhtem Wassergehalt und niedrigerem Fließmittelgehalt (Tabelle 8). Die Tendenz passt sehr gut zu den Versuchen mit Kalksteinmehl und Steinkohlenflugasche.

9 Versuche am Beton Holger Höveling

104

Beim SVB M11 wurde ein CEM III/B 52,5R verwendet. Dies ist ein extrem feiner hüttensandreicher Hochofenzement, der zu einer Erhöhung der spezifischen Oberfläche des Mehlkorns auf 798 m²/dm³ führt. Es wurden diverse Tastversuche durchgeführt, wobei der Wassergehalt zwischen 150 kg/m³ und 170 kg/m³ variiert wurde. Die Einstellung der erforderlichen Verarbeitbarkeitszeit war mit rel. geringen Fließmittel-gehalten zwischen 2,7 kg/m³ und 3,7 kg/m³ möglich. Allerdings waren diese Mischungen nicht sedimentationsstabil. Der Kompromiss aus Länge der Verarbeitbarkeitszeit und Sedimentationsstabilität ist nicht oder ggf. nur sehr schwer einstellbar. Anscheinend kann der notwendige Fließmittelüberschuss bei den sehr geringen Fließmittelgehalten nicht erreicht werden, ohne dass das Sedimentieren zu groß wird. Beim SVB M12 kam ein feiner Sand zur Anwendung. Dieser Sand 0/2B hat einen Mehlkorngehalt von ca. 5 Vol.-%, während der bei den übrigen Versuchen eingesetzte Sand 0/2A einen Mehlkorngehalt von ca. 0,1 Vol.-% aufweist. Durch den Austausch des Sandes erhöht sich der Mehlkorngehalt von ca. 600 kg/m³ beim SVB M1c auf 640 kg/m³ beim SVB M12. Die spezifische Oberfläche des Mehlkorn steigt aber nur geringfügig von 630 m²/m³ auf 634 m²/m³, da das Mehlkorn des Sandes im Vergleich zu anderen mehlkornfeinen Stoffen relativ grob ist. Das Mehlkorn der Sande wurde im Lasergranulometer untersucht. Bei dieser Mischung wurden ein höherer Wasser- und ein extrem hoher Fließmittelgehalt von 18,3 kg/m³ (SVB M1c 7,2 kg/m³) benötigt. Hieraus resultiert ein sehr viskoser Beton (Fließzeit t500 von 33 s), wobei sich die Messwerte beim Auswaschversuch nur geringfügig verbessert hat. Die Abweichung im oberen Drittel beim Auswaschversuch des SVB M12 liegt bei -12,4 M.-% und im Vergleich beim SVB M1c bei -16,2 M.-%. Der Wasseranspruch der Mischung scheint durch den feinen Sand extrem zu steigen. Aus diesem Grund muss sowohl der Wasser- als auch der Fließmittelgehalt erhöht werden. Die Sieblinie des Sandes beeinflusst wesentlich die Fließeigenschaften des Betons. Dies steht im Gegensatz zu den Ergebnissen der Vorversuche, bei denen sich Änderungen in der Sandsieblinie in Bezug auf den Wasseranspruch nicht bemerkbar gemacht haben. Beim SVB M13 wurde ein anderes Fließmittel auf PCE-Basis verwendet. Sowohl das standardmäßig eingesetzte Fließmittel als auch das neue Fließmittel haben einen Feststoffgehalt von ca. 30 M.-%. Mit dem neuen Fließmittel ist ein höherer Fließmittelgehalt notwendig. Weiterhin zeigt sich eine deutlich höhere Fließzeit t500 von 24,7 s im Gegensatz zum SVB M1c von 16,2 s. Hieraus folgen bessere Messwerte beim Auswaschversuch. Die Viskosität der Mischung wird im Wesentlichen durch das Wasser- / Fließmittelverhältnis gesteuert, hängt aber auch von der Wirkung des eingesetzten Fließmittels ab.

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

105

Beim SVB M14 wurden im Vergleich zur Referenzmischung zusätzlich 10 kg/m³ Mikrosilika (Feststoff) zugegeben. Zur Berechnung der Oberfläche kam ein Wert aus der Literatur für die spezifische Oberfläche von 180.000 cm²/g zur Anwendung, da die Messung mit dem vorhandenen Lasergranulometer nicht möglich war. Inwieweit dieser Wert die Realität abbildet, kann nicht gesagt werden. Die Einstellung der Eigenschaften innerhalb der Grenzwerte ist einfach möglich. Lediglich der Fließmittelgehalt musste leicht erhöht werden. Weiterhin zeigt sich eine höhere Fließzeit t500, die zu geringeren Abweichungen beim Auswaschversuch führen. Die Versuche zu den weiteren Ausgangsstoffen passen gut zu den Versuchen mit Kalksteinmehl und Steinkohlenflugasche. Die beschriebenen Tendenzen, eine geringere Mindestviskosität mit steigender Feinheit und ein geringerer Fließmittelbedarf, scheinen nicht stoffspezifisch, sondern physikalisch in Abhängigkeit der Feinheit zu sein. Wird das Mehlkorn zu fein, ist der Kompromiss auf Länge der Verarbeitbarkeitszeit und Sedimentationsstabilität nicht bzw. nur schwer einstellbar. Eine generelle Festlegung der notwendigen Mindestviskosität, wie sie häufig in der Literatur beschrieben wird (Kapitel 5.2.3.2), ist bei der großen Auswahl an unterschiedlichen Ausgangsstoffen nicht möglich. Die in der Literatur beschriebene Erhöhung des Luftporengehalts in Abhängigkeit der Viskosität (Kapitel 4.6.2) konnte bei der durchgeführten Versuchsserie nicht festgestellt werden. Die LP-Gehalte für alle Mischungsvarianten mit unterschiedlichen Viskositäten liegen in einer ähnlichen Größenordnung bis max. 2,6 Vol.-%. Allerdings muss angemerkt werden, dass im Labor bei der Prüfung des LP-Gehaltes im LP-Topf nahezu optimale Voraussetzungen für die Selbstentlüftung gegeben sind. Durch das Einfüllen über eine Rutsche, die relativ langsame Steiggeschwindigkeit im Topf und die ausreichend lange Wartezeit bis zur Prüfung kann der Beton sehr gut entlüften. Ob bei der praktischen Anwendung durch eine höhere Viskosität ein höherer LP-Gehalt entstehen kann, wurde nicht untersucht. 9.3.3 SVB Kombinations-Typ Eine Übersicht der untersuchten Mischungen des SVB Kombinations-Typs kann der Tabelle 9 entnommen werden. Es kamen sowohl organische (SVB K1 und SVB K2) als auch anorganische Stabilisierer (SVB K3 und SVB K4) zur Anwendung. Die Mischungszusammensetzungen und Messwerte können dem Anhang 47 bis 54 ent-nommen werden.

9 Versuche am Beton Holger Höveling

106

Nr. Beschreibung Spez.

Oberfläche Mehlkorn1

Wasser-gehalt2

FM- / ST-Gehalt

Setzfließmaß mit Block. nach

90 min

Fließzeit t500 nach 30 min

Auswasch-versuch nach

30 min

LP-Gehalt

m²/dm³ kg/m³ kg/m³ cm s oberes Drittel in M.-% Vol.-%

M1c feines KSM 629,8 155,0 7,2 73,5 16,2 -16,2 0,9 K1a org. Stabilisierer 544,4 174,5 5,6 / 1,2 71,5 10,6 -14,4 0,9

K1b mehr org. Stabilisierer 544,4 176,8 8,0 / 2,4 69,5 11,8 -19,9 1,5

K1c org. Stabilisierer, viel Wasser

544,4 196,0 4,3 / 6,0 73,5 8,3 -12,8 3,1

K1d org. Stabilisierer, wenig Mehlkorn 462,9 nicht herstellbar

K2a org. Stabilisierer 700,7 178,3 5,0 / 2,0 57,0 6,5 -11,2 1,3

K2b mehr org. Stabilisierer 700,7 181,5 8,1 / 4,0 78,5 9,6 -10,2 0,9

K3a anorg. Stabilisierer 544,4 173,1 4,4 / 4,0 74,5 8,1 -15,1 1,7

K3b mehr anorg. Stabilisierer 544,4 173,3 4,8 / 8,0 72,5 7,4 -22,0 1,0

K4 Bentonit 544,4 186,3 9,0 / 4,5 73,5 18,9 n. g. 2,4 Mischungen mit ähnlichen Eigenschaften: Verarbeitbarkeitszeit > 90 min, Wert beim Auswaschversuch zwischen -10 M.-% und -20 M.-%, fett hervorgehoben 1 Berechnung auf Grundlage der spezifischen Oberfläche aus der Korngrößenverteilung. 2 Werte einschließlich Wasseranteil der flüssigen Betonzusatzmittel.

Tabelle 9 : Übersicht Ergebnisse SVB-Kombinations-Typ

9.3.3.1 Kombinations-Typ mit organischem Stabilisierer Die Mischung SVB K1a basiert auf der Referenzmischung SVB M1c, jedoch mit 170 kg/m³ (+20 kg/m³) Wasser und 200 kg/m³ (-70 kg/m³) Kalksteinmehl. Mit dieser Mischung sollte überprüft werden, ob eine Erhöhung des Wassergehaltes bei gleichzeitiger Reduzierung des Mehlkorngehaltes durch den Einsatz eines organischen Stabilisierers ausgeglichen werden kann. Mit 1,2 kg/m³ eines organischen Stabilisierers auf Celluloseether-Basis (ST B) ist dies problemlos möglich. Durch den erhöhten Wassergehalt wird ein geringerer Fließmittelgehalt von 5,6 kg/m³ (SVB M1c 7,2 kg/m³) benötigt und es zeigt sich eine geringere Fließzeit t500 von 10,6 s im Vergleich zu 16,2 s beim SVB M1c. Die Messwerte beim Auswaschversuch liegen für beide Mischungen in einem ähnlichen Bereich. Der Luftporengehalt stellte sich bei 0,9 Vol.-% ein, was als sehr gut bezeichnet werden kann. Deutlich erhöhte Luftgehalte beim Einsatz von organischen Stabilisierern, wie es in der Literatur öfters beschrieben wird (Kapitel 5.1.5.2), waren bei den durchgeführten Versuchen nicht zu beobachten. Wie bereits erwähnt, liegen für die Prüfung im Labor optimale Bedingungen bei der Prüfung des LP-Gehaltes vor. Allerdings zeigten sich bei Tastversuchen mit anderen Zusatzmittelprodukten, die in dieser Arbeit nicht verwendet wurden, deutlich höhere LP-Gehalte.

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

107

Beim SVB K1b wurde der Stabilisierergehalt auf 2,4 kg/m³ verdoppelt. Die Fließeigen-schaften haben sich nahezu nicht verändert. Es ergibt sich eine leicht erhöhte Fließ-zeit t500 von 11,8 s und ein etwas schlechterer Wert beim Auswaschversuch von -19,9 M.-%. Durch die Erhöhung des Stabilisierergehalts musste der Fließmittelgehalt von 5,6 kg/m³ beim SVB K1a auf 8,0 kg/m³ beim SVB K1b erhöht werden. Bei der Mischung SVB K1c wurde der Wassergehalt auf 190 kg/m³ erhöht. Mit einer Erhöhung des Stabilisierergehalts auf 6,0 kg/m³ konnte auch diese Mischung innerhalb der festgelegten Anforderungen hergestellt werden. Es zeigt sich eine geringere Fließzeit t500 von 8,3 s im Vergleich zum SVB K1a von 10,6 s. Bei der Mischung SVB K1d wurde im Vergleich zur Mischung SVB K1a der Kalksteinmehlgehalt um 70 kg/m³ auf 130 kg/m³ reduziert. Offensichtlich ist bei dieser Mischung der kritische Mindestleimgehalt unterschritten, so dass trotz diverser Tastversuche mit unterschiedlichen Stabilisierergehalten kein funktionierender SVB hergestellt werden konnte. Um das gewählte Setzfließmaß von über 70 cm einzustellen, muss der Leim so stark verflüssigt werden, dass es zu Blut- und Sedimentations-erscheinungen kommt. Beim SVB K2 kam ein organischer Stabilisierer auf Polysaccharid-Basis (ST C) zur Anwendung. Im Vergleich zum SVB K1a mit einer Oberfläche des Mehlkorns von 544 m²/dm³ besitzt der SVB K2 eine Oberfläche des Mehlkorns von 701 m²/dm². Trotz des Einsatzes von 2,0 kg/m³ des organischen Stabilisierers war es beim SVB K2a nicht möglich, den Kompromiss aus Länge der Verarbeitbarkeitszeit und Sedimentations-stabilität einzustellen. Erst durch die Verdopplung des Stabilisierergehalts auf 4,0 kg/m³ bei der Variante SVB K2b und die damit verbundene notwendige Erhöhung des Fließmittelgehaltes von 5,0 kg/m³ auf 8,1 kg/m³ konnte problemlos ein SVB innerhalb der gewählten Anforderungen hergestellt werden. Es ist möglich, durch den Einsatz organischer Stabilisierer im Wassergehalt zu hoch dosierte SVB trotzdem gefügestabil herzustellen. Die gefundenen Beziehungen in Bezug auf die Mindestviskosität bei SVB des Mehlkorn-Typs gelten daher für SVB des Kombinations-Typs nur bedingt. Die Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentationsstabilität ist beim Einsatz organischer Stabilisierer tendenziell geringer als bei SVB des Mehlkorn-Typs. Unabhängig von der Feinheit des Mehlkorns können Fließzeiten t500 von unter 10 s erreicht werden. Dies kann im Wesentlichen auf höher wählbare Wassergehalte zurückgeführt werden, wobei die Gefügestabilität durch die Stabilisierer sichergestellt wird. Eine Erhöhung des Stabilisierergehalts über den notwendigen Mindestwert hat keine Verbesserung der Eigenschaften gebracht. Weicht die gewählte

9 Versuche am Beton Holger Höveling

108

Zusammensetzung von den Grenzwerten für z. B den Leimgehalt ab, kann auch mit Hilfe organischer Stabilisierer kein funktionierender SVB hergestellt werden. 9.3.3.2 Kombinations-Typ mit anorganischen Stabilisierer Beim SVB K3 kam ein anorganischer Stabilisierer auf Nanosilika-Basis und beim SVB K4 Bentonit zur Stabilisierung zur Anwendung. Der SVB K3a ist im Wesentlichen identisch mit dem SVB K1a, wobei lediglich der Stabilisierer ausgetauscht wurde. Die Zugabe von 4,0 kg/m³ anorganischem Stabilisierer (ST A) hat die gleiche Wirkung wie der organische Stabilisierer beim SVB K1a. Die Verdopplung des Stabilisierergehalts auf 8,0 kg/m³ beim SVB K3b hat die Eigen-schaften nicht verbessert. Ähnlich wie beim SVB K1 musste der Fließmittelgehalt in Abhängigkeit der Stabilisiererdosierung von 4,0 kg/m³ auf 4,8 kg/m³ leicht erhöht werden, während sowohl die Fließzeit t500 als auch der Wert beim Auswaschversuch

leicht stiegen. Der Anstieg des Wertes beim Auswaschversuch hat zu einer leichten Überschreitung der festgelegten Anforderungen geführt. Der SVB K4 wurde mit 4,5 kg/m³ Bentonit zur Stabilisierung hergestellt. Das Bentonit wurde vor der Zugabe zum Beton in Wasser quellen gelassen, welches beim Zugabewasser angerechnet wurde. Es konnte einfach ein SVB hergestellt werden, der die Anforderungen an die Verarbeitbarkeitszeit einhält. Die Sedimentationsstabilität wurde nicht untersucht. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sowohl anorganische als auch organische Stabilisierer eine vergleichbare stabilisierende Wirkung im Beton aufweisen. 9.3.4 Fließbeton Die untersuchten Fließbetone mit ausgewählten Mischungsbestandteilen und Eigenschaften sind in Tabelle 10 dargestellt. Die Detailergebnisse können dem Anhang 55 bis 57 entnommen werden.

Nr. Beschreibung Spez.

Oberfläche Mehlkorn1

Wassergehalt2 FM / ST-Gehalt Ausbreitmaß nach 30 min

Ausbreitmaß nach 90 min LP-Gehalt

m²/dm³ kg/m³ kg/m³ cm cm Vol.-% F1 herkömmlich 322,9 183,5 5,0 / -- 66,0 53,0 1,1 F2 PCE 322,9 181,1 1,6 / -- 62,0 46,5 2,6 F3 optimiert 417,7 183,0 4,6 / 2,0 64,5 63,5 1,3

1 Berechnung auf Grundlage der spezifischen Oberfläche aus der Korngrößenverteilung. 2 Werte einschließlich Wasseranteil der flüssigen Betonzusatzmittel.

Tabelle 10: Übersicht Ergebnisse Fließbeton

Der Fließbeton F1 kann als konventionell bezeichnet werden, wobei die Rezeptur aus einem Transportbetonwerk übernommen wurde. Wie dort üblich, wird mit dem

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

109

Fließmittel auf Naphthalinsulfonat-Basis (FM C) eine Grundkonsistenz zwischen 40 cm und 45 cm Ausbreitmaß eingestellt und 30 min nach Mischbeginn auf der Baustelle das restliche Fließmittel zugegeben, um auf ein Ausbreitmaß von über 60 cm zu kommen. Dieses Vorgehen wurde für die Laborversuche übernommen. Das Ausbreitmaß über die Zeit ist in Bild 50 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass sofort nach der zweiten Fließmittelzugabe nach 30 min die Konsistenz über die Zeit nahezu linear abnimmt. Die Forderung eines Ausbreitmaßes > 60 cm bleibt nur ca. 20 min erhalten. Beim Fließbeton F2 wurde das Fließmittel auf Naphthalinsulfonat-Basis durch ein Fließmittel auf PCE-Basis (FM A) ausgetauscht. Der sehr geringe notwendige Fließmittelgehalt von insgesamt 1,6 kg/m³ war schwierig einzustellen. Tendenziell zeigen sich die gleichen Eigenschaften wie beim Fließbeton F1. Die Konsistenz nimmt nach der zweiten Fließmittelzugabe nahezu linear über die Zeit ab. Bei dieser Mischung zeigt sich deutlich, dass für eine längere Verarbeitbarkeitszeit bei der Verwendung von PCE-Fließmitteln ein Fließmittelüberschuss vorhanden sein muss. Ist dies nicht der Fall, zeigt sich ein Verhalten wie bei herkömmlichen Fließmitteln auf Naphthalinsulfonat-Basis. Beim Fließbeton F3 wurden die gesammelten Erfahrungen aus den SVB-Versuchen bei der Entwicklung für eine Fließbetonrezeptur angewendet, mit dem Ziel, eine gleichmäßige Konsistenz über eine Verarbeitbarkeitszeit bis 90 min zu erreichen. Hierzu wurden einige Veränderungen in der Mischung vorgenommen. Aus der Erfahrung, dass sich eine fließfähige Konsistenz mit einem höheren Leimgehalt einfacher einstellen lässt, wurde der Mehlkorngehalt von 360 kg/m³ (330 kg/m³ Zement und 30 kg/m³ Steinkohlenflugasche) beim Fließbeton F1 deutlich auf ca. 480 kg/m³ (360 kg/m³ Zement und 120 kg/m³ Steinkohlenflugasche) beim Fließbeton F3 erhöht. Zum Vergleich haben die untersuchten SVB des Mehlkorn-Typs einen Mehlkorngehalt von 600 kg/m³. Der Wassergehalt wurde bewusst nicht erhöht, um mit einer ausreichend hohen Fließmitteldosierung ein längere Verarbeitbarkeitszeit und daraus folgend eine höhere Viskosität zur Stabilisierung zu erreichen. Durch den Einsatz eines organischen Stabilisierers sollte die Gefügestabilität weiter verbessert werden. Zusätzlich muss durch den Einsatz des Stabilisierers der Fließmittelgehalt erhöht werden, was sich wiederum positiv auf die Länge der Verarbeitbarkeitszeit auswirkt. Dem Bild 50 ist zu entnehmen, dass das Ziel, ein Ausbreitmaß größer 60 cm nach 90 min einzuhalten, erreicht wurde.

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Aus

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Fließbeton F1

Fließbeton F2

Fließbeton F3

Bild 50: Fließeigenschaften Fließbetone

9.3.5 Zusammenfassung der vergleichenden Betonversuche Folgende Aussagen können aus den dargestellten Ergebnissen zusammengefasst werden: Steuerung der Fließeigenschaften • Zur Einstellung einer gleich bleibenden Konsistenz über einen längeren Zeitraum mit

PCE-Fließmitteln muss der Beton mit einem Fließmittelüberschuss hergestellt werden. Ist der Fließmittelüberschuss verbraucht, verliert der Beton sehr schnell die selbstverdichtenden Eigenschaften. Mit steigendem Fließmittelgehalt bei konstantem Wassergehalt verschlechtert sich die Sedimentationsstabilität. Die Versuche haben gezeigt, dass die Einstellung des Fließmittelüberschusses tendenziell mit höheren Fließmittelgehalten einfacher möglich ist.

• Die Fließeigenschaften des Betons können sehr genau durch das Verhältnis von Wasser zu Fließmittel gesteuert werden. Mit sinkendem Wasser- und steigendem Fließmittelgehalt erhöht sich die Fließzeit t500 (Viskosität) und die Sedimentations-stabilität wird verbessert. Das eingesetzte Fließmittel hat ebenfalls einen Einfluss auf die Viskosität.

• Die Herstellung von SVB ist mit sehr unterschiedlichen Ausgangsstoffen durch Anpassung des Wasser- und Fließmittelverhältnisses möglich. Zu den Ausgangsstoffen gehören verschiedene Kalksteinmehle, Steinkohlenflugaschen aber auch Zemente und Betonzusatzmittel.

• Beim Einsatz unterschiedlich feiner Stoffe im Mehlkornbereich kommt es zur Zwickeloptimierung, so dass bei ähnlichem Wassergehalt mehr freies Wasser zur Verfügung steht und weniger Fließmittel benötigt wird. Ist die spezifische Oberfläche des Mehlkorns zu groß, ist der Kompromiss im Hinblick auf die Länge der Verarbeitbarkeitszeit und die Sedimentationsstabilität nicht bzw. nur sehr schwer einstellbar.

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

111

• Jede Mischung benötigt eine individuelle Mindestviskosität, um sedimentationsstabil zu sein. Die notwendige Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentations-stabilität nimmt mit zunehmender Zwickeloptimierung des Mehlkorns ab. Der wesentliche Grund hierfür liegt in der Verbesserung der Packungsdichte. Darüber hinaus ergibt sich ein stabilisierender Effekt aus der großen spezifischen Oberfläche der zur Zwickeloptimierung notwendigen sehr feinen Stoffe.

• Die Mischungen mit Steinkohlenflugasche weisen bei ähnlichen Fließeigenschaften tendenziell geringere Mindestviskositäten bei höherem Wasser- und geringerem Fließmittelgehalt auf als die Mischungen mit Kalksteinmehl.

• Eine generelle Festlegung der notwendigen Mindestviskosität, wie sie häufig in der Literatur beschrieben wird, ist bei der großen Anzahl unterschiedlicher Ausgangs-stoffe nicht möglich.

• Eine visuelle Beurteilung der Sedimentationsstabilität ist nicht möglich, da sich diese im Wesentlichen auf die Bluteigenschaften bezieht, die unabhängig von der Sedimentationsstabilität der groben Bestandteile ist.

Einsatz von Stabilisierern • Es ist möglich, in Bezug auf den Wassergehalt zu hoch eingestellte SVB durch den

Einsatz von Stabilisierern trotzdem sedimentationsstabil herzustellen. Dies gilt sowohl für organische als auch für anorganische Stabilisierer.

• Die Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentationsstabilität ist beim Einsatz von Stabilisierern tendenziell geringer als beim SVB Mehlkorn-Typ, was auf höher wählbare Wassergehalte zurückgeführt werden kann. Diese Mischungen sind trotzdem gefügestabil.

• Eine Erhöhung des Stabilisierergehalts über einen maximal wirksamen Gehalt hat keine Verbesserung der Eigenschaften gebracht.

• Weicht die gewählte Zusammensetzung zu weit vom Optimum ab, kann auch mit Hilfe eines Stabilisierers kein funktionierender SVB hergestellt werden. Dies gilt insbesondere für den Mehlkorngehalt, wenn der kritische Mindestwert für den Leimgehalt unterschritten wird.

• Die in der Literatur beschriebene Erhöhung des Luftporengehalts in Abhängigkeit der Viskosität hat sich bei der durchgeführten Versuchsserie nicht bestätigt. Auch eine generelle Erhöhung beim Einsatz von Stabilisierern konnte nicht festgestellt werden. Dies ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass die Mischungen des SVB Kombinations-Typs mit Stabilisierer in der Regel niedrigere Viskositäten aufwiesen.

Fließbetone • Herkömmliche Fließbetone mit Fließmitteln auf Naphthalinsulfonat-Basis zeigen eine

nahezu lineare Konsistenzabnahme nach Fließmittelzugabe auf der Baustelle. Der Zielwert der Konsistenz wird maximal 30 min eingehalten.

9 Versuche am Beton Holger Höveling

112

• Durch Einsatz eines Fließmittels auf PCE-Basis ändert sich das Konsistenzverhalten über die Zeit nicht wesentlich, so lange das Fließmittel nur gering dosiert wird und kein Fließmittelüberschuss vorhanden ist.

• Benutzt man die Erfahrungen aus der SVB-Technologie, wie erhöhter Mehlkorn- und Fließmittelgehalt, Fließmittelüberschuss und ggf. Einsatz von Stabilisierern, kann ein Fließbeton mit einer Verarbeitbarkeitszeit bis über 90 min hergestellt werden.

9.4 Untersuchungen zur Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen im Wasser-

gehalt

9.4.1 Einführung Die in den vorherigen Kapiteln vorgestellten Rezepturen wurden zusätzlich in Bezug auf die Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen im Wassergehalt untersucht. Hierzu wurden die Mischungen planmäßig mit +/- 5 kg/m³ Wasser und bei sehr unempfindlichen Mischungen mit +/- 10 kg/m³ Wasser hergestellt. Wenn in diesem Kapitel der Arbeit von Empfindlichkeit gesprochen wird, ist immer die Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen im Wassergehalt gemeint. 9.4.2 SVB Mehlkorn-Typ Die Darstellung der Versuchsergebnisse erfolgt in Robustheitsdiagrammen (Bild 51). Bei dieser Darstellung ist im oberen Teil des Diagramms das Setzfließmaß mit Blockierring nach 90 min aufgetragen. Dies ist das maßgebende Kriterium, ob die Länge der Verarbeitbarkeitszeit eingehalten wird. Neben dem Messwert der Ausgangsmischung werden die Messwerte bei Schwankungen im Wassergehalt, der Bereich der Messwerte und der gewählte Grenzwert dargestellt. Als weitere maßgebende Größe für die Fließfähigkeit wird die Fließzeit t500 nach 30 min mit in die Darstellung aufgenommen. Im unteren Teil des Diagramms sind die Messwerte beim Auswaschversuch zur Beurteilung der Sedimentationsstabilität 30 min nach Mischbeginn dargestellt. Für die Messwerte beim Auswaschversuch muss die Beurteilung zu Beginn der Verarbeitbarkeitszeit erfolgen, da der Beton durch das Ansteifen über die Zeit sedimentationsstabiler wird. Die weiteren Angaben sind analog zu den Informationen für das Setzfließmaß mit Blockierring dargestellt. Bei den in Bild 51 dargestellten Varianten des SVB M1 ist zu erkennen, dass alle Ausgangsmischungen die Anforderungen an das Setzfließmaß mit Blockierring (SVB M1d, Kapitel 9.3.2.2) einhalten. Der Messwertebereich bei Wassergehalts-schwankungen von +/- 5 kg/m³ Wasser für das Setzfließmaß mit Blockierring wird mit sinkendem Wasser- und steigendem Fließmittelgehalt (steigender Viskosität) in der Mischung deutlich geringer, d. h. die Mischungen werden unempfindlicher gegenüber Wassergehaltsschwankungen.

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

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Die Anforderungen an die Messwerte beim Auswaschversuch für die Ausgangs-mischung werden nur von den Varianten SVB M1c und SVB M1d erfüllt. Während der Messwertebereich bei Wassergehaltsschwankungen beim Auswaschversuch beim SVB M1a groß ist, ist der Messwertebereich bei Wassergehaltsschwankungen bei den weiteren Mischungsvarianten relativ ähnlich. Mit steigender Viskosität wird der Beton sedimentationsstabiler. Während der SVB M1c gerade nicht unempfindlich gegenüber Wassergehalts-schwankungen von +/- 5 kg/m³ ist, kann der SVB M1d als unempfindlich bezeichnet werden. Es kann gefolgert werden, dass die Viskosität und davon abhängig der Fließmittelgehalt maßgeblich die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehalts-schwankungen beeinflusst. Der SVB M2 zeigt sowohl große Messwertebereiche bei der Verarbeitbarkeitszeit als auch beim Auswaschversuch. Der im Vergleich zum SVB M2 höher viskosere und mit höherem Fließmittelgehalt hergestellte SVB M3 zeigt ein ähnliches Verhalten wie der SVB M1c. Die Grenzwerte für das Setzfließmaß mit Blockierring und die Messwerte beim Auswaschversuch werden knapp nicht eingehalten. Der SVB M4 mit dem sehr feinen Kalksteinmehl zeigt in Bezug auf die Verarbeitbar-keitszeit größere Messwertebereiche beim Setzfließmaß mit Blockierring als der SVB M1c. In Bezug auf die Sedimentationsstabilität sind die Messwertebereiche geringer. Anscheinend hat die Zwickeloptimierung des Mehlkorns nicht nur eine positive Wirkung auf die Sedimentationsstabilität, sondern auch auf die Empfindlichkeit in Bezug auf die Sedimentationsstabilität. Der SVB M5 mit dem groben und der SVB M6 mit dem sehr groben Kalksteinmehl zeigen sehr geringe Messwertebereiche für die Verarbeitbarkeitszeit, wobei sogar die Grenzwerte nach 120 min eingehalten werden. Der Messwertebereiche für die Sedimentationsstabilität ist ähnlich dem des SVB M1c. Die Besonderheit des SVB M5 und SVB 6 liegt in den hohen verwendeten Fließmittelgehalten. Es bestätigt sich, dass ein hoher Fließmittelgehalt positive Einflüsse auf die Empfindlichkeit und hierbei insbesondere in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit aufweist.

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M1d M

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s

M4b

Auswaschversuch nach 30 min

Setzfließmaß nach 90 min

Messwerte + 5 l/m³ WasserMesswerte AusgangsmischungMesswerte - 5 l/m³ WasserFließzeit t500 nach 30 min in sGrenzwert

10,3 s

Schwankungsbereich

Bild 51: Wassergehaltsschwankungen SVB Mehlkorn-Typ (mit Kalksteinmehl)

In Bild 52 sind die weiteren Mischungen des SVB-Mehlkorn-Typs im Vergleich zur Referenzmischung SVB M1c dargestellt. Bei den Mischungsvarianten des SVB M7 mit Steinkohlenflugasche werden die Messwertebereiche mit steigender Viskosität geringer, vergleichbar dem Verhalten des SVB M1. Die Varianten des SVB M8 weisen relativ ähnliche Messwertebereiche auf. Beim SVB M9 mit der sehr feinen Steinkohlenflugasche zeigen sich ähnliche Tendenzen wie beim SVB M4 mit dem sehr feinen Kalksteinmehl. Während die Sedimentationsstabilität einen sehr geringen Messwertebereich aufweist, ergeben sich in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit große Messwertebereiche. Die Begründung kann in dem geringeren Fließmittelgehalt des SVB M9 (SVB M 9a 4,5 kg/m³, SVB M9b 5,3 kg/m³) im Vergleich zum SVB M1c von 7,2 kg/m³ gesehen werden. Der SVB M10 (Hochofenzement), SVB M12 (feiner Sand), SVB M13 (neues Fließmittel) und SVB M14 (Mikrosilika) zeigen keine Besonderheiten und passen zu den dargestellten Ergebnissen.

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M1c

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s

M7a

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M8b

M9a

M10

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Auswaschversuch nach 30 min

Setzfließmaß nach 90 min

Messwerte + 5 l/m³ WasserMesswerte AusgangsmischungMesswerte - 5 l/m³ WasserFließzeit t500 nach 30 min in sGrenzwert

10,3 s

SchwankungsbereichM

7b

24,3

s

M9b

33,0

sM

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Bild 52: Wassergehaltsschwankungen SVB Mehlkorn-Typ (weitere Mischungen)

Die vorgestellten Versuchsergebnisse zeigen deutlich, dass für die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen unterschiedliche Einflüsse für die Verarbeit-barkeitszeit und die Sedimentationsstabilität maßgebend sind. Die Empfindlichkeit in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit wird maßgeblich durch die Viskosität und davon abhängig den Fließmittelgehalt der Mischung beeinflusst. Mit steigendem Fließmittelgehalt werden die Messwertebereiche in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit geringer. Um Schwankungen im Wassergehalt auszugleichen, bedarf es eines Wasserpuffers. Bekannt ist, dass z. B. feines Mehlkorn (viel Oberfläche) eine solche Pufferwirkung aufweist. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass das aus organischen Substanzen aufgebaute Fließmittel einen solchen Puffer deutlich effektiver als die mehlkornfeinen Stoffe bereitstellen kann. Der Messwertebereich in Bezug auf die Sedimentationsstabilität ist bei den meisten Mischungen in einer ähnlichen Größenordnung. Um den Grenzwert beim Auswaschversuch bei Wassergehaltsschwankungen nicht zu überschreiten, sollte die Ausgangsmischung einen Wert zwischen 0 M.-% und -10 M.-% beim Auswaschversuch aufweisen. Einen kleineren Messwertebereich zeigt sich vor allem beim SVB M4 und SVB M9 mit den sehr feinen Ausgangsstoffen. Die Einflüsse besonders feiner Stoffe auf die Sedimentationsstabilität (geringere Mindestviskosität) bestätigen sich auch positiv in Bezug auf die Empfindlichkeit. Besonders große Messwertebereiche ergeben sich für nicht optimal eingestellte SVB (SVB M1a, SVB M1b, SVB M2).

9 Versuche am Beton Holger Höveling

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9.4.3 SVB Kombinations-Typ Für die Mischungen des SVB Kombinations-Typs wurden ebenfalls Untersuchungen zur Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen durchgeführt. Da sich diese Mischungen tendenziell als deutlich unempfindlicher herausgestellt haben, wurden die Mischungen jeweils mit +/- 10 kg/m³ Wasser hergestellt. Die Referenzmischung SVB M1c, die schon bei +/- 5 kg/m³ Wasser die Grenzwerte bei Wassergehaltsschwankungen verfehlte, zeigt bei +/- 10 kg/m³ Wasser, wie zu erwarten, noch größere Messwertebereiche (Bild 53). Der SVB K1a hingegen weist bei +/- 10 kg/m³ Wasser einen sehr geringen Messwertebereich für die Verarbeitbarkeitszeit auf. Der Messwertebereich für die Sedimentationsstabilität entspricht in etwa den Mischungen des Mehlkorn-Typs bei +/- 5 kg/m³ Wasser, wobei der Grenzwert beim Auswaschversuch von -20 M.-% knapp überschritten wird. Die Messwertebereiche sowohl für die Verarbeitbarkeitszeit als auch die Sedimentationsstabilität des SVB K1a überschreiten die Grenzwerte nur knapp, so dass die Mischung annähernd als unempfindlich gegenüber Wassergehalts-schwankungen von +/- 10 kg/m³ Wasser bezeichnet werden kann. Der SVB K1b mit dem doppelten Stabilisierergehalt weist leicht größere Messwerte-bereiche als der SVB K1a auf. Der SVB K1c mit dem erhöhten Wassergehalt zeigt geringere Messwertebereiche in Bezug auf die Sedimentationsstabilität, aber größere Messwertebereiche in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit. Da der SVB K1d nicht mit den gewünschten Eigenschaften herstellbar war, wurden keine Untersuchungen zu Empfindlichkeit an dieser Mischung durchgeführt. Der SVB K2 wurde in Bezug auf Wassergehaltsschwankungen nicht weitergehend ausgewertet, da die Mischungsvariante SVB K2a nicht optimal eingestellt war und für den SVB K2b die Sedimentationsstabilität nicht gemessen wurde. Die mit anorganischem Stabilisierer hergestellten SVB K3a und SVB K3b zeigen ähnliche Messwertebereiche für die Sedimentationsstabilität wie der SVB K1a und der SVB K1b. Die Messwertebereiche in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit sind hingegen sehr groß. Besonders die Mischungen mit -10 kg/m³ Wasser verliert sehr schnell die notwendige Fließfähigkeit, so dass bereits 60 min nach Mischbeginn die Anforderung an das Setzfließmaß nicht eingehalten wird. Für den SVB K4 wurden keine Versuche zur Sedimentationsstabilität durchgeführt.

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K1b K1c K2a

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Auswaschversuch nach 30 min

Setzfließmaß nach 90 min

Messwerte + 10 l/m³ WasserMesswerte AusgangsmischungMesswerte - 10 l/m³ WasserFließzeit t500 nach 30 min in sGrenzwert

10,3 s

Schwankungsbereich

nich

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esse

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Bild 53: Wassergehaltsschwankungen SVB Kombinations-Typ

Insbesondere durch den Einsatz von organischen Stabilisierern können die Messwertebereiche in Bezug auf die Empfindlichkeit gegen Wassergehalts-schwankungen verringert werden, wodurch der Schwankungsbereich gegenüber SVB des Mehlkorn-Typs von +/- 5 kg/m³ Wasser auf +/- 10 kg/m³ Wasser gesteigert werden kann. Mit anorganischen Stabilisierern können zwar geringe Messwertebereiche in Bezug auf die Sedimentationsstabilität erreicht werden, für die Verarbeitbarkeitszeit gilt dies nicht. Der notwendige Wasserpuffer zur positiven Beeinflussung der Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen wird demnach von organischen Stabilisierern besonders effektiv zur Verfügung gestellt. 9.4.4 Fließbeton Für die Fließbetone wurden ebenfalls Untersuchungen zu Schwankungen im Wassergehalt durchgeführt. Die Ausbreitmaße für Wassergehaltsschwankungen von +/- 5 kg/m³ und +/- 10 kg/m³ des Fließbetons F1 sind im Bild 54 dargestellt. Wie bereits beschrieben, ist für die Ausgangsmischung ein nahezu linearer Rückgang der Konsistenz über die Zeit zu beobachten. Die Messreihen für die über- bzw. unterdosierten Mischungen verlaufen nahezu parallel zur Ausgangsmischung. Es wurden keine Versuche zur Sedimentationsstabilität wie beim SVB durchgeführt. Ein visuell zu beobachtendes Bluten hat sich nur bei der Mischung mit +10 kg/m³ nach 30 min gezeigt, welches durch das Ansteifen bereits 60 min nach Mischbeginn nicht mehr zu beobachten war. Der Fließbeton F2 mit PCE-Fließmittel weist sehr ähnliche Eigenschaften wie der Fließbeton F1 auf (Anhang 56). Es zeigt sich, dass auch Fließbetone maßgeblich durch Schwankungen im Wassergehalt in ihren Eigenschaften beeinflusst werden. Der Unterschied zu den SVB besteht darin, dass nur in Extremfällen Probleme mit der Gefügestabilität auftreten.

9 Versuche am Beton Holger Höveling

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Weiterhin können Unterschiede in der Konsistenz auf der Baustelle durch die Steuerung der Rüttelintensitäten ausgeglichen werden. Zusätzlich ergibt sich bei den herkömmlichen Fließbetonen nicht die Problematik der Länge der Verarbeitbarkeitszeit. In Abhängigkeit der Ausgangskonsistenz wird auf der Baustelle Fließmittel zugegeben und die erforderliche Fließfähigkeit muss nur ca. 30 min erhalten bleiben.

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+ 10 l/m³ Wasser+ 5 l/m³ WasserAusgangsmischung- 5 l/m³ Wasser- 10 l/m³ Wasser

Bild 54: Fließeigenschaften Fließbeton F1

Nach 90 min halten alle Mischungsvarianten des Fließbetons F3 die Anforderung an das Ausbreitmaß von ≥ 60 cm ein (Bild 55). Damit kann diese Mischung als unempfindlich gegenüber Wassergehaltsschwankungen von +/- 5 kg/m³ Wasser bezeichnet werden.

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+ 5 l/m³ Wasser

Ausgangsmischung

- 5 l/m³ Wasser

Bild 55: Fließeigenschaften Fließbeton F3

Holger Höveling 9 Versuche am Beton

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9.4.5 Zusammenfassung der Untersuchungen zur Empfindlichkeit Folgende Erkenntnisse können aus den Untersuchungen zur Empfindlichkeit bei Schwankungen im Wassergehalt zusammengefasst werden: • Die vorgestellten Versuchsergebnisse zeigen deutlich, dass für die Empfindlichkeit

bei Wassergehaltsschwankungen andere Einflüsse für die Verarbeitbarkeitszeit als für die Sedimentationsstabilität maßgebend sind.

• Die Empfindlichkeit bei Wassergehaltsschwankungen in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit wird bei SVB des Mehlkorn-Typs maßgeblich durch das Wasser- / Fließmittelverhältnis gesteuert. Mit sinkendem Wasser- / Fließ-mittelverhältnis wird der Beton robuster.

• Die Empfindlichkeit bei Wassergehaltsschwankungen in Bezug auf die Sedimentationsstabilität wird durch die Optimierung der Zwickel im Mehlkornbereich beeinflusst. Die Optimierung der Zwickel führt zu robusteren Betonen.

• Um den Grenzwert für die Sedimentationsstabilität bei Wassergehaltsschwankungen nicht zu überschreiten, sollte die Ausgangsmischung einen Wert beim Auswaschversuch zwischen 0 M.-% und -10 M.-% aufweisen.

• Insbesondere durch den Einsatz von organischen Stabilisierern wird die Empfindlichkeit gegen Wassergehaltsschwankungen geringer. Die Untersuchungen wurden gegenüber dem SVB des Mehlkorn-Typs von +/- 5 kg/m³ Wasser auf +/- 10 kg/m³ Wasser erweitert.

• Mit anorganischen Stabilisierern können ähnlich robuste Mischungen in Bezug auf die Sedimentationsstabilität wie bei organischen Stabilisierern erreicht werden. Die Robustheit in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit wird hingegen nicht positiv beeinflusst.

• Herkömmliche Fließbetone mit Fließmitteln auf Naphthalinsulfonat-Basis zeigen bei Wassergehaltsschwankungen rel. große Schwankungen in der Konsistenz. Probleme mit der Gefügestabilität ergeben sich nur in Extremfällen. Unplanmäßige Schwankungen in der Fließfähigkeit können durch die eingebrachte Rüttelintensität ausgeglichen werden.

• Durch Anwendung der SVB-Technologie bei Fließbetonen können Rezepturen entwickelt werden, die eine Verarbeitbarkeitszeit über 90 min aufweisen und zusätzlich gegenüber Wassergehaltsschwankungen von +/- 5 kg/m³ unempfindlich sind.

10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone Holger Höveling

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10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone

10.1 Regeln für die Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone

Im Folgenden sind die wichtigsten Regeln für die Zusammensetzung hochfließfähiger Betone, die insbesondere gegenüber Wassergehaltsschwankungen unempfindlich sind, zusammengestellt. Bei der großen Auswahl an Ausgangstoffen können nur bedingt absolute Aussagen getroffen werden. Es werden Tendenzen aus den durchgeführten Versuchen abgeleitet. Es ist nicht auszuschließen, dass unter Umständen bei bestimmten Ausgangsstoffen und insbesondere Betonzusatzmitteln abweichende Eigenschaften auftreten können. Folgende Einflussparameter auf die Frischbetoneigenschaften können zusammen-gefasst werden: Fließfähigkeit • Leimgehalt: Verwendung von ausreichend Leim, damit genügend fließfähige

Trägerflüssigkeit vorhanden ist und der Übergang Kornhaufwerk zur Suspension überschritten wird.

• Gehalt an feiner Gesteinskörnung: Verwendung von ausreichend feiner Gesteinskörnung, damit Partikelkollisionen der groben Bestandteile minimiert werden.

• PCE-Fließmittel: Einsatz von Fließmitteln auf PCE-Basis, da nur diese Fließmittel eine ausreichende Wirksamkeit aufweisen und eine Verarbeitbarkeitszeit bis 90 min einstellbar ist.

Sedimentationsstabilität • Erhöhung der Viskosität: Mit steigender Viskosität wird die Sedimentationsstabilität

verbessert. Die Einstellung der Viskosität ist durch das Anpassen des Wasser- und Fließmittelverhältnisses in weiten Bereichen möglich.

• Optimierung Kornhaufwerk: Durch eine Optimierung des Kornhaufwerks im Mehlkornbereich wird die Sedimentationsstabilität verbessert. Eine Optimierung ist in der Regel nur durch den Einsatz deutlich unterschiedlich feiner Ausgangsstoffe möglich.

• Stabilisierer: Sowohl organische als auch anorganische Stabilisierer verbessern die Sedimentationsstabilität.

Verarbeitbarkeitszeit • Fließmittelüberschuss: Nur mit der Einstellung einer Fließmitteldosierung oberhalb

des so genannten Sättigungsbereiches (Fließmittelüberschuss) kann das Zurücksteifen der Mischung hinreichend lange verhindert werden.

Holger Höveling 10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone

121

• Organische Zusatzmittel: Die Empfindlichkeit in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit wird im Wesentlichen durch die organischen Zusatzmittel gesteuert. Sowohl PCE-Fließmittel als auch insbesondere organische Stabilisierer stellen im SVB einen Wasserpuffer zum Ausgleich von Wassergehaltsschwankungen bereit.

10.2 Praktische Umsetzung der Ergebnisse

Bei der Zusammensetzung von SVB in der Praxis sollten möglichst viele der genannten Regeln beachtet werden. Sicherlich wird es aus gegebenen Umständen immer wieder erforderlich sein, von der einen oder anderen Vorgabe abzuweichen, z. B. wenn die Auswahl der Ausgangsstoffe in einem Transportbetonwerk vorgegeben ist. Die letztendlich gewählte Rezeptur wird daher immer ein Kompromiss aus sehr vielen Randbedingungen sein. Folgende Hinweise sollten bei der Rezepturentwicklung Beachtung finden: Verhältnis von Wasser- zu Fließmittelgehalt • Das Verhältnis von Wasser- zu Fließmittelgehalt ist die maßgebende Steuergröße für

einen SVB. Die bestehenden Vorgehensweisen zur Rezepturentwicklung z. B. nach Okamura können zur Einstellung dieser Größe eine Hilfestellung bieten. Es müssen jedoch immer abschließende Versuche am Beton durchgeführt werden.

• Die Versuche haben gezeigt, dass durch eine Verringerung des Wasser-Fließmittel-Verhältnisses die Viskosität steigt. Hierdurch wird je nach Anwendungsfall die Verarbeitbarkeitsfreundlichkeit verschlechtert. Die Auswirkungen auf die Eigenschaften bei Schwankungen im Wassergehalt sowohl in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit als auch die Sedimentationsstabilität werden hingegen deutlich verringert. Es sollte daher trotz eventueller Nachteile in Bezug auf die Verarbeitbarkeit tendenziell ein geringeres Verhältnis von Wasser- zu Fließmittelgehalt gewählt werden.

Fließmittelgehalt • Der Fließmittelgehalt sollte tendenziell höher gewählt werden, obwohl ggf. die

Stoffkosten für den Beton dadurch steigen. Zum einen kann der Fließmittel-überschuss für die Einhaltung der Verarbeitbarkeitszeit einfacher eingestellt werden und zum anderen werden die Mischungen bei Wassergehaltsschwankungen insbesondere in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit robuster.

Mehlkornfeine Stoffe • Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass die Herstellung von SVB mit sehr

unterschiedlichen mehlkornfeinen Stoffen möglich ist. Lediglich sehr feine Zemente in höheren Dosierungen haben sich als nicht geeignet für SVB herausgestellt.

10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone Holger Höveling

122

• Ziel der Stoffauswahl sollte es sein, eine optimierte Kornverteilung im Mehlkorn-bereich zu erreichen. Effektiv möglich ist dies nur mit deutlich unterschiedlich feinen Stoffen. Neben üblichen Stoffen sollten daher auch deutlich feinere Produkte im SVB eingesetzt werden. Dies kann sowohl sehr feines Kalksteinmehl als auch sehr feine Steinkohlenflugasche, aber z. B. auch Mikrosilika sein. Bei sehr groben mehlkornfeinen Stoffen müssen die Mischungen viskoser eingestellt werden, was unter Umständen die Verarbeitbarkeit aufwendiger macht.

• Die Zementart hat sich bei den Versuchen als nicht entscheidend für die Eigenschaften herausgestellt. Es ist zwar vorstellbar, dass Hochofenzemente aufgrund der langsameren chemischen Reaktion sich positiv auf die Länge der Verarbeitbarkeitszeit auswirken, der Einfluss des Fließmittelgehaltes ist in diesem Punkt jedoch dominierend.

• Sowohl Steinkohlenflugaschen als auch Kalksteinmehle weisen Vorteile bei der Herstellung von SVB auf. Steinkohlenflugaschen führen in einigen Fällen zu stabileren Leimen, so dass niederviskosere stabile SVB hergestellt werden können. Kalksteinmehle sind aufgrund der hellen Farbe z. B. für Sichtbeton besser geeignet und führen in der Regel durch geringere Schwankungen in den Stoffeigenschaften zu weniger Problemen bei der Produktion.

Mehlkorngehalt • Untersuchungen zur wirtschaftlichen Wahl des Mehlkorngehaltes wurden nicht

durchgeführt. Tendenziell konnten mit hohen Mehlkorn- und damit hohen Leimgehalten gute Erfahrungen gesammelt werden. Für ausreichende Fließeigenschaften muss mehr Leim, als für den Übergang vom Kornhaufwerk zur Suspension notwendig ist, vorhanden sein. Ist dies der Fall, können die gewünschten Fließeigenschaften eingestellt werden. Im Hinblick auf den Festbeton (Schwind- und Kriechverhalten) und ggf. auf die Stoffkosten ist eine Optimierung des Mehlkorngehaltes möglich.

Gesteinskörnung • Feine Sande mit hohem Mehlkornanteil führen zu einem deutlichen Anstieg des

Wasseranspruchs, ohne die Eigenschaften des SVB positiv zu beeinflussen. Es sollten tendenziell mehlkornarme Sande verwendet werden.

• Zum Einfluss der groben Kornfraktionen wurden keine Untersuchungen durchgeführt. Mit den Vorgaben von Okamura bzgl. der Begrenzung der Kornfraktionen konnten die gewünschten selbstverdichtenden Eigenschaften eingestellt werden. Auch zum Einsatz unterschiedlicher Gesteinskörnungen und Durchmesser des Größtkorns wurden keine Versuche durchgeführt.

Holger Höveling 10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone

123

Stabilisierer • Es sollten organische Stabilisierer verwendet werden. Die Frischbetoneigenschaften

können deutlich verbessert werden, wobei insbesondere die Robustheit bei Wassergehaltschwankungen deutlich verbessert wird.

• Es empfiehlt sich, die Eigenschaften ohne Stabilisierer einzustellen, um die Leistungsfähigkeit der verwendeten Ausgangsstoffe zu erkennen. Durch den Einsatz organischer Stabilisierer kann der Wassergehalt erhöht und ggf. der Mehlkorngehalt reduziert werden.

• Die organischen Stabilisierer sollten als zusätzliche Sicherheit zur Robustheits-steigerung angesehen werden.

10.3 Modellvorstellung für die Empfindlichkeit bei Schwankungen im

Wassergehalt

Die durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, dass SVB mit nahezu allen Ausgangsstoffen herstellbar ist, wenn die bestehenden Steuergrößen wie Wassergehalt, FM-Gehalt, Mehlkorngehalt (vgl. Kapitel 10.2) so aufeinander abgestimmt werden, dass das gewünschte Eigenschaftsprofil erreicht wird. Die Empfindlichkeit bei Wassergehaltsschwankungen wird durch die verschiedenen Ausgangsstoffe und Zusammensetzungen in unterschiedlicher Weise beeinflusst. Wie dies geschieht, wird mit Hilfe der folgenden Modellverstellung aufgezeigt. Ziel ist es, einen Beton mit selbstverdichtenden Eigenschaften, der zusätzlich robust bei Wassergehaltsschwankungen ist, herzustellen. Basisanforderungen Als Grundlage für einen Beton mit selbstverdichtenden Eigenschaften müssen gewisse Basisanforderungen erfüllt werden. Hierzu gehören eine geeignete Fließfähigkeit, eine ausreichend große Sedimentationsstabilität und eine angepasste Dauer der Verarbeitbarkeitszeit. Eine Zusammenfassung der Faktoren kann Bild 56 entnommen werden. Zur Einstellung der Fließfähigkeit sind ein ausreichend hoher Leimgehalt, ein ausreichend hoher Gehalt an feiner Gesteinskörnung und der Einsatz von Fließmitteln auf PCE-Basis notwendig. Hierbei kann auf die Grundlagen von Okamura [OKA 1, OKA 2] verwiesen werden. Die Sedimentationsstabilität wird im Wesentlichen über das Wasser- / Fließmittel-verhältnis gesteuert. Wird der Wassergehalt verringert und der Fließmittelgehalt gesteigert, werden die Mischungen viskoser und gleichzeitig sedimentationsstabiler. Darüber hinaus wird die Sedimentationsstabilität durch die Optimierung des Kornhaufwerks vor allem im mehlkornfeinen Bereich und durch den Einsatz von Stabilisierern beeinflusst. Beide Grundtypen, sowohl organische als auch anorganische Stabilisierer, sind hierfür geeignet.

10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone Holger Höveling

124

Die Verarbeitbarkeitszeit hängt maßgeblich von einem einzustellenden Fließmittel-überschuss ab. Darüber hinaus wirken sich sowohl der absolute Fließmittelgehalt als auch der Einsatz von organischen Stabilisierern auf die Dauer der Verarbeitbarkeitszeit aus. Robustheit bei Wassergehaltsschwankungen Für die Robustheit bei Wassergehaltsschwankungen sind 3 Faktoren maßgeblich: Wasserpuffer, Fließmittelpuffer, Strukturviskosität. Ein Wasserpuffer kann z. B. durch die Erhöhung der spezifischen Oberfläche der festen Bestandteile erreicht werden. Maßnahmen hierfür können die Erhöhung des Mehlkorngehalts oder der Einsatz besonders feiner Ausgangsstoffe sein. An den mineralischen Oberflächen kann das Wasser physikalisch gebunden werden. Dies führt in der Regel zu unempfindlicheren Betonen und ist bei Normalbeton bekannt. Diese Aussage gilt auch für SVB. Zur effektiven Steigerung der Robustheit bei Wassergehaltsschwankungen bei SVB reicht die Erhöhung der spezifischen Oberfläche des Mehlkorns nicht aus. Es muss im Beton zusätzlich ein ausreichend großer Wasserpuffer vorhanden sein, der Wassergehaltsschwankungen ausgleichen kann. Die Versuche haben gezeigt, dass organische Zusatzmittel diesen Wasserpuffer bereitstellen können. Dies gilt sowohl für Fließmittel auf PCE-Basis und als auch insbesondere für organische Stabilisierer. Bei den organischen Betonzusatzmitteln ist die Anlagerung von Wassermolekülen an die langkettigen organischen Moleküle ein wesentlicher Wirkungsmechanismus. Die durchgeführten Versuche zeigen, dass diese Art der Wasserbindung eine effektivere Wasserpufferung darstellt als beispielsweise die Bindung an mineralischen Oberflächen. Organische Stabilisierer weisen deutlich größere Bindungsmöglichkeiten als Fließmittel auf PCE-Basis auf. Darüber hinaus ist im Beton ein Fließmittelpuffer notwendig. Es ist mehr Fließmittel notwendig, als zur Einstellung der Anfangskonsistenz gebraucht wird, um gleich bleibende Konsistenzeigenschaften über einen längeren Zeitraum zu erreichen. Beginnend mit der Wasserzugabe entstehen neue Reaktionsprodukte, so dass die adsorbierten Fließmittelmoleküle überlagert werden und ihre Wirkung verlieren. Im Gegenzug können freie Fließmittelmoleküle an den Feststoffen adsorbieren, wodurch sich die Konsistenz nur wenig ändert. Ist der Überschuss an Fließmittel zu einem kritischen Zeitpunkt „verbraucht“, verliert der Beton innerhalb kurzer Zeit seine selbstverdichtenden Eigenschaften. Die Robustheit in Bezug auf die Sedimentationsstabilität wird durch die Strukturviskosität der Mischungen gesteuert. Strukturviskosität kann durch die Optimierung des Mehlkorns, durch das Wasser- Fließmittelverhältnis und durch den Einsatz von Stabilisierern gefördert werden.

Holger Höveling 10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone

125

Eine Optimierung des Mehlkorns ist möglich, wenn deutlich unterschiedlich feine Stoffe zur Anwendung kommen. Hierbei füllen die feineren Partikel die Zwickel der gröberen Partikel aus. Sowohl durch die größere Oberfläche der feineren Partikel, aber insbesondere durch die Zwickeloptimierung entsteht ein stabilerer Leim. Darüber hinaus wird die Strukturviskosität durch den Einsatz von Stabilisierern beeinflusst. Beim Einsatz anorganischer Stabilisierer ergibt sich der bereits beschriebene Einfluss aus der Zwickeloptimierung. Organische Stabilisierer führen hingegen direkt zu einer erhöhten Strukturviskosität. Die langkettigen organischen Moleküle sorgen im Ruhezustand für ein zusammenhängendes Netz, welches das Sedimentieren behindert. Beim Fließen richten sich die Moleküle in Fließrichtung aus, so dass die Fließeigenschaften nur wenig beeinflusst werden. EineVerringerung des Wasser- Fließmittelverhältnisses führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Strukturviskosität, was mit einer erhöhten Fließmittelkonzentration im Wasser erklärt werden kann.

Basisanforderungen 1. Fließfähigkeit

Steuerung durch: Leimgehalt, Gehalt an feiner Gesteinskörnung, PCE-Fließmittel 2. Sedimentationsstabilität

Steuerung durch: Wasser- / Fließmittelverhältnis, Optimierung Kornhaufwerk, Stabilisierer 3. Verarbeitbarkeitszeit

Steuerung durch: Fließmittelüberschuss, organische Zusatzmittel

Robustheit bei Wassergehaltsschwankungen 1. Wasserpuffer

Steuerung durch: Anlagerung an mineralischen Oberflächen (geringe Wirkung), Anlagerung an PCE-Fließmittel (starke Wirkung), Anlagerung an organischen Stabilisierern

2. Fließmittelpuffer Steuerung durch: Fließmittelgehalt

3. Strukturviskosität Steuerung durch: Zwickeloptimierung, Wasser- / Fließmittelverhältnis, anorganische und organische Stabilsierer

Bild 56: Steuerparameter zur Einstellung von Basisanforderungen und zur Steigerung

der Robustheit bei Wassergehaltsschwankungen von SVB

10 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone Holger Höveling

126

10.4 Ausblick und offene Fragen

Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur Empfindlichkeit in Bezug auf Schwankungen im Wassergehalt bilden nur einen kleinen Ausschnitt der gesamten Robustheit ab. Weitere Einflüsse auf die Empfindlichkeit wie Schwankungen in der Temperatur und in den Eigenschaften der Ausgangstoffe wurden nicht umfassend untersucht. Durchgeführte Untersuchungen zu Schwankungen in der Temperatur bestätigen die Sensibilität des SVB auch in diesem Punkt (Kapitel 8.2.4). Weitergehende Untersuchungen müssten klären, ob die gefundenen Einflussfaktoren auf Wassergehaltsschwankungen auch auf Einflüsse aus der Temperatur übertragbar sind. Darüber hinaus bedarf es zusätzlicher Forschungen zur Optimierung der Herstell- und Verarbeitungsmethoden. Insbesondere die Produktionskontrolle, aber auch verbesserte Einbringmethoden müssen über die bestehenden Erkenntnisse hinaus entwickelt werden, damit die Robustheit gesteigert werden kann. Die vorliegende Arbeit stellt hierfür grundlegende Zusammenhänge zur Rezepturentwicklung zur Verfügung. Weiterhin kann die bestehende Datenbasis zum Vergleich mit den neuen Versuchen genutzt werden. Für die Zukunft müssen weiterhin Verfahren zur Rezepturentwicklung erarbeitet werden, die nicht nur auf selbstverdichtende Eigenschaften zielen, sondern auch die Empfindlichkeit gegen Wassergehaltsschwankungen und andere Einflussgrößen berücksichtigen. Bei der Rezepturentwicklung nach Okamura wird der Grenzwert βP (minimaler VW/VP-Wert zum Fließen) am Leim ermittelt und als Vorgabe für den Beton in einem Bereich zwischen 80 % und 90 % mit Mörtelversuchen festgelegt. Beachtet man zusätzlich den Wasseranspruch der Gesteinskörnung, ist der tatsächlich im Leim vorhandene VW/VP-Wert deutlich geringer. Ein solcher Wassergehalt ist für einen SVB möglich, da die Fließmittel sehr stark in die Fließeigenschaften des Leims eingreifen. Diese Erkenntnisse haben sich bei den in Kapitel 8.3.6 beschriebenen Versuchen an Ausgangsstoffen einschl. Betonzusatzmitteln bestätigt. Ein möglicher Weg für die Zukunft könnte sein, die Betonzusatzmittel und insbesondere die Fließmittel in die Bestimmung des Wasseranspruchs mit einzubeziehen. Es wäre dann möglich, einen minimalen Wassergehalt bei Verwendung von Fließmitteln anzugeben. Hierauf aufbauend können weitere Optimierungsschritte auf dem neuen Kennwert entwickelt werden. Erste Überlegungen zu dieser Thematik wurden z. B. in [HÖV1] vorgestellt.

Holger Höveling 11 Zusammenfassung

127

11 Zusammenfassung

11.1 Ziel und Vorgehen

Wie aus der Literaturauswertung in Kapitel 5.3 hervorgeht, treten bei der Anwendung von SVB immer wieder Probleme mit der mangelnden Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen auf. Von allen Einflüssen hat sich die Empfindlichkeit gegenüber Schwankungen im Wassergehalt in der Praxis als wesentlichster Teilaspekt herausgestellt. Bei zu steifem SVB wird die Schalung nicht richtig ausgefüllt und bei zu großer Fließfähigkeit ergeben sich Probleme mit der Gefügestabilität. Ziel der Arbeit war es, Einflüsse aus Ausgangsstoffen und Zusammensetzung von SVB auf die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen zu untersuchen und zu beschreiben. Auf Grundlage geeigneter Versuchen sollten Regeln für die Zusammensetzung gegen Wassergehaltsschwankungen unempfindlicher SVB erarbeitet werden. Weiterhin sollte eine Modellvorstellung zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen auf die Empfindlichkeit von SVB entwickelt werden. Die Untersuchungen wurden schrittweise an den Ausgangsstoffen, am Leim, am Mörtel und schließlich am Beton durchgeführt. 11.2 Versuche an Ausgangsstoffen, Leim und Mörtel

In einem ersten Schritt wurden Vorversuche zunächst an den Ausgangsstoffen durchgeführt. Diese dienen der Charakterisierung der Ausgangsstoffeigenschaften. Weiterhin konnten grundlegende Abhängigkeiten der Eigenschaften von Stoffgemischen aufgezeigt werden. Aus den durchgeführten Versuchen können folgende Aussagen und Folgerungen zusammengefasst werden: • Der Wasseranspruch nach Puntke streut bei Wiederholversuchen mit unterschied-

lichen Laboranten stark. In dieser Arbeit wurden daher Versuchsserien von nur einem Laboranten durchgeführt. Bei den weiteren Kennwerten für den Wasser-anspruch nach Okamura und bei Normsteife nach DIN EN 196 ist dieser Sachverhalt nicht zu beobachten.

• Die in der Regel eingesetzten mehlkornfeinen Ausgangsstoffe für hochfließfähige Betone liegen in einem ähnlichen Kornband. Die Kornverteilungen der Steinkohlen-flugaschen verlaufen tendenziell etwas flacher als bei den Zementen und den Kalksteinmehlen.

• Die aus der Korngrößenverteilung berechneten Kennwerte für die Feinheit (spezifische Oberfläche, mittlerer Korndurchmesser, Feinheitsparameter im RRSB-Netz, usw.) korrelieren für alle Stoffe gut.

• Die spezifische Oberfläche nach Blaine scheint kein aussagekräftiger Kennwert zum Vergleich der Feinheit zwischen Steinkohlenflugaschen und anderen gebrochenen mehlkornfeinen Stoffen zu sein, da anscheinend die Oberflächenstruktur der Stoffe einen wesentlichen Einfluss auf die Messwerte nach Blaine hat. Inwieweit auch

11 Zusammenfassung Holger Höveling

128

Abweichungen bei der Messung im Lasergranulometer auftreten, ist nicht bekannt. Zur Charakterisierung der Feinheit wird in dieser Arbeit die spezifische Oberfläche aus der Korngrößenverteilung verwendet.

• Bei fast allen untersuchten Ausgangsstoffen ist der Wasseranspruch nach Okamura am größten und der Wasseranspruch nach Puntke zeigt den niedrigsten Wert. Ausnahmen ergeben sich für den Wasseranspruch bei Normsteife nach DIN EN 196 bei einigen Steinkohlenflugaschen.

• Die Kennwerte für den Wasseranspruch nach Puntke und nach Okamura korrelieren bei gleichen Ausgangsstoffarten, wie Zement, Kalksteinmehl oder Steinkohlenflugasche, gut. Bei unterschiedlichen Ausgangsstoffarten ergeben sich Differenzen. Bei der Beurteilung des Wasseranspruchs ist daher immer zu beachten, welches Prüfverfahren eingesetzt wurde.

• Bei mehlkornfeinen Stoffen kann nicht von der Feinheit auf den Wasseranspruch geschlossen werden.

• Beim Einsatz von Ausgangsstoffen mit ähnlichen Korngrößenverteilungen ergeben sich meist lineare Abhängigkeiten bei Variation der Stoffanteile. Lediglich bei einigen Steinkohlenflugaschen und deutlich unterschiedlichen Korngrößenverteilungen ist eine merkliche Zwickeloptimierung und damit eine Verringerung des Wasser-anspruchs zu beobachten.

• Unterschiedliche Sieblinien der Gesteinskörnung 0/4 wirken sich nur gering auf den Wasseranspruch nach Puntke aus.

• Durch den Einsatz von Nano- und vor allem Mikrosilika ergibt sich eine Optimierung des Zwickelvolumens. Die Wirkung ist beim Einsatz von Mikrosilika ausgeprägter als beim Einsatz von Nanosilika.

• Während Fließmittel den Wasseranspruch reduzieren, bleiben beim Einsatz von organischen Stabilisierern die Kennwerte nahezu unverändert.

Darüber hinaus wurden mit Vorversuchen an Leimen und Mörteln die gewonnenen Erkenntnisse vertieft und grundlegende Zusammenhänge zum Fließverhalten erarbeitet. Folgende Aussagen können zusammengefasst werden: • PCE-Fließmittel weisen gegenüber herkömmlichen Fließmitteln eine deutlich

verbesserte Wirksamkeit auf, welche sich auf eine sehr starke Reduzierung der Fließgrenze bei geringer Dosierung bezieht.

• Es zeigt sich, dass jeder mehlkornfeine Stoff neben einem charakteristischen Wasseranspruch auch einen charakteristischen Einfluss auf die Fließmittelwirkung aufweist.

• Eine Steigerung des Wassergehaltes (VW/VP-Wert) im Mörtel führt zu einer Abnahme sowohl der Fließgrenze als auch der Viskosität.

• Durch Anpassung des Wasser- und Fließmittelgehalts können Mörtel sehr genau auf die gewünschten Fließeigenschaften (Ausbreitfließmaß, Trichterauslaufzeit) ein-gestellt werden.

Holger Höveling 11 Zusammenfassung

129

• Bei geringen Wasser- und Fließmittelgehalten zeigt sich das typische Fließverhalten von SVB des Mehlkorn-Typs, welches durch eine geringe Fließgrenze und eine hohe Viskosität gekennzeichnet ist. Bei hohen Wasser- und Fließmittelgehalten zeigt sich das Fließverhalten des SVB Island-Typs.

• Die Viskosität und die Trichterauslaufzeit korrelieren gut, während das Ausbreitfließ-maß und die Fließgrenze nicht korrelieren.

• Durch kleine Veränderungen sowohl im Leimgehalt als auch in der Sandsieblinie werden die rheologischen Eigenschaften von hochfließfähigen Mörteln nur unwesentlich beeinflusst, solange die kritischen Grenzwerte für den Gehalt sowohl der feinen als auch der groben Gesteinskörnung nicht unterschritten werden. Eine Optimierung der Mischungen mit diesen Parametern ist in der Regel nicht möglich.

• Insbesondere die Viskosität in fließfähigen Mörteln reagiert sensibel auf Temperatur-schwankungen.

11.3 Versuche am Beton

Im Weiteren wurden Betonversuche konzipiert und durchgeführt. Im Rahmen von vergleichenden Betonversuchen war es zunächst das Ziel, Einflüsse unterschiedlicher Ausgangsstoffe und Mischungszusammensetzungen auf die selbstverdichtenden Eigenschaften heraus zu arbeiten. Mit diesen Erkenntnissen konnten Rezepturen mit sehr unterschiedlichen Ausgangsstoffen und ähnlichen selbstverdichtenden Eigenschaften hergestellt werden. Diese Mischungen konnten aufgrund ihrer ähnlichen Eigenschaften vergleichend ausgewertet werden. Die Untersuchungen können in Versuchsreihen zum SVB-Mehlkorn-Typ, zum SVB-Kombinations-Typ und in vergleichende Versuche mit Fließbetonen unterteilt werden. Durch die Einbeziehung von Fließ- bzw. F6-Betonen sollten die Erkenntnisse der Versuche an SVB mit herkömmlichen Fließbetonen verglichen und Unterschiede herausgearbeitet werden. Folgende Aussagen können zusammengefasst werden. • Zur Einstellung einer gleich bleibenden Konsistenz über einen längeren Zeitraum mit

PCE-Fließmitteln muss der Beton mit einem Fließmittelüberschuss hergestellt werden. Ist der Fließmittelüberschuss verbraucht, verliert der Beton sehr schnell die selbstverdichtenden Eigenschaften. Mit steigendem Fließmittelgehalt bei konstantem Wassergehalt verschlechtert sich die Sedimentationsstabilität. Die Versuche haben gezeigt, dass die Einstellung des Fließmittelüberschusses tendenziell mit höheren Fließmittelgehalten einfacher möglich ist.

• Die Fließeigenschaften des Betons können sehr genau durch das Verhältnis von Wasser zu Fließmittel gesteuert werden. Mit sinkendem Wasser- und steigendem Fließmittelgehalt erhöht sich die Fließzeit t500 (Viskosität) und die Sedimentations-stabilität wird verbessert. Das eingesetzte Fließmittel hat ebenfalls einen Einfluss auf die Viskosität.

• Die Herstellung von SVB ist mit sehr unterschiedlichen Ausgangsstoffen durch Anpassung des Wasser- und Fließmittelverhältnisses möglich. Zu den

11 Zusammenfassung Holger Höveling

130

Ausgangsstoffen gehören verschiedene Kalksteinmehle, Steinkohlenflugaschen aber auch Zemente und Betonzusatzmittel.

• Beim Einsatz unterschiedlich feiner Stoffe im Mehlkornbereich kommt es zur Zwickeloptimierung, so dass bei ähnlichem Wassergehalt mehr freies Wasser zur Verfügung steht und weniger Fließmittel benötigt wird. Ist die spezifische Oberfläche des Mehlkorns zu groß, ist der Kompromiss im Hinblick auf die Länge der Verarbeitbarkeitszeit und die Sedimentationsstabilität nicht bzw. nur sehr schwer einstellbar.

• Jede Mischung benötigt eine individuelle Mindestviskosität, um sedimentationsstabil zu sein. Die notwendige Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentations-stabilität nimmt mit zunehmender Zwickeloptimierung des Mehlkorns ab. Der wesentliche Grund hierfür liegt in der Verbesserung der Packungsdichte. Darüber hinaus ergibt sich ein stabilisierender Effekt aus der großen spezifischen Oberfläche der zur Zwickeloptimierung notwendigen sehr feinen Stoffe.

• Die Mischungen mit Steinkohlenflugasche weisen bei ähnlichen Fließeigenschaften tendenziell geringere Mindestviskositäten bei höherem Wasser- und geringerem Fließmittelgehalt auf als die Mischungen mit Kalksteinmehl.

• Eine generelle Festlegung der notwendigen Mindestviskosität, wie sie häufig in der Literatur beschrieben wird, ist bei der großen Anzahl unterschiedlicher Ausgangs-stoffe nicht möglich.

• Eine visuelle Beurteilung der Sedimentationsstabilität ist nicht möglich, da sich diese im Wesentlichen auf die Bluteigenschaften bezieht, die unabhängig von der Sedimentationsstabilität der groben Bestandteile ist.

Beim Einsatz von Stabilisierern lassen sich folgende Erkenntnisse ableiten: • Es ist möglich, in Bezug auf den Wassergehalt zu hoch eingestellte SVB durch den

Einsatz von Stabilisierern trotzdem sedimentationsstabil herzustellen. Dies gilt sowohl für organische als auch für anorganische Stabilisierer.

• Die Mindestviskosität zum Erreichen der Sedimentationsstabilität ist beim Einsatz von Stabilisierern tendenziell geringer als beim SVB Mehlkorn-Typ, was auf höher wählbare Wassergehalte zurückgeführt werden kann. Diese Mischungen sind trotzdem gefügestabil.

• Eine Erhöhung des Stabilisierergehalts über einen maximal wirksamen Gehalt hat keine Verbesserung der Eigenschaften gebracht.

• Weicht die gewählte Zusammensetzung zu weit vom Optimum ab, kann auch mit Hilfe eines Stabilisierers kein funktionierender SVB hergestellt werden. Dies gilt insbesondere für den Mehlkorngehalt, wenn der kritische Mindestwert für den Leimgehalt unterschritten wird.

• Die in der Literatur beschriebene Erhöhung des Luftporengehalts in Abhängigkeit der Viskosität hat sich bei der durchgeführten Versuchsserie nicht bestätigt. Auch eine generelle Erhöhung beim Einsatz von Stabilisierern konnte nicht festgestellt werden.

Holger Höveling 11 Zusammenfassung

131

Dies ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass die Mischungen des SVB Kombinations-Typs mit Stabilisierer in der Regel niedrigere Viskositäten aufwiesen.

Für die vergleichenden Versuche mit Fließbetonen ergibt sich: • Herkömmliche Fließbetone mit Fließmitteln auf Naphthalinsulfonat-Basis zeigen eine

nahezu lineare Konsistenzabnahme nach Fließmittelzugabe auf der Baustelle. Der Zielwert der Konsistenz wird maximal 30 min eingehalten.

• Durch Einsatz eines Fließmittels auf PCE-Basis ändert sich das oben beobachtete Konsistenzverhalten nicht wesentlich, so lange das Fließmittel nur gering dosiert wird und kein Fließmittelüberschuss vorhanden ist.

• Benutzt man die Erfahrungen aus der SVB-Technologie, wie erhöhter Mehlkorn- und Fließmittelgehalt, Fließmittelüberschuss und ggf. Einsatz von Stabilisierern, kann ein Fließbeton mit einer Verarbeitbarkeitszeit bis über 90 min hergestellt werden.

Zur Überprüfung der Empfindlichkeit in Bezug auf Wassergehaltsschwankungen wurden die Mischungen mit jeweils +/- 5 kg/m³ Wasser hergestellt. Waren die Frischbetoneigenschaften dieser Mischungen ähnlich denen der Ausgangsmischung, wurden zusätzlich Versuche mit +/- 10 kg/m³ Wasser durchgeführt. Folgende Erkenntnisse können aus den Untersuchungen zur Empfindlichkeit zu Schwankungen im Wassergehalt zusammengefasst werden: • Die vorgestellten Versuchsergebnisse zeigen deutlich, dass für die Empfindlichkeit

bei Wassergehaltsschwankungen andere Einflüsse für die Verarbeitbarkeitszeit als für die Sedimentationsstabilität maßgebend sind.

• Die Empfindlichkeit bei Wassergehaltsschwankungen in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit wird bei SVB des Mehlkorn-Typs maßgeblich durch das Wasser- / Fließmittelverhältnis gesteuert. Mit sinkendem Wasser- / Fließ-mittelverhältnis wird der Beton robuster.

• Die Empfindlichkeit bei Wassergehaltsschwankungen in Bezug auf die Sedimentationsstabilität wird durch die Optimierung der Zwickel im Mehlkornbereich beeinflusst. Die Optimierung der Zwickel führt zu robusteren Betonen.

• Um den Grenzwert für die Sedimentationsstabilität bei Wassergehaltsschwankungen nicht zu überschreiten, sollte die Ausgangsmischung einen Wert beim Auswaschversuch zwischen 0 M.-% und -10 M.-% aufweisen.

• Insbesondere durch den Einsatz von organischen Stabilisierern wird die Empfindlichkeit gegen Wassergehaltsschwankungen geringer. Die Untersuchungen wurden gegenüber dem SVB des Mehlkorn-Typs von +/- 5 kg/m³ Wasser auf +/- 10 kg/m³ Wasser erweitert.

• Mit anorganischen Stabilisierern können ähnlich robuste Mischungen in Bezug auf die Sedimentationsstabilität wie bei organischen Stabilisierern erreicht werden. Die Empfindlichkeit in Bezug auf die Verarbeitbarkeitszeit wird hingegen nicht verbessert.

11 Zusammenfassung Holger Höveling

132

• Herkömmliche Fließbetone mit Fließmitteln auf Naphthalinsulfonat-Basis zeigen bei Wassergehaltsschwankungen rel. große Schwankungen in der Konsistenz. Probleme mit der Gefügestabilität ergeben sich nur in Extremfällen. Unplanmäßige Schwankungen in der Fließfähigkeit können durch die eingebrachte Rüttelintensität ausgeglichen werden.

• Durch Anwendung der SVB-Technologie bei Fließbetonen können Rezepturen entwickelt werden, die eine Verarbeitbarkeitszeit von 90 min und mehr aufweisen und zusätzlich gegenüber Wassergehaltsschwankungen von +/- 5 kg/m³ unempfindlich sind.

11.4 Zusammensetzung unempfindlicher hochfließfähiger Betone

Aus den durchgeführten Untersuchungen können Regeln zur Zusammensetzung gegen Wassergehaltsschwankungen unempfindlicher SVB abgeleitet werden. Zu folgenden Punkten konnten Regeln aufgestellt werden: Leimgehalt, Gehalt an feiner Gesteinskörnung, PCE-Fließmittel, Erhöhung der Viskosität, Optimierung des Kornhauf-werks, Stabilisierer. Bei der Zusammensetzung von SVB sollten in der Praxis möglichst viele der genannten Regeln beachtet werden. Sicherlich wird es aus gegebenen Umständen immer wieder erforderlich sein, von der einen oder anderen Vorgabe geringfügig abzuweichen, z. B. wenn die Auswahl der Ausgangsstoffe in einem Transportbetonwerk vorgegeben ist. Die letztendlich gewählte Rezeptur wird daher immer ein Kompromiss aus sehr vielen Randbedingungen sein. Für die praktische Umsetzung werden in der vorliegenden Arbeit Hinweise gegeben. Weiterhin konnte eine Modellvorstellung zur Wirksamkeit verschiedener Maßnahmen auf die Empfindlichkeit von SVB entwickelt werden. Es muss zwischen den Basisanforderungen und den Anforderungen für die Robustheit bei Wassergehaltsschwankungen unterschieden werden. Zu den Basisanforderungen zählen die Fließfähigkeit, die Verarbeitbarkeitszeit und die Sedimentationsstabilität. Zum Erreichen von Robustheit bei Wassergehaltsschwankungen ist ein Wasserpuffer, ein Fließmittelpuffer und eine ausreichend große Strukturviskosität notwendig. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur Empfindlichkeit in Bezug auf Schwankungen im Wassergehalt bilden nur einen Ausschnitt der gesamten Robustheit ab. Zu weiteren Einflussparametern wie Schwankungen in der Temperatur und Schwankungen in den Eigenschaften der Ausgangsstoffe müssen weitere Forschungen durchgeführt werden. Die vorliegende Arbeit stellt hierfür grundlegende Zusammen-hänge zur Rezepturentwicklung zur Verfügung. Weiterhin kann die bestehende Datenbasis zum Vergleich mit den neuen Versuchen genutzt werden. Ein möglicher Weg für die Zukunft könnte sein, die Betonzusatzmittel und insbesondere die Fließmittel in die Bestimmung des Wasseranspruchs mit einzubeziehen. Es wäre dann möglich, einen minimalen Wassergehalt bei Verwendung von Fließmitteln

Holger Höveling 11 Zusammenfassung

133

anzugeben. Hierauf aufbauend können weitere Optimierungsschritte auf dem neuen Kennwert entwickelt werden. Erste Überlegungen zu dieser Thematik wurden z. B. in [HÖV1] vorgestellt.

12 Normen und Richtlinien Holger Höveling

134

12 Normen und Richtlinien

12.1 Normen

[N1] DIN 1045 – Beton- und Stahlbetonbau, Bemessung und Ausführung, 01/1972

[N2] DIN 1045 – Beton und Stahlbeton, Bemessung und Ausführung, 07/1988

[N3] DIN 1045 – Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton

Teil 1: Bemessung und Konstruktion, 07/2001 Teil 2: Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität,

Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1, 07/2001 Teil 3: Bauausführung, 07/2001 Teil 4: Ergänzende Regeln für die Herstellung und Konformität von

Fertigteilen, 07/2001

DIN EN 206-1 – Beton

Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität, 07/2001

[N4] DIN 66145 – Darstellung von Korn-(Teilchen-)größenverteilungen; RRSB-Netz, 04/1976

[N5] DIN EN 196 – Prüfverfahren für Zement

Teil 1: Bestimmung der Festigkeit, 05/1995 Teil 2: Chemische Analyse von Zement, 05/1995 Teil 3: Bestimmung der Erstarrungszeiten und der Raumbeständigkeit,

05/1995 Teil 5: Prüfung der Puzzolanität von Puzzolanzementen, 05/1995 Teil 6: Bestimmung der Mahlfeinheit, 03/1990 Teil 7: Verfahren für die Probenahme und Probenauswahl von Zement,

03/1990 Teil 8: Hydratationswärme - Lösungsverfahren, 01/2004 Teil 9: Hydratationswärme - Teiladiabatisches Verfahren, 01/2004 Teil 21: Bestimmung des Chlorid-, Kohlenstoffdioxid- und Alkalianteils von

Zement, 03/1990

[N6] DIN EN 459 – Baukalk

Teil 1: Definitionen, Anforderungen und Konformitätskriterien, 02/2002 Teil 2: Prüfverfahren, 02/2002 Teil 3: Konformitätsbewertung, 02/2002

Holger Höveling 12 Normen und Richtlinien

135

[N7] DIN EN 480 – Zusatzmittel für Beton, Mörtel und Einpressmörtel - Prüfverfahren

Teil 1: Referenzbeton und Referenzmörtel für Prüfungen, 03/1998 Teil 2: Bestimmung der Erstarrungszeit, 02/1997 Teil 4: Bestimmung der Wasserabsonderung des Betons (Bluten), 02/1997 Teil 5: Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme, 02/1997 Teil 6: Infrarot-Untersuchung, 02/1997 Teil 8: Bestimmung des Feststoffgehalts, 02/1997 Teil 10: Bestimmung des wasserlöslichen Chloridgehaltes, 02/1997 Teil 11: Bestimmung von Luftporenkennwerten in Festbeton, 02/1999 Teil 12: Bestimmung des Alkaligehalts von Zusatzstoffen, 02/1999 Teil 13: Referenz-Baumörtel für die Prüfung von Zusatzmitteln für Mörtel,

12/2002

[N8] DIN 18555 – Prüfung von Mörteln mit mineralischen Bindemitteln

Teil 1: Allgemeines, Probenahme, Prüfmörtel, 09/1982 Teil 2: Frischmörtel mit dichten Zuschlägen; Bestimmung der Konsistenz, der

Rohdichte und des Luftgehalts, 09/1982 Teil 3: Festmörtel; Bestimmung der Biegezugfestigkeit, Druckfestigkeit und

Rohdichte, 09/1982 Teil 4: Bestimmung der Längs- und Querdehnung sowie von Verformungs-

kenngrößen von Mauermörteln im statischen Druckversuch, 03/1986 Teil 6: Festmörtel; Bestimmung der Haftzugfestigkeit, 11/1987 Teil 7: Frischmörtel; Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens nach dem

Filterplattenverfahren, 11/1987 Teil 8: Frischmörtel; Bestimmung der Verarbeitbarkeitszeit und der

Korrigierbarkeitszeit von Dünnbettmörteln für Mauerwerk, 11/1987 Teil 9: Festmörtel; Bestimmung der Fugendruckfestigkeit, 09/1999

[N9] DIN EN 13395 – Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken - Prüfverfahren; Bestimmung der Verarbeitbarkeit

Teil 1: Prüfung des Fließverhaltens von thixotropem Mörtel, 09/2002 Teil 2: Prüfung des Fließverhaltens von Vergussmörtel, Feinmörtel oder

Mörtel, 09/2002 Teil 3: Prüfung des Fließverhaltens von Instandsetzungsbeton, 09/2002 Teil 4: Überkopfanwendung von Instandsetzungsmörtel, 09/2002

[N10] DIN 12350 – Prüfverfahren von Frischbeton

Teil 1: Probenahme, 03/2000 Teil 2: Setzmaß, 03/2000 Teil 3: Vebe-Prüfung, 03/2000

12 Normen und Richtlinien Holger Höveling

136

Teil 4: Verdichtungsmaß, 06/2000 Teil 5: Ausbreitmaß, 06/2000 Teil 6: Frischbetonrohdichte, 03/2000 Teil 7: Luftgehalte, 03/2000

[N11] DIN 18218 – Frischbetondruck auf lotrechte Schalungen, 09/1980

[N12] DIN 66126 – Bestimmung der spezifischen Oberfläche disperser Feststoffe mit Durchströmungsverfahren

Teil 1: Grundlagen, 02/1989 Teil 1: Verfahren und Gerät nach Blaine, 02/1989

[N13] DIN 1342 – Viskosität

Teil 1: Rheologische Begriffe, 11/2003 Teil 2: Newtonsche Flüssigkeiten, 11/2003 Teil 2: Nicht newtonsche Flüssigkeiten, 11/2003

[N14] DIN 53018 – Messung der dynamischen Viskosität newtonscher Flüssigkeiten mit Rotationsviskosimetern

Teil 1: Grundlagen, 03/1976 Teil 2: Fehlerquellen und Korrektionen bei Zylinder-Rotationsviskosimetern,

03/1976 Teil 3: Messung der dynamischen Viskosität newtonscher Flüssigkeiten mit

Rotationsviskosimetern, Viskosimeterkalibrierung und Ermittlung der Messunsicherheit, 03/1976

12.2 Richtlinien

[Ri1] Richtlinie für die Herstellung und Verarbeitung von Fließbeton. In: Beton, 24. Jahrgang, S. 342 - 344, Beton-Verlag GmbH, 1974

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14 Abbildungsverzeichnis Holger Höveling

152

14 Abbildungsverzeichnis

Bild 1: Plattenmodell zum Fließverhalten [BLA1] ........................................................... 9 Bild 2: Ideales Fließverhalten [SCH4] .......................................................................... 12 Bild 3: Nicht-newtonsches Fließverhalten [SCH4] ....................................................... 12 Bild 4: Zeitabhängiges Fließverhalten [SCH4] ............................................................. 14 Bild 5: Wassergehalt von Kornhaufwerken nach [SCH5] ............................................. 17 Bild 6: Schematische Fließkurve eines Zementleims................................................... 25 Bild 7: Scherwiderstand infolge konstanter Belastung [KEC1]..................................... 25 Bild 9: Zementleimmodell nach Powers [POW1] ......................................................... 26 Bild 10: Zementleimmodell nach Keck [KEC1]............................................................. 27 Bild 11: Vergleich der rheologischen Eigenschaften fließfähiger Betone..................... 29 Bild 12: Schematische Darstellung des Füllereffekts mit Mikrosilika [BEC1] ............... 36 Bild 13: Wirksamkeit unterschiedlicher Fließmittel [RIN3]............................................ 37 Bild 14: Schematischer Aufbau und Wirkungsweise von

PCE - Fließmitteln [HAU1, HAU2]................................................................... 39 Bild 15: SVB nach Okamura [OKA1, OKA2] ................................................................ 45 Bild 18: Auswaschversuch zur Prüfung der Sedimentationsstabilität [BRA1] .............. 52 Bild 19: Äußere Einflüsse auf die Eigenschaften von SVB .......................................... 56 Bild 20: Sensibilität von SVB [BRE1] ........................................................................... 57 Bild 21: Übersicht Versuchsprogramm......................................................................... 65 Bild 22: Wiederholversuche Wasseranspruch nach Puntke......................................... 69 Bild 23: Korngrößenverteilung der mehlkornfeinen Stoffe im Vergleich (Auswahl) ...... 72 Bild 24: Korrelation spezifische Oberfläche nach Blaine und

spezifischer Oberfläche aus der Korngrößenverteilung .................................. 73 Bild 25: Wasseranspruchskennwerte im Vergleich (Auswahl) ..................................... 74 Bild 26: Korrelation Wasseranspruch nach Okamura und Puntke ............................... 75 Bild 27: Korrelation Wasseranspruch nach Puntke und spezifischer Oberfläche

aus der Korngrößenverteilung ........................................................................ 75 Bild 28: Einfluss von Ausgangsstoffgemischen auf den Wasseranspruch

nach Puntke.................................................................................................... 77 Bild 29: Einfluss unterschiedlicher Sandsieblinien auf den Wasseranspruch

nach Puntke.................................................................................................... 78 Bild 30: Einfluss von Mikro- und Nanosilika auf den Wasseranspruch nach Puntke.... 79 Bild 31: Einfluss von Zusatzmitteln auf den Wasseranspruch nach Puntke................. 80 Bild 32: Versuchsablauf Rotationsviskosimeter ........................................................... 83 Bild 33: Versuchsablauf Rotationsviskosimeter ........................................................... 84 Bild 34: Versuchsablauf Rheometer für Mörtel ............................................................ 84 Bild 35: Einfluss unterschiedlicher Fließmittel auf die Rheologie ................................. 86

Holger Höveling 14 Abbildungsverzeichnis

153

Bild 36: Rheologische Kennwerte bei unterschiedlichen Leimen..................................87 Bild 37: Einfluss des Wassergehaltes auf die rheologischen Kennwerte......................88 Bild 38: Einfluss des Wassergehaltes bei gleicher Konsistenz .....................................88 Bild 39: Einfluss des Wassergehaltes auf die rheologischen Eigenschaften

bei gleicher Konsistenz ...................................................................................89 Bild 40: Einfluss des Leimgehalts auf die Fließeigenschaften ......................................90 Bild 41: Einfluss der Sieblinie auf die rheologischen Eigenschaften.............................91 Bild 42: Temperatureinfluss an unterschiedlichen Mörteln ...........................................91 Bild 43: Übersicht Betonrezepturen ..............................................................................94 Bild 44: Fließmitteloptimierung SVB M1a .....................................................................97 Bild 45: Wassergehaltsoptimierung SVB M1 ................................................................98 Bild 46: Fließeigenschaften SVB-Mehlkorn-Typ mit Kalksteinmehl ............................101 Bild 47: Wasser- und Fließmittelgehalt SVB-Mehlkorn-Typ mit Kalksteinmehl ...........101 Bild 48: Fließeigenschaften SVB-Mehlkorn-Typ mit Steinkohlenflugasche ................102 Bild 49: Wasser- und Fließmittelgehalt SVB-Mehlkorn-Typ mit Steinkohlenflugasche103 Bild 50: Fließeigenschaften Fließbetone ....................................................................110 Bild 51: Wassergehaltsschwankungen SVB Mehlkorn-Typ (mit Kalksteinmehl).........114 Bild 52: Wassergehaltsschwankungen SVB Mehlkorn-Typ (weitere Mischungen) .....115 Bild 53: Wassergehaltsschwankungen SVB Kombinations-Typ .................................117 Bild 54: Fließeigenschaften Fließbeton F1 .................................................................118 Bild 55: Fließeigenschaften Fließbeton F3 .................................................................118

15 Tabellen Holger Höveling

154

15 Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Kenngrößen mehlkornfeiner Stoffe nach [BEC1]......................................... 34 Tabelle 2: Rohstoffe und Wirkung von Fließmitteln im Vergleich ................................. 38 Tabelle 3: Einflüsse auf die Fließfähigkeit von Frischbeton ......................................... 42 Tabelle 4: Konsistenzprüfverfahren für Leim und Mörtel.............................................. 47 Tabelle 5: Konsistenzprüfverfahren für Frischbeton (Auswahl).................................... 48 Tabelle 6 : Auswahl von SVB-Anwendungen............................................................... 55 Tabelle 7: Einflüsse auf SVB-Rezepturen.................................................................... 58 Tabelle 8: Ergebnisübersicht vergleichende Betonversuche........................................ 99 Tabelle 9 : Übersicht Ergebnisse SVB-Kombinations-Typ ......................................... 106 Tabelle 10: Übersicht Ergebnisse Fließbeton ............................................................ 108

Holger Höveling Lenbenslauf

Lebenslauf

Name: Holger Höveling geboren: 01. Januar 1972 in Hildesheim Familienstand: verheiratet mit Cornelia Höveling, geb. Schulze,

1 Kind Ausbildung: 08/78 – 07/82 Grundschule Diekholzen 08/82 – 07/84 Orientierungsstufe Hildesheim – Ochtersum 08/84 – 07/91 Gymnasium Hildesheim - Himmelsthür;

Abschluss: Allgemeine Hochschulreife 08/91 – 06/93 Ausbildung zum Maurergesellen,

Bauunternehmen Köppen-Castrop, Hildesheim, Abschluss: Gesellenprüfung

07/93 – 06/94 Grundwehrdienst 10/94 – 01/00 Universität Hannover, Studiengang

Bauingenieurwesen, Abschluss: Diplom Berufliche Tätigkeit: 07/94 – 09/94 Tätigkeit als Maurergeselle im Bauunternehmen

Hubertus Meinert GmbH, Diekholzen 02/00 – 12/05 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für

Baustoffe der Universität Hannover ab 01/06 Mitarbeiter bei der Materialprüfanstalt für das

Bauwesen Hannover

Holger Höveling Selbständigkeitserklärung

Selbständigkeitserklärung

Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Dissertation selbständig verfasst und die benutzten Hilfsmittel vollständig angegeben habe. Die Dissertation ist noch nicht als Diplom- oder Master- oder ähnliche Prüfungsarbeit verwendet worden. Teile der Dissertation wurden veröffentlicht: Höveling, H.: Frischbetontechnologie für SVB und andere Hochleistungsbetone. 45. Forschungskolloquium des DAfStb, Wien, Oktober 2005. Höveling, H.: Steigerung der Robustheit Selbstverdichtender Betone. 44. Forschungskolloquium des DAfStb, Universität Hannover, Oktober 2004. Ich habe bis zum heutigen Tage kein Promotionsgesuch eingereicht.

Holger Höveling Anhang

A 1

Anhang 1: Übersicht der verwendeten Ausgangsstoffe

Wirk

stof

f

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M P

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1) Indizes verweisen auf unterschiedliche Lieferchargen des gleichen Produkts.

Anhang Holger Höveling

A 2

Anhang 2: Materialkennwerte Zemente

Oka

mur

a

V W/V

P

0,90

1,00

0,92

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tke

V W/V

P

0,71

0,66

0,69

0,65

0,55

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0,72

0,71

0,83

0,64

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0,75

0,75

0,71

0,77

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0,72

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sera

nspr

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DIN

EN

169

V W/V

P

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0,86

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RR

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Holger Höveling Anhang

A 3

Anhang 3: Materialkennwerte Kalksteinmehle

Oka

mur

a

V W/V

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V W/V

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EN

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-

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Anhang Holger Höveling

A 4

Anhang 4: Materialkennwerte Steinkohlenflugaschen O

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V W/V

P

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V W/V

P

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DIN

EN

169

V W/V

P

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lere

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cm²/g

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Dic

hte

kg/d

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A

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1) In

dize

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schi

edlic

he L

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gle

iche

n P

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kts.

Holger Höveling Anhang

A 5

Anhang 5: Korngrößenverteilungen der Zemente Zement Siebdurchmesser in µm

0 1 2 4 8 16 32 64 128 CEM A 0,0 5,1 9,7 16,7 26,9 42,6 65,0 90,8 99,8 CEM B 0,0 5,8 10,7 18,6 30,0 46,4 67,1 90,3 99,7 CEM C 0,0 4,9 9,7 18,1 30,5 46,7 66,1 87,5 100,0

CEM D11) 0,0 5,7 10,7 19,1 30,8 46,7 68,2 91,2 99,6

CEM D21) 0,0 6,3 11,0 18,7 30,8 48,1 68,9 87,5 97,6

CEM E11) 0,0 7,3 13,7 23,7 37,7 57,7 81,6 97,6 100,0

CEM E21) 0,0 6,4 10,3 17,8 33,2 53,7 77,1 97,0 100,0

CEM F 0,0 5,8 11,1 19,8 33,1 50,8 73,1 94,4 100,0 CEM G 0,0 6,1 12,0 22,8 40,8 65,5 88,4 98,7 100,0 CEM H 0,0 5,7 11,1 18,8 30,2 46,9 69,3 93,0 99,9 CEM I 0,0 7,4 14,3 24,6 39,1 56,5 77,8 96,5 100,0 CEM J 0,0 6,9 13,4 24,0 39,7 62,8 88,6 99,8 100,0 CEM K 0,0 7,2 12,6 24,0 41,6 63,6 85,7 98,3 100,0 CEM L 0,0 5,5 11,3 20,8 37,0 57,7 81,1 97,8 100,0 CEM M 0,0 6,2 12,4 21,7 37,3 59,0 83,3 98,6 100,0 CEM O 0,0 6,8 14,0 24,6 40,2 63,7 88,6 99,5 100,0 CEM P 0,0 6,4 13,6 24,0 38,8 60,0 84,1 98,7 100,0 CEM Q 0,0 8,0 15,9 28,0 45,1 68,4 89,6 99,3 100,0 CEM R

Sie

bdur

chga

ng in

%

0,0 6,8 14,0 25,3 40,3 60,5 82,9 97,6 100,0 1) Indizes verweisen auf unterschiedliche Lieferchargen des gleichen Produkts.

Anhang 6: Korngrößenverteilungen der Kalksteinmehle

Kalksteinmehl Siebdurchmesser in µm 0 1 2 4 8 16 32 64 128

KSM A 0,0 0,2 0,5 1,3 3,2 7,7 18,3 39,8 72,1 KSM B 0,0 2,6 5,0 9,7 18,2 32,9 54,6 79,1 95,5 KSM C 0,0 5,5 11,5 19,8 30,9 44,7 62,3 86,6 99,3 KSM D 0,0 4,6 10,1 17,7 29,0 44,2 61,9 84,1 98,8 KSM E 0,0 6,1 12,6 22,0 35,1 52,0 73,6 95,3 100,0 KSM F 0,0 5,0 10,6 18,7 31,6 49,5 70,6 93,2 100,0

KSM G11) 0,0 7,9 17,3 29,0 48,1 66,7 79,6 93,3 100,0

KSM G21) 0,0 10,3 16,8 26,8 41,1 59,3 78,2 92,4 98,8

KSM G31) 0,0 11,2 18,3 29,2 44,6 63,6 82,2 94,7 99,4

KSM H 0,0 10,3 18,8 33,0 53,6 77,1 94,1 99,6 98,5 KSM I n.g. KSM J

Sie

bdur

chga

ng in

%

0,0 17,2 37,6 61,5 91,0 99,8 99,9 100,0 100,0 1) Indizes verweisen auf unterschiedliche Lieferchargen des gleichen Produkts.

Anhang Holger Höveling

A 6

Anhang 7: Korngrößenverteilung der Steinkohlenflugaschen Steinkohlenflugasche Siebdurchmesser in µm

0 1 2 4 8 16 32 64 128 SFA A 0,0 3,8 7,6 13,0 28,3 47,6 61,6 80,2 97,8 SFA B 0,0 3,7 7,1 13,7 26,0 42,0 59,9 83,5 98,7 SFA C 0,0 4,1 7,7 14,4 25,9 44,0 67,4 88,6 98,5 SFA D 0,0 5,9 10,8 19,4 33,3 53,3 76,1 93,2 99,4 SFA E 0,0 7,0 11,9 19,8 31,9 48,8 68,8 86,9 97,1

SFA F11) 0,0 6,2 15,6 29,2 47,8 63,5 76,7 91,6 99,5

SFA F21) 0,0 11,9 18,8 29,0 43,2 60,6 78,4 92,0 98,5

SFA G

Sie

bdur

chga

ng in

%

0,0 13,0 26,5 49,4 77,9 96,4 99,9 100,0 100,0 11) Indizes verweisen auf unterschiedliche Lieferchargen des gleichen Produkts.

Anhang 8: Korngrößenverteilung der Gesteinskörnungen (Tabelle)

Gesteinskörnung Durchmesser in mm 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0

0/2 A 0,1 6,8 55 87,7 98,3 100 100 100 0/2 B 5,1 41 94 99,9 100 100 100 100 2/8 A 0 0 0 0 0,5 16,7 91,8 100

8/16 A Sie

bdur

ch-

gang

in %

0 0 0 0 0 0 0 100 Anhang 9: Korngrößenverteilung der Gesteinskörnungen (Diagramm)

0

20

40

60

80

100

0,125 0,250 0,500 1,000 2,000 4,000 8,000 16,000

Durchmesser in mm

Dur

chga

ng in

%

0/2 A

0/2 B

2/8 B

8/16 A

Holger Höveling Anhang

A 7

Anhang 10: Chemische Vollanalyse der Zemente C

EM

H

5,49

63,7

7

21,1

3

3,43

0,15

1,20

0,04

0,70

0,68

0,23

2,86

0,04

5

5,23

0,68

CE

M R

3,66

51,2

6

26,6

1

8,48

0,36

1,35

0,09

4,39

1,07

0,54

1,94

0,05

3,48

1,67

CE

M G

n. g

.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

CE

M Q

1,70

44,6

6

32,2

6

10,0

5

0,30

0,67

0,14

7,99

0,61

0,34

1,18

0,00

7

1,55

0,5

CE

M F

n. g

.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

n. g

.

CE

M P

1,22

52,2

2

27,3

2

8,42

0,37

1,54

0,14

4,12

1,09

0,41

2,94

0,10

3

0,84

1,13

CE

M E

21)

n. g

.

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.

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.

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.

CE

M O

1,33

46,8

9

31,5

0

9,82

0,46

1,14

0,20

5,58

1,03

0,42

1,97

0,09

5

0,81

1,10

CE

M E

11)

1,53

63,9

8

20,7

4

5,38

0,20

2,25

0,05

0,97

1,00

0,52

3,07

0,06

5

1,25

1,17

CE

M N

0,63

53,2

6

28,1

5

7,23

0,32

0,97

0,14

3,93

0,68

0,34

3,63

0,00

8

0,27

0,79

CE

M D

21)

2,61

63,4

8

18,4

1

6,19

0,31

2,48

0,04

1,47

1,18

0,27

3,11

0,04

2

2,28

1,05

CE

M M

n. g

.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

CE

M D

11)

2,05

63,7

6

19,5

6

5,49

0,22

2,55

0,05

1,75

1,35

0,14

2,50

0,02

0

1,56

1,03

CE

M L

n. g

.

n. g

.

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.

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.

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.

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.

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CE

M C

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.

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.

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.

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.

CE

M K

1,24

58,2

2

23,5

0

7,15

0,31

1,77

0,07

2,72

0,99

0,41

2,97

0,03

9

0,98

1,06

CE

M B

1,30

64,5

4

19,7

9

5,63

-

2,35

- -

0,81

0,26

2,97

0,06

6

-

0,79

CE

M J

0,84

58,0

6

21,4

9

6,34

0,24

2,77

0,08

3,51

1,62

0,37

3,67

0,05

1

0,36

1,44

CE

M A

1,80

64,3

1

23,1

5

3,86

0,17

1,39

0,04

0,77

0,86

0,30

3,04

0,04

8

1,58

0,86

CE

M I

6,35

62,4

0

17,5

8

4,87

0,20

2,4

0,04

1,67

1,24

0,13

2,53

0,02

7

5,72

0,95

Ein

heit

M.-%

E

inhe

it

M.-%

Bez

eich

nung

G

lühv

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st

CaO

SiO

2

Al 2O

3

TiO

2

Fe2O

3

Mn 2

O3

MgO

K2O

Na 2

O

So 3

CL

CO

2

Na 2

O-Ä

quiv

.

Bez

eich

nung

Glü

hver

lust

CaO

SiO

2

Al 2O

3

TiO

2

Fe2O

3

Mn 2

O3

MgO

K2O

Na 2

O

So 3

CL

CO

2

Na 2

O-Ä

quiv

.

Anhang Holger Höveling

A 8

Anhang 11: Chemische Vollanalyse der Kalksteinmehle KS

M J

n. g

.

n. g

.

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.

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.

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.

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I

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KS

M H

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.

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G31)

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.

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G21)

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.

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.

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.

KSM

G11)

43,2

1

55,2

5

0,57

0,37

0,00

0,15

0,02

0,36

0,02

0,05

0,03

0,00

3

43,2

3

0,06

KSM

F

40,6

2

42,5

7

5,16

1,52

0,00

0,80

0,28

8,06

0,04

0,03

0,51

0,00

1

40,1

0

0,05

KSM

E

43,5

8

29,9

0

3,74

0,84

0,00

0,57

0,29

20,8

3

0,15

0,02

0,09

0,00

5

43,3

1

0,12

KS

M D

40,9

6

42,7

8

5,11

1,27

0,00

0,74

0,27

7,66

0,03

0,02

0,50

0,00

3

40,9

9

0,04

KS

M C

43,6

6

30,6

1

3,65

0,83

0,00

0,54

0,28

20,0

9

0,15

0,03

0,09

0,00

4

43,5

7

0,12

KSM

B

n. g

.

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.

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.

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.

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.

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.

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KSM

A

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Ein

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M.-%

Bez

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lust

CaO

SiO

2

Al2O

3

TiO

2

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3

Mn 2

O3

MgO

K 2O

Na 2

O

So3

CL

CO

2

Na 2

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quiv

. 1)

Indi

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leic

hen

Pro

dukt

s.

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. (ni

cht g

emes

sen)

Holger Höveling Anhang

A 9

Anhang 12: Chemische Vollanalyse der Steinkohlenflugaschen S

FA G

n. g

.

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.

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.

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.

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.

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.

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F 21)

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.

SFA

F 11)

2,46

4,70

54,6

5

26,5

5

0,28

5,93

0,08

2,10

1,23

0,48

0,84

0,00

0

-

1,29

SFA

E

n. g

.

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.

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.

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.

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.

SFA

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4,23

10,1

6

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4

30,5

3

0,27

6,63

0,09

2,57

0,93

0,52

1,14

0,00

6

-

1,13

SFA

A

4,01

2,60

52,6

5

29,7

8

0,10

5,92

0,04

1,42

0,47

0,21

0,85

0,00

1

-

0,52

Ein

heit

M.-%

Bez

eich

nung

Glü

hver

lust

CaO

SiO

2

Al2O

3

TiO

2

Fe2O

3

Mn 2

O3

MgO

K 2O

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O

So3

CL

CO

2

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O-Ä

quiv

. 1)

Indi

zes

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eise

n au

f unt

ersc

hied

liche

Lie

ferc

harg

en d

es g

leic

hen

Pro

dukt

s.

n. g

. (ni

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emes

sen)

Anhang Holger Höveling

A 10

Anhang 13: Materialkennwerte der Zusatzmittel Fe

stst

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M.-%

32,1

17,2

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n. g

.

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.

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ST B

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n. g

. (ni

cht g

emes

sen)

Holger Höveling Anhang

A 11

Anhang 14: Wasseranspruch von Gemischen aus Zement und Füllstoff

100

0,46

0,46

0,46

0,46

100

0,59

0,59

0,59

0,59

75

0,53

0,58

0,53

0,55

75

- - - -

50

0,60

0,69

0,62

0,65

50

0,85

0,87

0,96

1,05

25

0,64

0,80

0,68

0,73

25

- - - -

SFA

F 1

0

0,74

0,92

0,80

0,86

- -

SFA

F 1

0

1,06

1,14

1,13

1,33

100

0,83

0,83

0,83

0,83

100

0,81

0,81

0,81

0,81

75

0,81

0,82

0,78

0,79

75

- - - -

50

0,77

0,82

0,76

0,77

50

1,05

1,03

1,01

1,11

25

0,73

0,85

0,74

0,79

25

- - - -

SFA

B

0

0,74

0,92

0,80

0,86

- -

SFA

B

0

1,06

1,14

1,13

1,33

100

0,47

0,47

0,47

0,47

100

0,95

0,95

0,95

0,95

75

0,58

0,60

0,59

0,57

75

- - - -

50

0,62

0,70

0,65

0,66

50

1,06

1,05

1,07

1,17

25

0,67

0,77

0,72

0,75

25

- - - -

KSM

E

0

0,74

0,92

0,80

0,86

- -

KSM

E

0

1,06

1,14

1,13

1,33

100

0,45

0,45

0,45

0,45

0,72

100

0,82

0,82

0,82

0,82

75

0,54

0,57

0,54

0,55

0,70

75

- - - -

50

0,59

0,69

0,62

0,64

0,69

50

0,97

0,96

0,99

1,14

25

0,62

0,80

0,66

0,72

0,70

25

- - - -

Was

sera

nspr

uch

nach

Pun

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(VW

/ V P

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KS

M C

0

0,74

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J

0,72

Was

sera

nspr

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Oka

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V P)

KS

M C

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1,06

1,14

1,13

1,33

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1

CE

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1

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CE

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ülls

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in

Vol

.-%

CE

M D

1

CE

M E

1

CE

M O

CE

M Q

Anhang Holger Höveling

A 12

Anhang 15: Wasseranspruch von Gemischen der Ausgangsstoffe

Wasseranspruch nach Puntke (VW/VP) Anteil Füllstoff in Vol.-% 0 25 50 75 100

KSM C (100 %) 0,88 0,74 0,66 0,58 0,44

KSM C (75 %) - KSM E (25 %) 0,88 0,78 0,67 0,58 0,46

KSM C (50 %) - KSM E (50 %) 0,88 0,72 0,62 0,57 0,51

KSM C (25 %) - KSM E (75 %) 0,88 0,75 0,68 0,58 0,47

KSM E (100 %)

CEM E1

0,88 0,78 0,66 0,62 0,51 Anhang 16: Wasseranspruch beim Einsatz unterschiedlicher Sande

Wasseranspruch nach Puntke (VW/VP) 0/2 A 0/2 B

Anteil Sand in Vol.-% 0 10 20 30 40 50 75 0 10 20 30 40 50 75

CEM D1 0,71 0,58 0,53 0,47 0,44 0,40 n. m. 0,74 0,59 0,54 0,48 0,46 0,41 n. m.CEM E1 0,92 0,71 0,63 0,55 0,49 0,43 n. m. 0,92 0,72 0,63 0,56 0,49 0,44 n. m.CEM O 0,80 0,65 0,59 0,54 0,46 0,41 n. m. 0,80 0,67 0,60 0,55 0,47 0,42 n. m.CEM Q 0,86 0,76 0,68 0,60 0,51 0,45 n. m. 0,86 0,76 0,68 0,60 0,52 0,46 n. m.

Anhang 17: Wasseranspruch beim Einsatz von Mikro- und Nanosilika

Wasseranspruch nach Puntke (VW/VP) ST A

Anteil Füllstoff in Vol.-% 0,0 1,2 2,4 4,7 6,9 9,0 11,0 CEM E3 (52 %) / SFA B (48 %) 0,59 0,60 0,60 0,63 0,67 0,71 0,75

Mikro A

Anteil Füllstoff in Vol.-% 0,0 1,3 2,5 2,9 7,2 9,3 11,4 CEM E3 (52 %) / SFA B (48 %) 0,59 0,57 0,58 0,58 0,60 0,63 0,65

Holger Höveling Anhang

A 13

Anhang 18: Wasseranspruch beim Einsatz unterschiedlicher Zusatzmittel

Wasseranspruch nach Puntke (VW/VP) Wasseranspruch nach Puntke

(VW/VP) Anteil ST A in Vol.-% ohne FM FM B1) FM B + ST C2) Anteil ST A

in Vol.-% ohne FM FM E1) FM E + ST C2)

0 0,71 0,59 0,60 0 0,68 0,57 0,57 1,1 0,71 0,61 0,61 0,9 0,68 0,58 0,57 2,1 0,71 0,62 0,61 1,7 0,68 0,60 0,58

Zusammensetzung: CEM L (47 Vol.-%), SFA F2 (40 Vol.-%), 0/2 A (13 Vol.-%)

Zusammensetzung: CEM L (50 Vol.-%), SFA F2 (36 Vol.-%), 0/2 A (14 Vol.-%)

1) Wasser / FM = 20 / 1; 2) Wasser / FM / ST= 20 / 1 / 0,3

Anhang 19: Rheologische Kennwerte mit unterschiedlichen Fließmitteln

FM C FM D FM F FM G CEM B 500 g CEM B 500 g CEM B 500 g CEM B 500 g Wasser 144,7 g Wasser 144,7 g Wasser 144,7 g Wasser 144,7 g

w/z = 0,30 VW/VP = 0,90 w/z = 0,30 VW/VP =

0,90 w/z = 0,30 VW/VP = 0,90 w/z = 0,30 VW/VP =

0,90

FM-Gehalt

Fließ-grenze

Visko-sität

FM-Gehalt

Fließ-grenze

Visko-sität

FM-Gehalt

Fließ-grenze

Visko-sität

FM-Gehalt

Fließ-grenze

Visko-sität

kg/m³ Pa mPas kg/m³ Pa mPas kg/m³ Pa mPas kg/m³ Pa mPas 0,8 58,8 522,3 1,2 48,5 437,6 2,2 52,4 446,5 1,9 71,1 560,6 1,8 45,3 426,9 1,3 42,8 440,1 4,0 60,8 497,8 2,6 65,5 519,2 2,5 46,3 501,9 2,8 30,0 382,8 5,9 32,8 337,6 5,7 35,4 328,5 2,8 30,6 352,5 3,7 21,7 321,9 7,8 43,7 424,0 9,2 45,1 442,2 3,0 22,6 464,8 4,1 18,7 304,5 9,5 27,8 345,9 10,6 34,4 355,6 4,7 8,9 312,9 5,0 15,6 226,6 11,4 41,8 438,2 11,1 34,9 419,2 6,2 6,6 269,8 5,2 14,4 252,2 11,7 37,1 408,5 12,5 32,4 391,1 7,6 -1,6 217,8 6,3 1,3 185,9 12,0 28,2 341,6 13,2 19,8 317,9 8,5 -0,6 204,0 7,0 1,0 180,2 14,8 21,9 331,5 14,8 29,9 378,4 9,7 -0,8 185,9 8,7 -0,3 145,4 16,2 28,2 350,0 15,3 23,1 332,9 10,8 -0,5 208,7 - - - 16,3 34,1 377,7 16,1 11,3 242,7 10,9 -2,4 332,9 - - - 16,9 37,3 350,4 17,2 7,5 222,0 12,6 -2,6 280,5 - - - 17,8 12,0 236,0 20,5 9,5 234,9

- - - - - - 21,3 18,2 313,1 35,8 0,2 162,5 - - - - - - 22,3 13,2 283,3 - - -

Rheologische Kennwerte aus Regression nach dem Bingham-Modell Bereich 3.

Anhang Holger Höveling

A 14

Anhang 20: Rheologische Kennwerte mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen Zusammensetzung (FM C) Zusammensetzung (FM C) Zusammensetzung (FM C) CEM B 500,0 g CEM B 0,0 g CEM B 250,0 g KSM C 0,0 g KSM C 500,0 g KSM C 250,0 g Wasser 160,8 g Wasser 180,4 g Wasser 170,6 g

w/z = 0,32 VW/VP = 1,0 w/z = 0,36 VW/VP = 1,0 w/z = 0,36 VW/VP = 1,0

FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-

grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität

kg/m³ Pa mPas kg/m³ Pa mPas kg/m³ Pa mPas 0,0 20,9 233,0 4,5 62,8 693,0 0,0 34,8 298,7 0,0 20,0 259,8 6,9 49,6 462,4 0,0 34,8 294,7 1,1 16,0 194,8 7,2 47,2 546,6 2,9 26,6 282,5 1,6 9,2 163,4 7,8 39,2 502,7 3,2 23,2 393,8 1,6 9,8 172,3 8,2 28,0 338,1 4,1 22,9 387,2 1,7 9,2 165,2 8,3 37,9 514,2 4,4 17,8 294,4 2,0 10,4 200,5 8,4 31,2 418,0 5,0 20,3 377,0 2,2 5,7 137,8 8,4 36,3 451,0 5,3 19,7 386,2 2,5 5,3 248,0 8,8 24,2 521,5 5,9 16,9 438,7 3,3 4,0 233,6 8,9 28,4 275,0 5,9 19,4 434,4 3,3 4,2 213,8 9,3 15,7 212,5 6,5 13,6 339,5 3,3 3,8 147,4 9,9 7,4 412,1 6,5 13,1 316,2 3,5 2,2 146,3 10,2 7,0 438,4 6,6 16,7 492,1 3,6 2,0 141,1 11,1 5,3 451,1 6,8 14,4 314,3 3,6 1,8 192,4 11,1 3,2 410,1 7,2 11,5 392,7 4,1 1,5 144,7 - - - 7,3 12,2 319,0 7,1 0,6 173,0 - - - 8,8 2,5 303,6 8,3 0,8 120,2 - - - - - - 8,4 0,3 139,7 - - - - - -

10,4 0,3 202,9 - - - - - - 10,4 0,3 152,1 - - - - - - 11,8 -0,5 211,6 - - - - - -

Rheologische Kennwerte aus Regression nach dem Bingham-Modell Bereich 3. Anhang 21: Rheologische Kennwerte mit unterschiedlichen Wassergehalten

Zusammensetzung CEM E1 300,0 g 0 / 2 A 800,0 g KSM C 270,0 g FM A -

VW/VP-Wert FM-Gehalt Fließgrenze Viskosität

- g Pa Pas 0,81 5,1 460,0 24,9 0,83 5,1 209,6 13,7 0,90 5,1 67,9 12,4 0,93 5,1 27,0 9,6 0,96 5,1 10,0 8,6

Holger Höveling Anhang

A 15

Anhang 22: Fließeigenschaften bei gleicher Konsistenz

Wasser CEM U 0/2 A FM A VW/VP Ausbreitmaß Trichteraus-laufzeit Fließgrenze Viskosität

g g g kg/m³ - cm s Pa Pas 140,0 600,0 800,0 27,9 0,70 31,5 25,0 n .m. n .m. 150,0 600,0 800,0 23,9 0,75 30,8 19,0 -21,4 50,9 160,0 600,0 800,0 20,0 0,80 31,5 13,0 4,4 24,0 170,0 600,0 800,0 16,0 0,85 32,0 8,0 23,0 18,3 190,0 600,0 800,0 12,0 0,95 34,3 4,5 41,6 7,3 220,0 600,0 800,0 8,0 1,08 31,5 3,0 47,9 3,1 250,0 600,0 800,0 6,0 1,25 34,0 2,0 80,0 2,2

Anhang Holger Höveling

A 16

Anhang 23: Rheologische Kennwerte mit unterschiedlichen Leimgehalten Zusammensetzung Zusammensetzung Zusammensetzung

CEM B 335,0 g CEM B 335,0 CEM B 335,0 KSM C 250,0 g KSM C 250,0 KSM C 250,0 Wasser 184,1 g Wasser 184,1 Wasser 184,1 0,125 / 2 538,3 g 0,125 / 2 502,5 0,125 / 2 471,1

2 / 4 179,8 g 2 / 4 167,5 2 / 4 157,0 Leimgehalt 58,0 Vol.-% Leimgehalt 59,7 Vol.-% Leimgehalt 61,2 Vol.-% w/z = 0,54 VW/VP = 0,93 w/z = 0,54 VW/VP = 0,93 w/z = 0,54 VW/VP = 0,93

FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-

grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität

kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas 5,0 762,1 5,1 3,2 - - 1,9 - - 5,2 716,8 7,0 5,0 371,6 8,8 2,6 - - 5,5 350,8 17,1 5,1 357,9 9,1 3,8 893,5 10,4 5,5 427,7 12,5 5,8 311,0 10,8 4,1 861,9 12,2 5,9 430,8 12,8 6,4 497,7 17,8 4,7 688,4 15,9 6,5 259,4 10,2 6,4 167,2 10,7 4,8 427,7 7,7 7,7 71,1 11,4 8,0 2,4 10,3 6,0 201,5 9,9 - - - 8,2 -0,8 9,9 8,2 -0,8 9,9 - - - 9,1 14,2 9,0 8,9 -3,4 9,5 - - - 9,6 -6,6 10,0 9,9 -0,8 7,7 - - - 13,6 -1,1 9,2 - - - - - - 14,5 -6,8 8,7 - - - - - - 16,4 -4,7 8,9 - - -

Zusammensetzung Zusammensetzung Zusammensetzung

CEM B 335,0 g CEM B 335,0 CEM B 335,0 KSM C 250,0 g KSM C 250,0 KSM C 250,0 Wasser 184,1 g Wasser 184,1 Wasser 184,1 0,125 / 2 443,3 0,125 / 2 418,7 0,125 / 2 396,7

2 / 4 147,8 2 / 4 139,6 2 / 4 132,2 Leimgehalt 62,7 Vol.-% Leimgehalt 64,0 Vol.-% Leimgehalt 65,2 Vol.-% w/z = 0,54 VW/VP = 0,93 w/z = 0,54 VW/VP = 0,93 w/z = 0,54 VW/VP = 0,93

FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-

grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität

kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas 3,0 - - 4,2 - - 3,9 0,0 0,0 3,8 - - 4,2 1079,4 5,1 5,1 621,7 4,6 4,1 982,2 9,5 4,3 1023,6 3,0 5,6 301,0 10,5 4,3 930,4 10,5 4,3 900,8 2,7 6,3 256,5 9,5 4,5 961,7 11,8 5,1 749,2 6,5 7,0 106,9 9,1 5,2 766,8 8,6 5,4 780,5 4,8 8,8 7,6 6,7 6,1 298,6 11,1 6,1 192,2 9,2 - - - 8,4 17,1 10,0 8,0 12,9 7,7 - - - 9,2 15,0 9,5 9,4 10,5 7,0 - - -

Holger Höveling Anhang

A 17

Anhang 24: Rheologische Kennwerte mit unterschiedlicher Sandsieblinie Zusammensetzung Zusammensetzung Zusammensetzung

CEM B 335,0 g CEM B 335,0 g CEM B 335,0 g KSM C 250,0 g KSM C 250,0 g KSM C 250,0 g Wasser 184,1 g Wasser 184,1 g Wasser 184,1 g 0,125 / 2 558,3 g 0,125 / 2 535,9 g 0,125 / 2 502,5 g

2 / 4 111,7 g 2 / 4 134,0 g 2 / 4 167,5 g Leimgehalt 59,7 Vol.-% Leimgehalt 59,7 Vol.-% Leimgehalt 59,7 Vol.-% Anteil 2 / 4 16,7 Anteil 2 / 4 20,0 Anteil 2 / 4 25,0 w/z = 0,54 VW/VP = 0,93 w/z = 0,54 VW/VP = 0,93 w/z = 0,54 VW/VP = 0,93

FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-

grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität

kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas 4,8 902,4 7,8 4,7 899,0 11,2 3,2 - - 5,0 609,4 4,8 4,9 818,2 11,6 5,0 371,6 8,8 5,1 800,0 3,1 5,2 875,6 4,4 5,1 357,9 9,1 5,6 321,3 18,7 5,2 837,6 7,2 5,8 311,0 10,8 5,7 349,4 15,0 5,6 842,1 4,9 6,4 167,2 10,7 6,3 333,1 10,1 5,7 708,9 6,4 8,0 2,4 10,3 6,6 352,3 12,5 6,0 404,7 12,0 8,2 -0,8 9,9 6,9 249,4 8,8 6,5 393,7 9,9 9,1 14,2 9,0 - - - 6,7 310,5 12,3 9,6 -6,6 10,0 - - - 7,8 61,1 10,8 12,6 -1,1 9,2 - - - - - - 14,5 -6,8 8,7 - - - - - - 16,4 -4,7 8,9

Zusammensetzung Zusammensetzung

CEM B 335,0 g CEM B 335,0 g KSM C 250,0 g KSM C 250,0 g Wasser 184,1 g Wasser 184,1 g 0,125 / 2 446,6 0,125 / 2 402,0 g

2 / 4 223,3 2 / 4 268,0 g Leimgehalt 62,7 Vol.-% Leimgehalt 64,0 Vol.-% Anteil 2 / 4 33,3 Anteil 2 / 4 40,0 w/z = 0,32 VW/VP = 1,0 w/z = 0,55 VW/VP = 0,93

FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-

grenze Viskosität

kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas 4,1 - - 4,4 - - 4,4 - - 4,7 921,7 8,1 4,7 980,4 10,1 4,9 792,6 19,6 4,8 780,5 15,9 5,0 805,8 14,7 5,2 892,1 9,2 5,7 649,4 3,6 6,0 824,0 5,0 6,6 251,5 10,3 6,5 392,9 10,2 8,8 22,4 8,7 8,8 27,7 9,4 - - -

Anhang Holger Höveling

A 18

Anhang 25: Temperaturversuche an Mörtel

+ 5°C + 20 °C + 30°C

Zusammensetzung Zusammensetzung Zusammensetzung

CEM B 300,0 CEM B 300,0 CEM B 300,0

KSM C 270,0 KSM C 270,0 KSM C 270,0

Wasser 167,6 Wasser 167,6 Wasser 167,6

0,125 / 2 A 475,4 0,125 / 2 A 475,4 0,125 / 2 A 475,4

2 / 4 A 158,5 2 / 4 A 158,5 2 / 4 A 158,5

w/z = 0,56 VW/VP = 0,87 w/z = 0,56 VW/VP = 0,87 w/z = 0,56 VW/VP = 0,87

FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-

grenze Viskosität FM-Gehalt Fließ-grenze Viskosität

kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas kg/m³ Pa Pas

5,7 838,0 16,0 6,6 663,6 15,4 7,6 411,6 11,9

6,6 285,6 16,1 7,6 311,8 13,6 8,5 330,8 10,0

7,6 131,4 15,6 8,5 164,8 13,1 9,4 140,4 11,2

8,5 114,0 14,3 9,4 49,0 13,3 10,4 38,2 12,4

9,4 102,5 14,1 10,3 36,1 13,9 11,2 11,1 11,7

10,4 81,4 14,7 14,2 -3,2 13,9 14,1 6,3 11,7

11,3 58,7 15,6 16,9 -8,1 13,2 14,7 -11,3 12,0

14,1 -1,3 18,0 - - - - - -

17,0 5,5 16,8 - - - - - -

Holger Höveling Anhang

A 19

Anhang 26: Fließmitteleinfluss SVB M1a Rezeptur Einheit SVB M1a

FM 8,1

FM 6,7

FM 6,3

FM 5,8

FM 5,0

FM 4,5

FM 4,0

FM 3,8

FM 3,3

CEM E2 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0KSM G3 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0Wasser 175,7 174,7 174,4 174,1 173,5 173,2 172,8 172,7 172,30/2 A 786,0 787,0 787,0 788,0 788,0 789,0 789,0 789,0 789,02/8 A 386,0 387,0 387,0 388,0 388,0 389,0 389,0 389,0 389,08/16 A 405,0 406,0 406,0 407,0 407,0 408,0 408,0 408,0 408,0FM A

kg/m³

8,1 6,7 6,3 5,8 5,0 4,5 4,0 3,8 3,3 Mehlkorngehalt kg/m³ 639,3 639,4 639,4 639,4 639,4 639,5 639,5 639,5 639,5w/z-Wert (Masse) - 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53 0,52 0,52 0,52 0,52 VW/VP-Wert (Vol.) - 0,81 0,80 0,80 0,80 0,80 0,79 0,79 0,79 0,79

Spez. Oberfläche m²/dm³ 629,8 629,8 629,8 629,8 629,8 629,8 629,8 629,8 629,8

Leimgehalt 39,4 39,3 39,2 39,2 39,1 39,1 39,1 39,1 39,0 Gehalt 0,125 / 2 30,2 30,3 30,3 30,3 30,3 30,3 30,3 30,3 30,3 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,4 30,5 30,5 30,6 30,6 30,6 30,6 30,6 30,6

Frischbetontemp. °C 18,0 18,5 19,5 17,0 18,5 19,5 19,0 n. g. 19,0 10 min 81,0 81,0 82,0 81,0 83,5 82,0 81,0 81,0 74,0 30 min 80,0 81,0 80,5 82,0 79,0 79,0 81,0 80,0 58,0 60 min 79,0 n. g. 82,5 82,5 82,5 81,5 79,5 73,5 43,0 90 min 79,0 n. g. 79,5 79,5 78,0 79,5 73,0 49,5 n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

79,5 n. g. 81,5 81,0 77,0 68,0 47,5 n. m. n. m. 10 min 6,7 8,0 9,6 9,7 10,2 9,5 13,5 10,7 13,0 30 min 7,3 7,9 8,7 11,0 14,0 13,0 12,1 13,8 23,8 60 min 8,3 n. g. 10,2 12,4 12,8 12,2 17,4 n. m. n. m. 90 min 9,0 n. g. 13,6 17,0 18,3 15,2 23,1 n. m. n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

9,7 n. g. 15,0 16,1 25,7 30,3 n. m. n. m. n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -76,4 n. g. -45,0 -70,0 -38,9 -27,1 -28,9 -15,2 -11,2

5 min 1,7 4,6 3,8 4,1 n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. LP-Gehalt 55 min

Vol.-% n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

7 d n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 20

Anhang 27: Ergebnisse SVB M1a Rezeptur Einheit SVB M1a Bezeichnung +10 +5 FM 4,0 -5 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 KSM G3 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 Wasser 182,8 177,8 172,8 167,8 162,8 0/2 A 780,0 785,0 789,0 794,0 798,0 2/8 A 380,0 385,0 389,0 394,0 398,0 8/16 A 399,0 404,0 408,0 412,0 416,0 FM A

kg/m³

4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,55 0,54 0,52 0,51 0,49 w/p-Wert (Vol.) - 0,84 0,82 0,79 0,77 0,75 Oberfläche m²/dm³ 629,8 629,8 629,8 629,8 629,8 Wasserfilmdicke µm 0,29 0,28 0,27 0,27 0,26 Leimgehalt 40,1 39,5 3912 39,6 38,1 Gehalt 0,125 / 2 30,0 30,2 30,3 30,5 30,7 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,0 30,3 30,6 31,0 31,3

Frischbetontemp. °C n. g. n. g. 19,0 n. g. 19,5 10 min 81,5 79,5 81,0 77,0 72,5 30 min 76,5 76,5 81,0 76,0 52,5 60 min 79,5 76,0 79,5 48,0 n. m.

90 min 78,5 71,5 73,0 n. m. n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

76,5 n. m. 47,5 n. m. n. m.

10 min 6,4 8,8 13,5 16,1 27,3 30 min 8,6 10,5 12,1 19,0 n. m. 60 min 8,3 14,3 17,4 n. m. n. m.

90 min 10,6 21,8 23,1 n. m. n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

15,5 n. m. n. m. n. m. n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -44,5 -44,8 -28,9 -6,6 -4,4

5 min 6,4 4,1 4,1 4,1 4,1 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

7 d 50,3 51,3 52,9 52,5 56,3 Druck-festigkeit 28 d

N/mm² 65,6 68,1 68,1 67,6 69,4

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 21

Anhang 28: Ergebnisse SVB M1b Rezeptur Einheit SVB M1b Bezeichnung +10 +5 FM 5,7 -5 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 KSM G3 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 Wasser 174,0 169,0 164,0 159,0 154,0 0/2 A 788,0 793,0 797,0 802,0 806,0 2/8 A 388,0 393,0 397,0 402,0 406,0 8/16 A 406,0 411,0 415,0 420,0 424,0 FM A

kg/m³

5,7 5,7 5,7 5,7 5,7 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,53 0,51 0,50 0,48 0,47 w/p-Wert (Vol.) - 0,80 0,77 0,75 0,73 0,71 Oberfläche m²/dm³ 629,8 629,8 629,8 629,8 629,8 Wasserfilmdicke µm 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 Leimgehalt 39,2 38,7 38,2 37,7 37,2 Gehalt 0,125 / 2 30,3 30,5 30,6 30,8 31,0 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,5 30,9 31,2 31,6 31,9

Frischbetontemp. °C 23,0 23,0 24,5 24,0 24,5 10 min 83,0 83,0 79,0 79,0 77,5 30 min 80,0 80,5 79,0 76,0 76,0 60 min 81,5 81,0 77,5 70,5 50,5 90 min 79,0 79,5 74,5 42,5 n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

73,5 75,0 42,0 n. m. n. m. 10 min 8,8 9,5 11,4 18,4 11,4 30 min 10,2 12,3 13,8 26,3 13,8 60 min 10,5 13,0 18,3 37,5 18,3 90 min 16,6 20,2 29,3 n. m. 29,3

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

28,0 27,5 n. m. n. m. n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -25,4 -29,1 -24,6 -13,8 -24,6

5 min 0,6 0,5 0,6 1,6 1,6 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,4 1,3 1,7 3,2 3,2

7 d n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 22

Anhang 29: Ergebnisse SVB M1c Rezeptur Einheit SVB M1c Bezeichnung +10 +5 FM 7,2 -5 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 KSM G3 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 Wasser 165,0 160,0 155,0 150,0 145,0 0/2 A 796,0 800,0 805,0 809,0 814,0 2/8 A 396,0 400,0 405,0 409,0 414,0 8/16 A 414,0 418,0 423,0 427,0 431,0 FM A

kg/m³

7,2 7,2 7,2 7,2 7,2 Mehlkorngehalt Kg/m³ 600,8 600,8 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,50 0,48 0,47 0,45 0,44 w/p-Wert (Vol.) - 0,76 0,73 0,71 0,69 0,66 Oberfläche m²/dm³ 629,8 629,8 629,8 629,8 629,8 Wasserfilmdicke µm 0,26 0,25 0,25 0,24 0,23 Leimgehalt 38,3 37,8 37,3 36,8 36,3 Gehalt 0,125 / 2 30,6 30,8 30,9 31,1 31,3 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,1 31,5 31,8 32,1 32,5

Frischbetontemp. °C 25,0 25,0 24,0 23,0 24,0 10 min 81,5 80,0 80,5 76,7 74,5 30 min 81,0 81,0 78,5 78,0 74,0 60 min 81,5 78,9 79,0 73,6 65,5 90 min 78,5 74,0 73,5 66,4 n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

76,0 73,0 65,0 n. m. n. m.

10 min 9,8 12,3 14,0 25,2 37,5 30 min 10,6 13,5 16,2 29,4 47,3 60 min 11,8 18,2 23,8 43,6 77,6 90 min 17,2 26,5 36,7 86,8 n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

23,4 40,6 56,7 n. m. n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -28,5 -20,7 -16,2 -7,2 -4,4

5 min 0,5 0,7 0,9 1,3 1,6 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,1 1,3 2,5 2,5 2,9

7 d n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 23

Anhang 30: Ergebnisse SVB M1d Rezeptur Einheit SVB M1d Bezeichnung +5 FM 11,7 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 270,0 270,0 270,0 Wasser 153,2 148,2 143,2 0/2 A 806,0 811,0 815,0 2/8 A 406,0 411,0 415,0 8/16 A 424,0 429,0 433,0 FM A

kg/m³

11,7 11,7 11,7 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,46 0,45 0,43 w/p-Wert (Vol.) - 0,7 0,68 0,66 Oberfläche m²/dm³ 629,8 629,8 629,8 Wasserfilmdicke µm 0,24 0,24 0,23 Leimgehalt 37,1 36,6 36,1 Gehalt 0,125 / 2 31,0 31,2 31,3 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,9 32,3 32,6

Frischbetontemp. °C 23,0 25,0 23,0 10 min 78,0 75,0 76,5 30 min 77,0 76,0 75,0 60 min 74,0 74,0 70,5 90 min 74,0 69,0 70,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

71,0 67,5 77,5

10 min 22,3 29,2 39,2 30 min 24,6 33,3 49,7 60 min 32,3 41,4 67,6 90 min 40,0 55,7 72,7

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

43,5 75,1 125,0 Auswasch-versuch 30 min M.-% -0,8 -14,3 -5,8

5 min 1,5 1,2 1,5 LP-Topf 55 min

Vol.-% 0,9 1,6 2,2

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 24

Anhang 31: Ergebnisse SVB M2 Rezeptur Einheit SVB M2 Bezeichnung +10 +5 FM 7,2 -5 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 KSM H 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 Wasser 165,0 160,0 155,0 150,0 145,0 0/2 A 796,0 801,0 805,0 810,0 814,0 2/8 A 396,0 401,0 405,0 410,0 414,0 8/16 A 414,0 418,0 422,0 424,0 429,0 FM A

kg/m³

7,2 7,2 7,2 7,2 7,2 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,50 0,48 0,47 0,45 0,44 w/p-Wert (Vol.) - 0,76 0,73 0,71 0,69 0,66 Oberfläche m²/dm³ 675,7 675,7 675,7 675,7 675,7 Wasserfilmdicke µm 0,24 0,24 0,23 0,22 0,21 Leimgehalt 38,3 37,8 37,3 36,8 36,3 Gehalt 0,125 / 2 30,6 30,8 30,9 31,1 31,3 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,1 31,5 31,8 32,1 32,4

Frischbetontemp. °C 21,0 23,0 22,0 22,0 22,0 10 min 84,0 82,5 82,0 81,0 75,0 30 min 82,5 82,5 81,9 80,0 68,0 60 min 86,0 77,5 79,5 63,5 41,5 90 min 83,0 78,5 78,5 48,5 n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

80,5 73,5 69,4 n. m. n. m.

10 min 7,3 8,7 10,5 15,0 26,8 30 min 8,1 10,6 13,0 17,5 41,0 60 min 8,0 15,6 15,1 41,1 n. m.

90 min 10,5 14,5 19,3 n. m. n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

12,0 16,1 36,5 n. m. n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -40,8 -26,1 -19,9 -5,7 -8,9

5 min 0,3 0,6 0,4 1,5 2,3 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 0,4 1,5 1,3 2,9 3,3

7 d n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 25

Anhang 32: Ergebnisse SVB M3 Rezeptur Einheit SVB M3 Bezeichnung +5 FM 11,3 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM I 270,0 270,0 270,0 Wasser 162,9 157,9 152,9 0/2 A 797,0 802,0 806,0 2/8 A 397,0 402,0 406,0 8/16 A 417,0 422,0 426,0 FM A

kg/m³

11,3 11,3 11,3 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,49 0,48 0,46 w/p-Wert (Vol.) - 0,75 0,72 0,70 Oberfläche m²/dm³ 532,8 532,9 532,9 Wasserfilmdicke µm 0,31 0,30 0,29 Leimgehalt 38,1 37,6 37,1 Gehalt 0,125 / 2 30,6 30,8 31,0 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,3 31,7 32,0

Frischbetontemp. °C 26,0 26,0 26,0 10 min 80,0 77,0 79,5 30 min 79,5 81,5 77,0 60 min 79,5 79,0 72,5 90 min 76,0 73,5 69,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

76,5 72,5 n. m.

10 min 11,3 13,0 11,2 30 min 13,2 19,3 12,4 60 min 16,4 19,2 19,7 90 min 17,6 29,4 23,5

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

22,6 41,3 n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -23,0 -12,1 -9,8

5 min 0,8 1,0 1,3 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,1 1,6 2,4

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 26

Anhang 33: Ergebnisse SVB M4a Rezeptur Einheit SVB M4a Bezeichnung +5 FM 5,5 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 170,0 170,0 170,0 KSM J 100,0 100,0 100,0 Wasser 168,9 163,8 158,9 0/2 A 790,0 794,0 798,0 2/8 A 390,0 394,0 398,0 8/16 A 418,0 422,0 426,0 FM A

kg/m³

5,5 5,5 5,5 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,51 0,50 0,48 w/p-Wert (Vol.) - 0,76 0,74 0,72 Oberfläche m²/dm³ 738,8 738,8 738,8 Wasserfilmdicke µm 0,23 0,22 0,22 Leimgehalt 38,9 38,4 38,0 Gehalt 0,125 / 2 30,3 30,5 30,7 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,0 31,4 31,7

Frischbetontemp. °C 24,0 25,5 23,0 10 min 80,5 78,5 77,5 30 min 78,5 77,0 78,0 60 min 78,0 78,0 74,5 90 min 77,0 74,5 67,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

69,5 59,0 n. m.

10 min 6,0 8,8 11,4 30 min 7,4 8,3 12,2 60 min 8,3 9,8 17,0

90 min 10,3 14,2 25,0

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

18,9 22,3 n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -15,9 -12,9 -10,7

5 min 0,6 1,2 1,7 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,6 2,6 3,2

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 27

Anhang 34: Ergebnisse SVB M4b Rezeptur Einheit SVB M4b Bezeichnung +5 FM 6,7 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 170,0 170,0 170,0 KSM J 100,0 100,0 100,0 Wasser 159,7 154,7 149,7 0/2 A 797,0 802,0 806,0 2/8 A 397,0 402,0 406,0 8/16 A 425,0 430,0 434,0 FM A

kg/m³

6,7 6,7 6,7 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,48 0,47 0,45 w/p-Wert (Vol.) - 0,72 0,70 0,68 Oberfläche m²/dm³ 738,8 738,8 738,8 Wasserfilmdicke µm 0,22 0,21 0,20 Leimgehalt 38,1 37,5 37,1 Gehalt 0,125 / 2 30,6 30,8 31,0 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,6 32,0 32,3

Frischbetontemp. °C 21,0 22,0 22,0 10 min 79,0 77,5 77,5 30 min 79,0 81,0 74,5 60 min 76,0 76,5 70,5 90 min 75,5 74,0 61,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

71,5 72,0 51,5

10 min 14,4 13,1 17,2 30 min 12,1 13,9 23,2 60 min 18,5 18,2 24,6 90 min 18,8 24,2 49,2

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

28,7 26,8 140,5 Auswasch-versuch 30 min M.-% -6,8 -2,2 -5,0

5 min 1,4 1,5 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 3,1 2,2

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 28

Anhang 35: Ergebnisse SVB M5 Rezeptur Einheit SVB M5 Bezeichnung +5 FM 11,3 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM C 270,0 270,0 270,0 Wasser 169,2 167,9 162,9 0/2 A 786,0 790,0 795,0 2/8 A 386,0 390,0 395,0 8/16 A 414,0 418,0 423,0 FM A

kg/m³

11,3 11,3 11,3 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,51 0,51 0,49 w/p-Wert (Vol.) - 0,78 0,77 0,75 Oberfläche m²/dm³ 529,9 529,9 529,9 Wasserfilmdicke µm 0,32 0,32 0,31 Leimgehalt 38,8 38,6 38,1 Gehalt 0,125 / 2 30,3 30,4 30,5 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,9 31,1 31,4

Frischbetontemp. °C 21,0 21,0 21,0 10 min 73,5 75,0 75,0 30 min 74,0 74,5 75,0 60 min 72,0 77,0 77,5 90 min 72,0 72,5 72,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

72,5 74,0 73,0

10 min 14,7 16,8 20,7 30 min 13,4 15,8 21,5 60 min 16,0 13,2 18,1

90 min 18,7 16,6 24,2

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

23,0 20,3 29,9 Auswasch-versuch 30 min M.-% -18,3 -10,6 -12,6

5 min 0,7 1,5 0,8 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 0,4 1,2 1,2

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 29

Anhang 36: Ergebnisse SVB M6 Rezeptur Einheit SVB M6 Bezeichnung + 5 FM 12,3 - 5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM B 270,0 270,0 270,0 Wasser 173,6 168,6 163,6 0/2 A 786,0 790,0 794,0 2/8 A 386,0 390,0 394,0 8/16 A 414,0 418,0 422,0 FM A

kg/m³

12,3 12,3 12,3 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,53 0,51 0,50 w/p-Wert (Vol.) - 0,80 0,77 0,75 Oberfläche m²/dm³ 427,3 427,3 427,3 Wasserfilmdicke µm 0,41 0,39 0,38 Leimgehalt 39,1 38,6 38,1 Gehalt 0,125 / 2 30,2 30,4 30,5 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,7 31,0 31,4

Frischbetontemp. °C 20,0 22,0 22,0 10 min 74,5 74,5 73,5 30 min 73,5 75,0 73,0 60 min 74,0 75,5 73,0 90 min 73,0 73,5 70,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

69,5 73,0 69,0

10 min 14,5 14,6 25,7 30 min 16,3 16,4 25,0 60 min 20,4 21,3 34,7

90 min 25,8 26,4 46,2

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

26,5 27,8 60,0 Auswasch-versuch 30 min M.-% -11,0 -15,5 -4,7

5 min 1,6 1,1 1,3 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,8 1,1 1,8

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 30

Anhang 37: Ergebnisse SVB M7a Rezeptur Einheit SVB M7a Bezeichnung +5 FM 7,3 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 SFA B 270,0 270,0 270,0 Wasser 180,1 175,1 170,1 0/2 A 768,0 777,0 779,0 2/8 A 368,0 377,0 379,0 8/16 A 398,0 407,0 409,0 FM A

kg/m³

7,3 7,3 7,3 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,56 0,53 0,52 w/p-Wert (Vol.) - 0,82 0,78 0,77 Oberfläche m²/dm³ 521,8 521,8 521,8 Wasserfilmdicke µm 0,35 0,34 0,33 Leimgehalt 41,0 40,0 39,8 Gehalt 0,125 / 2 29,5 29,9 29,9 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 29,4 30,1 30,3

Frischbetontemp. °C 20,0 20,0 20,0 10 min 80,0 78,5 77,0 30 min 79,5 79,5 73,0 60 min 80,5 82,5 83,5 90 min 79,5 79,0 n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

79,0 66,0 n. m.

10 min 8,1 14,8 39,4 30 min 9,0 15,3 49,6 60 min 11,9 13,6 n. m. 90 min 11,8 23,5 n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

14,2 64,5 n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -27,3 -3,1 -3,5

5 min 1,5 2,8 3,8 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% n. g. n. g. n. g.

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 31

Anhang 38: Ergebnisse SVB M7b Rezeptur Einheit SVB M7b Bezeichnung +10 +5 FM 7,7 -5 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 SFA B 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 Wasser 175,4 170,4 165,4 160,4 155,4 0/2 A 777,0 781,0 785,0 790,0 794,0 2/8 A 377,0 381,0 385,0 390,0 394,0 8/16 A 407,0 411,0 415,0 420,0 424,0 FM A

kg/m³

7,7 7,7 7,7 7,7 7,7 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,53 0,52 0,50 0,49 0,47 w/p-Wert (Vol.) - 0,78 0,76 0,73 0,71 0,69 Oberfläche m²/dm³ 521,8 521,8 521,8 521,8 521,8 Wasserfilmdicke µm 0,34 0,33 0,32 0,31 0,30 Leimgehalt 40,0 39,5 39,1 38,5 38,1 Gehalt 0,125 / 2 29,9 30,0 30,2 30,4 30,5 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,1 30,4 30,8 31,1 31,4

Frischbetontemp. °C 22,0 22,0 23,0 22,0 22,0 10 min 79,5 78,5 78,5 77,5 73,5 30 min 79,0 79,5 76,0 76,5 70,5 60 min 78,5 78,5 78,5 76,0 n. m. 90 min 77,5 77,5 75,5 74,5 n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

78,0 77,0 73,0 74,5 n. m.

10 min 11,4 13,9 21,2 33,0 81,9 30 min 13,8 13,5 20,4 33,0 120,2 60 min 13,3 17,4 20,5 45,5 n. m. 90 min 16,4 23,2 39,5 56,6 n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

18,9 25,5 54,6 76,9 n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -12,9 -15,6 -1,8 -4,4 -6,9

5 min 1,0 1,2 1,8 1,6 3,1 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,2 1,3 2,3 2,3 n. e.

7 d n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 32

Anhang 39: Ergebnisse SVB M8a Rezeptur Einheit SVB M8a Bezeichnung +5 FM 5,7 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 SFA F2 270,0 270,0 270,0 Wasser 179,0 174,0 169,0 0/2 A 774,0 778,0 782,0 2/8 A 374,0 378,0 382,0 8/16 A 402,0 407,0 411,0 FM A

kg/m³

5,7 5,7 5,7 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,54 0,53 0,51 w/p-Wert (Vol.) - 0,79 0,77 0,75 Oberfläche m²/dm³ 502,9 502,9 502,9 Wasserfilmdicke µm 0,36 0,35 0,34 Leimgehalt 40,4 39,9 39,4 Gehalt 0,125 / 2 29,8 29,9 30,1 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 29,8 30,2 30,5

Frischbetontemp. °C 21,0 21,5 22,0 10 min 79,0 79,0 79,0 30 min 79,0 78,0 77,0 60 min 77,5 77,5 74,0 90 min 75,0 75,5 68,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

74,5 75,5 61,5 10 min 8,4 9,3 13,0 30 min 11,8 12,0 14,0 60 min 14,9 18,2 24,0 90 min 21,3 20,0 44,0

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

27,6 25,1 52,0 Auswasch-versuch 30 min M.-% -1,5 -2,0 -1,0

5 min 1,6 1,6 n. g. LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 2,3 2,4 n. g.

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 33

Anhang 40: Ergebnisse SVB M8b Rezeptur Einheit SVB M8b Bezeichnung +5 FM 8,0 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 SFA F2 270,0 270,0 270,0 Wasser 170,6 165,6 160,6 0/2 A 781,0 786,0 790,0 2/8 A 381,0 386,0 390,0 8/16 A 409,0 414,0 418,0 FM A

kg/m³

8,0 8,0 8,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,52 0,50 0,49 w/p-Wert (Vol.) - 0,76 0,73 0,71 Oberfläche m²/dm³ 502,9 502,9 502,9 Wasserfilmdicke µm 0,34 0,33 0,32 Leimgehalt 39,6 39,1 38,6 Gehalt 0,125 / 2 30,0 30,2 30,4 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,4 30,7 31,1

Frischbetontemp. °C 25,0 22,0 23,0 10 min 78,5 79,0 73,0 30 min 77,5 78,5 73,5 60 min 76,5 78,5 72,5 90 min 75,0 76,5 66,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

74,5 73,5 61,0

10 min 16,9 23,2 55,5 30 min 20,7 24,3 68,7 60 min 26,5 28,0 82,5

90 min 41,3 39,1 129,8

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

51,4 58,0 153,7 Auswasch-versuch 30 min M.-% -0,6 -4,1 -6,1

5 min 2,0 1,5 2,8 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 2,3 2,5 2,9

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 34

Anhang 41: Ergebnisse SVB M9a Rezeptur Einheit SVB M9a Bezeichnung +5 FM 4,5 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 SFA A 170,0 170,0 170,0 SFA G 100,0 100,0 100,0 Wasser 178,2 173,2 168,2 0/2 A 775,0 778,0 783,0 2/8 A 375,0 378,0 383,0 8/16 A 405,0 408,0 413,0 FM A

kg/m³

4,5 4,5 4,5 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,54 0,52 0,51 w/p-Wert (Vol.) - 0,80 0,78 0,76 Oberfläche m²/dm³ 608,8 608,8 608,8 Wasserfilmdicke µm 0,29 0,28 0,28 Leimgehalt 40,0 39,6 39,0 Gehalt 0,125 / 2 29,8 29,9 30,1 Gehalt 2 / 16

30,0 30,2 30,6

Frischbetontemp. °C 18,0 17,0 19,0 10 min 89,0 84,0 79,0 30 min 88,0 84,0 72,5 60 min 88,5 84,0 61,0 90 min 84,5 81,5 53,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

84,0 79,5 45,0

10 min 2,9 3,3 3,5 30 min 3,0 3,8 5,0 60 min 3,4 3,9 8,2

90 min 3,7 5,0 12,9

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

5,2 5,7 n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -12,9 -13,9 -14,6

5 min 0,5 1,0 1,5 LP-Topf 55 min

Vol.-% 0,7 1,5 2,2

7 d N/mm² n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 35

Anhang 42: Ergebnisse SVB M9b Rezeptur Einheit SVB M9b Bezeichnung +5 FM 5,3 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 SFA A 170,0 170,0 170,0 SFA G 100,0 100,0 100,0 Wasser 168,7 163,7 158,7 0/2 A 783,0 787,0 791,0 2/8 A 383,0 387,0 391,0 8/16 A 411,0 415,0 419,0 FM A

kg/m³

5,3 5,3 5,3 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,51 0,50 0,48 w/p-Wert (Vol.) - 0,76 0,74 0,71 Oberfläche m²/dm³ 608,8 608,8 608,8 Wasserfilmdicke µm 0,28 0,27 0,26 Leimgehalt 39,1 38,6 38,2 Gehalt 0,125 / 2 30,1 30,3 30,4 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,5 30,8 31,3

Frischbetontemp. °C 22,0 20,0 23,0 10 min 87,0 85,5 76,0 30 min 88,5 83,0 74,0 60 min 84,5 81,0 64,0 90 min 84,5 79,0 55,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

80,5 75,5 51,0

10 min 5,1 5,0 8,1 30 min 4,7 5,2 11,1 60 min 5,8 7,2 12,8 90 min 8,1 9,3 21,2

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

7,6 9,7 n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -13,9 -4,2 -6,4

5 min 0,5 1,6 1,7 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,1 1,8 2,6

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 36

Anhang 43: Ergebnisse SVB M10 Rezeptur Einheit SVB M10 Bezeichnung +10 +5 FM 7,7 -5 -10 CEM M 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 KSM G3 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 Wasser 173,5 168,5 163,5 158,5 153,5 0/2 A 785,0 789,0 793,0 798,0 802,0 2/8 A 385,0 389,0 393,0 398,0 402,0 8/16 A 414,0 419,0 423,0 428,0 432,0 FM A

kg/m³

5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,53 0,51 0,50 0,48 0,47 w/p-Wert (Vol.) - 0,80 0,77 0,75 0,73 0,73 Oberfläche m²/dm³ 659,5 659,5 659,5 659,5 659,5 Wasserfilmdicke µm 0,26 0,26 0,25 0,24 0,23 Leimgehalt 39,1 38,6 38,2 37,6 37,2 Gehalt 0,125 / 2 30,2 30,3 30,5 30,7 30,8 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,7 31,1 31,4 31,7 32,1

Frischbetontemp. °C 21,0 22,0 22,0 20,5 20,5 10 min 81,0 79,5 79,5 80,1 79,5 30 min 79,5 80,0 81,0 80,5 77,0 60 min 77,5 79,0 81,5 80,5 78,5 90 min 79,5 80,0 82,0 80,0 75,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

80,0 79,0 78,5 76,0 67,5

10 min 8,1 8,5 11,5 10,2 17,1 30 min 9,3 10,8 13,1 13,5 26,4 60 min 13,8 13,2 19,8 14,1 40,3 90 min 11,0 14,5 23,1 23,2 58,3

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

12,8 19,9 40,8 33,1 146,4 Auswasch-versuch 30 min M.-% -30,2 -25,1 -15,2 -17,7 -4,9

5 min 0,5 1,1 0,9 2,1 2,9 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,0 1,2 1,9 2,4 3,0

7 d n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 37

Anhang 44: Ergebnisse SVB M12 Rezeptur Einheit SVB M12 Bezeichnung +5 FM 18,3 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 270,0 270,0 270,0 Wasser 167,8 162,8 157,8 0/2 A 790,0 794,0 806,0 2/8 A 390,0 394,0 406,0 8/16 A 420,0 424,0 436,0 FM B

kg/m³

18,3 18,3 18,3 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,51 0,49 0,48 w/p-Wert (Vol.) - 0,77 0,75 0,62 Oberfläche m²/dm³ 633,7 633,7 633,7 Wasserfilmdicke µm 0,26 0,26 0,25 Leimgehalt 38,5 38,1 37,3 Gehalt 0,125 / 2 30,4 30,5 30,7 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,1 31,4 32,1

Frischbetontemp. °C 19,0 21,0 20,0 10 min 83,0 77,5 71,5 30 min 83,0 77,5 72,0 60 min 83,0 77,5 75,0 90 min 81,0 75,0 73,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

80,5 73,5 72,5

10 min 21,0 32,2 53,5 30 min 23,0 33,0 71,0 60 min 23,6 44,1 66,0 90 min 27,5 57,2 67,0

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

31,5 62,2 85,0 Auswasch-versuch 30 min M.-% -16,3 -12,9 -1,3

5 min 1,5 2,6 3,9 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 2,0 2,9 3,8

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 38

Anhang 45: Ergebnisse SVB M13 Rezeptur Einheit SVB M13 Bezeichnung +5 FM 9,2 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 270,0 270,0 270,0 Wasser 161,4 156,4 151,4 0/2 B 800,0 804,0 809,0 2/8 A 400,0 404,0 409,0 8/16 A 418,0 422,0 427,0 FM A

kg/m³

9,2 9,2 9,2 Mehlkorngehalt kg/m³ 600,8 600,8 600,8 w/z-Wert (Masse) - 0,49 0,47 0,46 w/p-Wert (Vol.) - 0,74 0,72 0,69 Oberfläche m²/dm³ 629,8 629,8 629,8 Wasserfilmdicke µm 0,26 0,25 0,24 Leimgehalt 37,9 37,4 36,9 Gehalt 0,125 / 2 30,7 30,9 31,1 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,4 31,7 32,1

Frischbetontemp. °C 19,0 18,0 20,0 10 min 80,0 79,0 77,5 30 min 78,5 77,5 76,5 60 min 78,0 77,5 75,5 90 min 76,0 77,0 75,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

72,0 73,5 72,5

10 min 14,7 19,2 24,8 30 min 16,2 24,7 28,7 60 min 22,2 25,9 31,5 90 min 25,7 26,9 31,5

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

45,0 33,5 49,8 Auswasch-versuch 30 min M.-% -16,0 -3,4 -3,8

5 min 1,4 1,9 2,1 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,7 2,6 2,9

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 39

Anhang 46: Ergebnisse SVB M14 Rezeptur Einheit SVB M14 Bezeichnung +5 FM 8,0 -5 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 270,0 270,0 270,0 Wasser 160,6 155,6 150,6 0/2 A 792,0 797,0 801,0 2/8 A 392,0 397,0 401,0 8/16 A 422,0 427,0 431,0 FM A 8,0 8,0 8,0 Mikro A

kg/m³

10,0 10,0 10,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 610,8 610,8 610,8 w/z-Wert (Masse) - 0,49 0,47 0,46 w/p-Wert (Vol.) - 0,72 0,70 0,68 Oberfläche m²/dm³ 809,8 809,8 809,8 Wasserfilmdicke µm 0,20 0,19 0,19 Leimgehalt 38,3 37,8 37,3 Gehalt 0,125 / 2 30,5 30,6 30,8 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,3 31,7 32,0

Frischbetontemp. °C 21,0 21,0 20,0 10 min 79,5 78,5 76,0 30 min 78,5 76,5 75,0 60 min 79,0 78,0 72,0 90 min 77,0 74,5 69,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

76,0 72,5 64,5

10 min 13,2 22,6 29,4 30 min 13,6 22,2 41,9 60 min 13,3 27,7 47,5

90 min 20,0 39,0 73,1

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

24,2 45,9 100,0 Auswasch-versuch 30 min M.-% -21,4 -10,4 -4,6

5 min 1,4 1,6 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,5 2,0 4,1

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 40

Anhang 47: Ergebnisse SVB K1a Rezeptur Einheit SVB K1a Bezeichnung +10 FM 5,6 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 200,0 200,0 200,0 Wasser 184,5 174,5 164,5 0/2 A 801,0 809,0 818,0 2/8 A 401,0 409,0 418,0 8/16 A 419,0 427,0 436,0 FM A 5,6 5,6 5,6 ST B

kg/m³

1,2 1,2 1,2 Mehlkorngehalt kg/m³ 530,8 530,8 530,8 w/z-Wert (Masse) - 0,56 0,53 0,50 w/p-Wert (Vol.) - 0,95 0,90 0,85 Oberfläche m²/dm³ 544,4 544,4 544,4 Wasserfilmdicke µm 0,34 0,32 0,30 Leimgehalt 37,3 36,3 35,3 Gehalt 0,125 / 2 30,8 31,1 31,4 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,5 32,2 32,8

Frischbetontemp. °C 18,5 18,0 20,0 10 min 75,0 74,5 74,5 30 min 75,0 73,5 74,5 60 min 75,0 72,0 74,5 90 min 72,5 71,5 72,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

73,0 71,5 71,0

10 min 4,7 6,7 1,6 30 min 5,6 10,6 12,3 60 min 5,5 9,7 15,2

90 min 6,7 11,4 18,9

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

6,8 12,9 25,0 Auswasch-versuch 30 min M.-% -20,8 -14,4 -3,9

5 min 1,2 0,9 0,5 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,6 1,5 0,9

7 d 51,3 49,5 52,5 Druck-festigkeit 28 d

N/mm² 68,1 68,1 67,6

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 41

Anhang 48: Ergebnisse SVB K1b Rezeptur Einheit SVB K1b Bezeichnung +10 FM 8,0 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 200,0 200,0 200,0 Wasser 186,8 176,8 166,8 0/2 A 799,0 807,0 816,0 2/8 A 399,0 407,0 416,0 8/16 A 417,0 425,0 434,0 FM A 8,0 8,0 8,0 ST B

kg/m³

2,4 2,4 2,4 Mehlkorngehalt kg/m³ 530,8 530,8 530,8 w/z-Wert (Masse) - 0,57 0,54 0,51 w/p-Wert (Vol.) - 0,97 0,91 0,86 Oberfläche m²/dm³ 544,4 544,4 544,4 Wasserfilmdicke µm 0,34 0,32 0,31 Leimgehalt 37,3 36,3 35,3 Gehalt 0,125 / 2 30,7 31,0 31,4 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,4 32,0 32,7

Frischbetontemp. °C 22,0 20,0 21,0 10 min 75,5 74,5 72,5 30 min 73,5 74,5 72,5 60 min 74,0 74,5 73,0 90 min 74,0 69,5 71,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

72,0 70,5 66,0

10 min 11,1 10,6 17,7 30 min 10,5 11,8 24,1 60 min 11,5 15,1 27,0

90 min 15,3 18,7 35,7

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

17,9 20,1 55,9 Auswasch-versuch 30 min M.-% -23,9 -19,9 -4,8

5 min 0,8 1,5 1,8 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,0 1,5 1,7

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 42

Anhang 49: Ergebnisse SVB K1c Rezeptur Einheit SVB K1c Bezeichnung +10 FM 4,3 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 200,0 200,0 200,0 Wasser 206,0 196,0 186,0 0/2 A 782,0 791,0 799,0 2/8 A 382,0 391,0 399,0 8/16 A 400,0 409,0 417,0 FM A 4,3 4,3 4,3 ST B

kg/m³

6,0 6,0 6,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 530,8 530,8 530,8 w/z-Wert (Masse) - 0,62 0,59 0,56 w/p-Wert (Vol.) - 1,07 1,02 0,96 Oberfläche m²/dm³ 544,4 544,4 544,4 Wasserfilmdicke µm 0,38 0,36 0,34 Leimgehalt 39,9 38,3 37,3 Gehalt 0,125 / 2 30,1 30,4 30,7 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,1 30,7 31,4

Frischbetontemp. °C 20,0 21,0 21,0 10 min 78,0 75,0 68,0 30 min 79,5 75,0 68,0 60 min 78,0 76,0 69,0 90 min 78,0 73,5 65,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

75,0 71,5 58,0

10 min 6,3 7,8 12,5 30 min 6,4 8,3 18,6 60 min 6,2 8,6 16,3

90 min 8,0 9,0 23,3

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

8,7 9,8 39,3 Auswasch-versuch 30 min M.-% -19,8 -12,8 -3,2

5 min 2,2 3,1 4,0 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,5 3,0 3,9

7 d N/mm² n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 43

Anhang 50: Ergebnisse SVB K2a Rezeptur Einheit SVB K2a Bezeichnung +10 +5 FM 4,0 -5 -10 CEM D2 396,7 396,7 396,7 396,7 396,7 KSM H 270,0 270,0 270,0 270,0 270,0 Wasser 188,3 183,3 178,3 173,3 168,3 0/2 A 700,0 704,0 708,0 713,0 717,0 2/8 A 320,0 324,0 328,0 333,0 337,0 8/16 A 470,0 474,0 478,0 483,0 487,0 FM D 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 ST C

kg/m³

2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 w/z-Wert (Masse) - 0,47 0,46 0,45 0,44 0,42 w/p-Wert (Vol.) - 0,79 0,77 0,75 0,73 0,71 Oberfläche m²/dm³ 700,7 700,7 700,7 700,7 700,7 Wasserfilmdicke µm 0,27 0,26 0,25 0,25 0,24 Leimgehalt 42,1 41,7 41,2 40,7 40,2 Gehalt 0,125 / 2 26,9 27,1 27,2 27,4 27,2 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,4 30,7 31,0 31,4 31,7

Frischbetontemp. °C 25,0 25,0 25,0 25,0 25,0 10 min 87,5 85,0 83,0 78,0 72,5 30 min 83,0 82,5 75,5 66,0 58,0 60 min 79,0 74,5 66,0 53,5 47,5 90 min 71,5 66,0 57,0 n. m. n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

55,0 52,0 40,0 n. m. n. m.

10 min 3,7 5,1 5,6 6,5 7,6 30 min 4,5 4,6 6,5 9,4 20,0 60 min 5,3 7,0 9,5 n. m. n. m. 90 min 7,7 10,5 17,3 n. m. n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

27,3 n. m. n. m. n. m. n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -5,6 n. g. -11,2 n. g. -13,9

5 min 0,8 0,9 1,3 1,2 1,7 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 2,1 2,2 2,7 3,6 3,4

7 d n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 44

Anhang 51: Ergebnisse SVB K2b Rezeptur Einheit SVB K2b Bezeichnung +10 FM 8,1 -10 CEM D2 396,7 396,7 396,7 KSM H 270,0 270,0 270,0 Wasser 191,5 181,5 171,5 0/2 A 697,0 706,0 714,0 2/8 A 317,0 326,0 334,0 8/16 A 467,0 476,0 484,0 FM D 8,1 8,1 8,1 ST C

kg/m³

4,0 4,0 4,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 667,4 667,4 667,4 w/z-Wert (Masse) - 0,48 0,46 0,43 w/p-Wert (Vol.) - 0,81 0,76 0,72 Oberfläche m²/dm³ 700,7 700,7 700,7 Wasserfilmdicke µm 0,27 0,26 0,24 Leimgehalt 42,1 41,1 40,2 Gehalt 0,125 / 2 26,8 27,1 27,5 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,1 30,8 31,5

Frischbetontemp. °C 18,0 19,0 18,5 10 min 85,5 83,5 85,0 30 min 85,5 82,5 80,5 60 min 83,5 81,5 83,5 90 min 80,0 78,5 79,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

78,0 80,5 77,5

10 min 6,5 9,6 8,8 30 min 8,0 9,6 10,9 60 min 7,8 11,3 9,6

90 min 9,0 13,8 12,8

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

10,7 11,1 14,9 Auswasch-versuch 30 min M.-% n. g. -10,2 n. g.

5 min 0,5 0,9 1,0 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 0,3 0,5 0,9

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 45

Anhang 52: Ergebnisse SVB K3a Rezeptur Einheit SVB K3a Bezeichnung +10 FM 4,4 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 200,0 200,0 200,0 Wasser 183,1 173,1 163,1 0/2 A 801,0 810,0 819,0 2/8 A 401,0 410,0 419,0 8/16 A 419,0 428,0 437,0 FM A 4,4 4,4 4,4 ST A

kg/m³

4,0 4,0 4,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 532,8 532,8 532,8 w/z-Wert (Masse) - 0,55 0,52 0,49 w/p-Wert (Vol.) - 0,95 0,89 0,84 Oberfläche m²/dm³ 544,4 544,4 544,4 Wasserfilmdicke µm 0,34 0,32 0,30 Leimgehalt 37,3 36,3 35,3 Gehalt 0,125 / 2 30,8 31,1 31,5 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,5 32,2 32,9

Frischbetontemp. °C 20,0 19,0 20,5 10 min 76,5 75,5 73,5 30 min 75,5 75,0 73,0 60 min 73,0 74,0 63,0 90 min 73,5 74,5 n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

73,5 72,5 n. m.

10 min 4,9 5,9 14,4 30 min 6,4 8,1 16,9 60 min 7,0 10,1 33,2

90 min 8,5 12,2 n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

9,7 15,3 n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -24,8 -15,1 -7,7

5 min 1,7 1,7 6,8 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 2,7 2,1 7,9

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 46

Anhang 53: Ergebnisse SVB K3b Rezeptur Einheit SVB K3b Bezeichnung +10 FM 4,8 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 200,0 200,0 200,0 Wasser 183,3 173,3 163,3 0/2 A 800,0 809,0 818,0 2/8 A 400,0 409,0 418,0 8/16 A 418,0 427,0 435,0 FM A 4,8 4,8 4,8 ST A

kg/m³

8,0 8,0 8,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 534,8 534,8 534,8 w/z-Wert (Masse) - 0,56 0,53 0,49 w/p-Wert (Vol.) - ,95 0,90 0,84 Oberfläche m²/dm³ 544,4 544,4 544,4 Wasserfilmdicke µm 0,34 0,32 0,30 Leimgehalt 37,3 36,3 35,3 Gehalt 0,125 / 2 30,8 31,1 31,4 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 31,5 32,1 32,8

Frischbetontemp. °C 20,0 21,5 21,5 10 min 76,5 74,5 70,5 30 min 75,5 73,5 69,0 60 min 75,0 74,5 51,5 90 min 73,5 72,5 n. m.

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

72,0 65,5 n. m.

10 min 3,9 6,3 16,5 30 min 5,2 7,4 21,0 60 min 6,3 8,9 60,7

90 min 7,4 11,7 n. m.

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

9,0 18,1 n. m. Auswasch-versuch 30 min M.-% -22,9 -22,0 -6,3

5 min 0,8 1,0 1,8 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 1,0 2,3 2,3

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 47

Anhang 54: Ergebnisse SVB K4 Rezeptur Einheit SVB K4 Bezeichnung +10 FM 9,0 -10 CEM E2 330,0 330,0 330,0 KSM G3 200,0 200,0 200,0 Wasser 196,3 186,3 176,3 0/2 A 789,0 798,0 806,0 2/8 A 389,0 398,0 406,0 8/16 A 407,0 416,0 425,0 FM A 9,0 9,0 9,0 Bentonit (Feststoff)

kg/m³

4,5 4,5 4,5 Mehlkorngehalt kg/m³ 535,3 535,3 535,3 w/z-Wert (Masse) - 0,59 0,56 0,53 w/p-Wert (Vol.) - 1,02 0,96 0,91 Oberfläche m²/dm³ 544,4 544,4 544,4 Wasserfilmdicke µm 0,36 0,34 0,32 Leimgehalt 38,3 37,3 36,3 Gehalt 0,125 / 2 30,3 30,7 31,0 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,6 31,3 31,9

Frischbetontemp. °C 16,0 16,0 15,0 10 min 76,0 75,0 71,5 30 min 76,0 73,0 70,5 60 min 76,0 75,0 75,5 90 min 72,5 73,5 72,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

70,0 72,0 70,0

10 min 11,5 15,9 19,4 30 min 13,1 18,9 26,2 60 min 10,8 13,8 21,2

90 min 16,9 22,0 25,3

Flie

ßzei

t t50

0 m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

s

18,4 17,4 18,8 Auswasch-versuch 30 min M.-% n. g. n. g. n. g.

5 min 4,0 5,4 5,4 LP-Gehalt 55 min

Vol.-% 4,0 5,0 5,4

7 d n. g. n. g. n. g. Druck-festigkeit 28 d

N/mm² n. g. n. g. n. g.

n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 48

Anhang 55: Ergebnisse Fließbeton F1 Rezeptur Einheit Fließbeton F1 Bezeichnung +10 +5 FM 5,0 -5 -10 CEM E3 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 SFA F2 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 Wasser 193,5 188,5 183,5 178,5 173,5 0/2 B 713,0 715,0 720,0 729,0 733,0 2/8 A 313,0 315,0 320,0 329,0 333,0 8/16 A 726,0 736,0 740,0 743,0 747,0 FM C

kg/m³

5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 360,7 360,7 360,7 360,7 360,7 w/z-Wert (Masse) - 0,59 0,57 0,56 0,54 0,53 w/p-Wert (Vol.) - 1,47 1,43 1,39 1,35 1,31 Oberfläche m²/dm³ 322,9 322,9 322,9 322,9 322,9 Wasserfilmdicke µm 0,60 0,58 0,57 0,55 0,54 Leimgehalt 32,5 32,0 31,5 30,9 30,4 Gehalt 0,125 / 2 27,4 27,5 27,7 27,9 28,1 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 39,9 40,4 40,7 41,1 41,4

Frischbetontemp. °C 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 10 min 51,5 45,0 45,5 43,0 38,0 30 min 72,5 70,0 66,0 63,0 57,0 60 min 67,5 61,0 58,0 56,0 50,0 90 min 59,5 57,0 53,0 52,0 46,5

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

56,0 53,0 51,0 48,0 43,0 5 min 0,6 0,8 1,1 1,3 1,4 LP-

Gehalt 55 min Vol.-%

0,7 0,5 1,0 0,8 1,2 7 d 41,6 45,1 49,9 46,4 49,8 Druck-

festigkeit 28 d N/mm²

55,8 61,3 64,7 62,4 63,6 n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Holger Höveling Anhang

A 49

Anhang 56: Ergebnisse Fließbeton F2 Rezeptur Einheit Fließbeton F2 Bezeichnung +10 +5 FM 1,6 -5 -10 CEM E3 330,0 330,0 330,0 330,0 330,0 SFA F2 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 Wasser 191,1 186,1 181,1 176,1 171,1 0/2 B 716,0 721,0 725,0 729,0 733,0 2/8 A 316,0 321,0 325,0 329,0 333,0 8/16 A 729,0 734,0 739,0 743,0 747,0 FM A

kg/m³

1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 Mehlkorngehalt kg/m³ 360,7 360,7 360,7 360,7 360,7 w/z-Wert (Masse) - 0,58 0,56 0,53 0,52 0,50 w/p-Wert (Vol.) - 1,45 1,41 1,37 1,33 1,30 Oberfläche m²/dm³ 322,9 322,9 322,9 322,9 322,9 Wasserfilmdicke µm 0,59 0,58 0,56 0,55 0,53 Leimgehalt 32,2 31,7 31,2 30,8 30,3 Gehalt 0,125 / 2 27,5 27,7 27,8 28,0 28,5 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 40,1 40,5 40,8 41,2 41,5

Frischbetontemp. °C 23,0 23,0 23,0 23,0 21,0 10 min 45,0 42,0 39,5 35,0 34,5 30 min 67,5 69,5 62,0 55,5 45,0 60 min 66,0 63,5 51,5 44,5 41,0 90 min 58,0 52,0 46,5 40,0 39,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

50,5 45,5 4,5 37,5 34,0 5 min 1,2 1,2 2,6 2,2 2,5 LP-

Gehalt 55 min Vol.-%

0,4 0,7 1,4 2,0 2,4 7 d n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. Druck-

festigkeit 28 d N/mm²

n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Anhang Holger Höveling

A 50

Anhang 57: Ergebnisse Fließbeton F3 Rezeptur Einheit Fließbeton F3 Bezeichnung +5 FM 4,6 -5 CEM E3 360,0 360,0 360,0 SFA F2 120,0 120,0 120,0 Wasser 188,2 183,2 178,2 0/2 B 850,0 858,0 862,0 2/8 A 400,0 403,0 407,0 8/16 A 400,0 403,0 407,0 FM A 4,6 4,6 4,6 ST B

kg/m³

2,0 2,0 2,0 Mehlkorngehalt kg/m³ 480,9 480,9 480,9 w/z-Wert (Masse) - 0,52 0,51 0,50 w/p-Wert (Vol.) - 0,46 0,45 0,44 Oberfläche m²/dm³ 417,7 417,7 417,7 Wasserfilmdicke µm 0,45 0,44 0,43 Leimgehalt 36,7 36,2 35,7 Gehalt 0,125 / 2 32,7 33,0 33,1 Gehalt 2 / 16

Vol.-% 30,8 31,0 31,3

Frischbetontemp. °C 21,0 21,5 20,0 10 min 72,5 67,5 67,0 30 min 69,5 64,5 64,5 60 min 68,0 64,5 64,0 90 min 67,5 63,5 60,0

Set

zflie

ßmaß

m

it

Blo

ckie

rrin

g

120 min

cm

66,0 60,5 59,5 5 min 0,7 1,3 0,9 LP-

Gehalt 55 min Vol.-%

1,0 1,6 1,6 7 d n. g. n. g. n. g. Druck-

festigkeit 28 d N/mm²

n. g. n. g. n. g. n. g. (nicht gemessen) n. m. (nicht messbar)

Berichte aus dem Institut für Baustoffe Herausgeber: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus Heft 1 Thomas Freimann: „Einfluss von Steinkohlenflugaschen auf das rheolo-

gische Verhalten von Zementleimen und –mörteln“, 2002 Heft 2 Susanne Thoke-Weidlich: „Alkaliionendiffusion in carbonartisierte und

nicht carbonatisierte Betone“, 2002 Heft 3 Lasse Petersen: „Einfluss baustofflicher Schädigungsprozesse auf das

Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen“, 2003 Heft 4 Holger Höveling: „Robustheit von Selbstverdichtendem Beton (SVB)“,

2006

Mitteilungen des Instituts für Baustoffkunde und Materialprüfung Die Hefte der bis 1995 laufende Schriftenreihe: „Mitteilungen des Instituts für Baustoffkunde und Materialprüfung“ können ebenfalls über das Institut für Baustoffe der Universität Hannover bezogen werden. Eine Zusammenstellung der 67 Hefte dieser Schriftenreihe ist der unten aufgeführten Homepage des Instituts für Baustoffe zu entnehmen. Sie repräsentieren die Arbeiten des Instituts vor der Namensänderung in 2001. Die Hefte sind zu beziehen von: Institut für Baustoffe Universität Hannover Appelstraße 9A und Nienburger Straße 3 30167 Hannover Tel.: 0511/762-3722 Fax: 0511/762-4736 www.institut-fuer-baustoffe.de