Mischungsentwurf und Fließeigenschaften von Selbstverdichtendem Beton (SVB) vom Mehlkorntyp unter Berücksichtigung der granulometrischen Eigenschaften der Gesteinskörnung

Abstract

In der Dissertation wurde ein Prüfverfahren zur Bestimmung der erforderlichen Leimmenge zur Herstellung von Selbstverdichtendem Beton (SVB) vom Mehlkorntyp entwickelt. Dabei wird direkt das für den SVB vorgesehene Korngemisch untersucht, wodurch auch Einflüsse, die von den granulometrischen Eigenschaften des Korngemisches abhängen, erfasst werden. Dieses Verfahren wurde als Korn-Gemisch-Prüfung (KGP) bezeichnet. Mit der Korn-Gemisch-Prüfung wurde ein neues, praxisgerechtes Verfahren zur Bestimmung des erforderlichen Leimbedarfes für SVB vom Mehlkorntyp entwickelt. Durch die direkte Prüfung des für die Betonherstellung vorgesehenen Korngemisches stellt dieses Verfahren eine Methode zur integralen Beschreibung der granulometrischen Eigenschaften von Korngemischen dar. Damit ist die Verwendung von beliebig geformten Gesteinskörnungen zur Herstellung von SVB möglich. Bei der Berechnung der erforderlichen Leimmenge wird auch das Wasser-Mehlkorn-Verhältnis berücksichtigt. Durch Kenntnis der erforderlichen Leimmenge lässt sich die Mischungsberechnung auf die bekannte Stoffraumrechnung reduzieren. Durch die Bestimmbarkeit der zur Herstellung von SVB erforderlichen Leimmenge mit der Korn-Gemisch-Prüfung kann der Fokus auf die Optimierung des Bindemittelleims gerichtet werden. Dabei hat sich die im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen verwendete Leistungsmessung des Labormischers als schnelle und zielsichere Methode zur Bestimmung der erforderlichen Mindestwassermenge erwiesen. Ausgehend von der erforderlichen Leimmenge und der Mindestwassermenge sind gezielte Optimierungen des SVB – vor allem im Hinblick auf die Wahl und Dosierung des Fließmittels – möglich. Zur Beschreibung der rheologischen Eigenschaften der SVB wurden mit einem automatischen Ausbreittisch die Fließkurven beim Setzfließversuch aufgezeichnet. Die mit dem automatischen Ausbreittisch gemessenen Setzfließkurven lassen sich in sehr guter Näherung durch eine Exponentialgleichung approximieren. Die Beschreibung der Fließkurve durch die gewählte Exponentialgleichung ergibt einen linearen Zusammenhang zwischen der Fließgeschwindigkeit bzw. der Fließbeschleunigung und dem Fließweg. Da die Fließgeschwindigkeit bzw. die Fließbeschleunigung bei Betrachtung über dem Fließweg direkt von dem Faktor beta abhängig ist, wird der Koeffizient beta als Frischbetonkennwert für die Dämpfung bzw. die effektive Viskosität der Fließbewegung beim Setzfließversuch interpretiert. Der Koeffizient wird daher als Fließzeitkoeffizient bezeichnet. Zwischen dem Fließzeitkoeffizienten und der im BTRHEOM Rheometer bestimmten plastischen Viskosität konnte tendenziell ein linearer Zusammenhang aufgezeigt werden. Sowohl der Fließzeitkoeffizient als auch die plastische Viskosität der untersuchten SVB sind dabei von der Leimschichtdicke abhängig.

In this dissertation a test method was developed to determine the amount of paste required to produce powder type Self-Compacting Concrete (SCC). In this process, the aggregate mix to be used in the SCC is examined directly, including any influences that may result from the granulometric characteristics of the aggregate mix. This method was termed aggregate-packing-test (“KGP” for german “Korn-Gemisch-Prüfung”). The aggregate-packing-test is a new, practice-oriented method to determine the required paste volume for powder type SCC. By testing the mineral aggregate to be used for concrete production directly, this method delivers an integral description of the granulometric characteristics of aggregate mixes. Thus the use of irregular formed aggregates to produce SCC is possible. With the computation of the required paste volume the water-powder ratio is also considered. When the required paste volume has been determined, the mix design can be reduced to the material volume calculation already known. The fact that the paste volume required for SCC production can be determined in the aggregate-packing-test makes it possible to focus on the optimization of the cement paste. In this regard, the measurement of the power of the laboratory mixer made in the course of the tests has proven to be a quick and accurate method to determine the required minimum amount of water. Starting from the paste volume and minimum amount of water required, SCCs can be optimized in a targeted manner, especially with respect to the selection and dosing of the plasticizer. For a more accurate description of the rheological properties of the SCCs, flow curves were recorded during a slump test performed by means of an automatic slump table. An exponential equation can be used to achieve a very good approximation of the slump flow curves measured using the automatic slump table. The description of the flow curve by the selected exponential equation leads to the linear correlation between flow velocity, or flow acceleration and the flow path. Since the flow velocity, or flow acceleration, directly depends on the factor beta when observed as a function of the flow path, the coefficient beta is interpreted as a fresh concrete parameter for the damping or the effective viscosity of the flow motion that occurs in the slump test. The coefficient beta is referred to as flow-time coefficient. Between the flow-time coefficient and the plastic viscosity determined in the BTRHEOM rheometer a tendency towards a linear correlation could be pointed out. Both the flow-time coefficient and the plastic viscosity of the examined SVB depend thereby on the paste layer thickness.