Influence of dry mixing time on deagglomeration of silica ...

Diploma Thesis Influence of dry mixing time on deagglomeration of

silica fume in UHPC Submitted in satisfaction of the requirements for the degree of Diplom-Ingenieur / Diplom-Ingenieurin of the TU Wien, Faculty of Civil Engineering DIPLOMARBEIT Einfluss der Trockenmischdauer auf die

Deagglomeration von Silicastaub in UHPC ausgeführt zum Zwecke der Erlangung des akademischen Grades eines / einer Diplom-Ingenieurs/ Diplom-Ingenieurin eingereicht an der Technischen Universität Wien, Fakultät für Bauingenieurwesen von Henrik Bohl Matr.Nr.: 01649641 unter der Anleitung von Univ.-Prof. PhD. Agathe Robisson Dipl.-Ing. Dr.techn. Johannes Kirnbauer Institut für Werkstofftechnologie, Bauphysik und Bauökologie Forschungsbereich Baustofflehre und Werkstofftechnologie Technische Universität Wien, Karlsplatz 13/207-01 A-1040 Wien Wien, im März 2021

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Danksagung Ich möchte mich bei Frau Univ.-Prof. PhD Agathe Robisson und Dipl.-Ing. Dr.techn. Johannes Kirnbauer für die Möglichkeit diese Diplomarbeit an ihrem Institut zu verfassen. Ebenso möchte ich mich für ihre Unterstützung und Ratschläge bedanken. Besonders bedanken möchte ich mich bei meiner Familie, Freunden und Bekannten, die in dieser Zeit jederzeit für mich da waren und mich unterstützt haben.

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Kurzfassung In der Bauindustrie werden die Ansprüche an die Werkstoffe mit der Zeit immer höher. So wird auf dem Gebiet der Werkstofftechnologie ununterbrochen weiter geforscht und neue Technologien entwickelt. So ist es heutzutage möglich ultrahochfesten Beton (UHFB) mit Druckfestigkeiten über 150N/mm² herzustellen. Da die Anforderungen an diesen Baustoff so hoch sind, sind auch die Zusammensetzung und Herstellung des Betons sehr wichtig. Bei der Herstellung steht besonders das Trockenmischen mit Hochleistungsmischern im Fokus. Gerade deswegen ist ultrahochfester Beton noch nicht weit verbreitet im Einsatz, da diese nicht auf Baustellen im Einsatz sind und deswegen der Beton nicht vor Ort hergestellt werden kann. Ziel ist es also einen Prämix der Feststoffe herzustellen, der auf den Baustellen mit herkömmlichen Mischern unter Zugabe der flüssigen Komponenten fertig gemischt werden kann. Dafür wird der Einfluss der Trockenmischdauer auf die Deagglomeration des Silikastaubs in UHPC untersucht, um einen möglichst gut vorbereiteten Prämix herzustellen. Diese Arbeit beschäftigt sich deswegen mit der Auswertung von Abschlussarbeiten, die sich mit der Auswertung von Frisch- und Festbetoneigenschaften, rheologische Eigenschaften, Stabilisationszeit und Packungsdichte in Abhängigkeit der Trockenmischdauer befassen. Diese Daten wurden in insgesamt sieben einzelnen Arbeiten unabhängig voneinander veröffentlicht. Deswegen wurden in dem ersten Schritt alle Daten gesammelt und zusammenhängend ausgewertet. Dabei wurden Verbesserungen der Frischbetoneigenschaften und der rheologischen Kennwerte festgestellt, wobei letztere deutlicher ausgeprägt waren. In Bezug auf die Festbetoneigenschaften wurden dagegen keine eindeutige Verbesserung. Die Stabilisationszeiten der Nassmischungen, also die Dauer, bis die Mischung eine ausreichende Homogenisierung erreicht hat, konnte mit längeren Trockenmischdauern auch deutlich gesenkt werden. Im Hinblick auf die Packungsdichte konnte keine sichtliche Verbesserung festgestellt werden. Diese ist bei den Trockenmischungen zwar kontinuierlich gestiegen, bei den Nassmischungen blieb sie aber konstant. Im Zuge der eigenen Versuchsreihe wurden nochmals die Trichterauslaufzeit, das Ausbreitmaß, die Viskosität, dynamische Fließgrenze, Stabilisationszeit, Partikelgrößenverteilung und Packungsdichte ermittelt. Da die erste Versuchsreihe nicht die gewünschte Konsistenz und Frischbetoneigenschaften hatte wurde für die zweite Versuchsreihe der Gehalt an Konsistenzhalter und Fließmittel erhöht. Danach haben sich die Ergebnisse mit den zuvor ausgewerteten Versuchsreihen gedeckt. Lediglich die Partikelgrößenverteilung hat im

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Rahmen der Messgenauigkeit einen durchgehend ähnlichen Anteil an Silicastaub dargestellt. Somit kann man sagen, dass eine längere Trockenmischdauer eine Verbesserung der Verarbeitbarkeit von UHPC darstellt, eine bessere Deagglomeration des Silicastaubs konnte jedoch nicht direkt festgestellt werden.

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Abstract In the construction industry, the demands on materials are becoming higher and higher with time. Thus, in the field of materials technology, research continues uninterruptedly and new technologies are developed. It is now possible to produce ultra high performance concrete (UHPC) with compressive strengths of over 150N/mm². Since the requirements for this building material are so high, the composition and production of the concrete are also very important. In production, the focus is particularly on dry mixing with high-performance mixers. This is precisely why ultra-high-strength concrete is not yet widely used, as these are not in use on construction sites and therefore the concrete cannot be produced on site. The aim is therefore to produce a premix of the solids that can be ready-mixed on the construction sites using conventional mixers with the addition of the liquid components. For this purpose, the influence of the dry mixing time on the deagglomeration of the silica fume in UHPC is investigated in order to produce a premix that is as well prepared as possible. This paper therefore deals with the evaluation of final papers dealing with the evaluation of fresh and hardened concrete properties, rheological properties, stabilization time and packing density as a function of dry mixing time. These data were published independently in a total of seven individual papers. Therefore, in the first step, all data were collected and evaluated coherently. Improvements in fresh concrete properties and rheological properties were found, the latter being more pronounced. Regarding the hardened concrete properties, on the other hand, no clear improvement was observed. The stabilization times of the wet mixes, i.e. the time required for the mix to reach sufficient homogenization, could also be significantly reduced with longer dry mix durations. Regarding the packing density, no visible improvement could be observed. Although this increased continuously with the dry mixes, it remained constant with the wet mixes. During my own series of tests, the funnel run-out time, the spreading factor, the viscosity, dynamic yield point, stabilization time, particle size distribution and packing density were again determined. Since the first series of tests did not have the desired consistency and fresh concrete properties, the content of consistency maintainer and superplasticizer was increased for the second series of tests. After that, the results coincided with the previously evaluated test series. Only the particle size distribution showed a consistently similar proportion of silica fume within the limits of measurement accuracy.

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Thus, it can be said that a longer dry mixing time represents an improvement in the workability of UHPC, but a better deagglomeration of the silica fume could not be directly determined.

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Inhaltsverzeichnis

Danksagung ............................................................................................... I

Kurzfassung ............................................................................................ III

Abstract ..................................................................................................... V

Inhaltsverzeichnis .............................................................................. VII

Einleitung ............................................................................................ 1

1.1 Aufgabenstellung und Ziel ....................................................................... 1

1.2 Vorgehensweise .......................................................................................... 2

Grundlagen.......................................................................................... 3

2.1 UHPC ............................................................................................................... 3

2.2 Betonrezepturen ......................................................................................... 5

2.2.1 Zugabewasser ............................................................................................................ 6

2.2.2 Zement .......................................................................................................................... 6

2.2.3 Zusatzstoffe................................................................................................................. 8

2.2.4 Zusatzmittel ................................................................................................................ 9

2.2.5 Gesteinskörnung ....................................................................................................... 9

2.3 Mischprozess ..............................................................................................11

2.4 Rheologie .....................................................................................................13

2.5 Packungsdichte .........................................................................................17

Versuche ........................................................................................... 19

3.1 Rheologie .....................................................................................................19

3.1.1 Gewähltes Scherprofil .......................................................................................... 21

3.1.2 Dynamische Fließgrenze .................................................................................... 23

3.1.3 Viskosität .................................................................................................................. 24

3.1.4 Thixotropie .............................................................................................................. 24

VIII

3.2 Frischbetoneigenschaften ..................................................................... 24

3.2.1 Trichterauslaufzeit ............................................................................................... 25

3.2.2 Ausbreitfließmaß .................................................................................................. 25

3.2.3 Luftporengehalt ...................................................................................................... 27

3.2.4 Rohdichte .................................................................................................................. 27

3.3 Festbetoneigenschaften ......................................................................... 28

3.3.1 Herstellung der Probekörper ............................................................................ 28

3.3.2 Biegezugfestigkeit ................................................................................................. 30

3.3.3 Druckfestigkeit ....................................................................................................... 30

3.4 Stabilisationszeit ...................................................................................... 31

3.5 Packungsdichte ......................................................................................... 32

3.6 Zusammenstellung ................................................................................... 34

Auswertung früherer Arbeiten ................................................. 38

4.1 Beschreibung der Versuchsreihen ..................................................... 38

4.2 Rheologie ..................................................................................................... 40

4.2.1 Dynamische Fließgrenze ..................................................................................... 40

4.2.2 Viskosität .................................................................................................................. 41

4.2.3 Thixotropie .............................................................................................................. 43

4.2.4 Zusammenfassung rheologische Eigenschaften ......................................... 44

4.3 Frischbetoneigenschaften ..................................................................... 44

4.3.1 Ausbreitmaß ............................................................................................................ 45


4.3.3 Luftporengehalt ...................................................................................................... 49

4.3.4 Frischbetonrohdichte ........................................................................................... 51

4.4 Festbetoneigenschaften ......................................................................... 55

4.4.1 Festbetonrohdichte ............................................................................................... 55

4.4.2 Druckfestigkeit ....................................................................................................... 57

4.5 Packungsdichte ......................................................................................... 61

IX

4.6 Stabilisationszeit ......................................................................................74

Auswertung eigener Versuche .................................................. 75

5.1 Bezeichnungen ..........................................................................................75

5.2 Frischbetoneigenschaften .....................................................................76


5.2.2 Ausbreitmaß ........................................................................................................... 77

5.3 Rheologie .....................................................................................................78

5.4 Stabilisationszeit ......................................................................................82

5.5 Packungsdichte .........................................................................................84

Zusammenfassung und Ausblick .............................................. 90

Literaturverzeichnis ........................................................................... 92

Abbildungsverzeichnis ...................................................................... 96

Tabellenverzeichnis ........................................................................... 99

Anhang ................................................................................................... 100

Eidesstattliche Erklärung ............................................................... 118

Einleitung

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Einleitung

Mit einer weltweiten Zementproduktion von geschätzten 4,1 Milliarden Tonnen gehört Beton zu den wichtigsten Baustoffen. Die Einsatzgebiete von Beton sind im Bauwesen sehr vielseitig und weitreichend. Aufgrund des Strebens nach immer anspruchsvolleren Geometrien, größeren Bauhöhen, größeren Spannweiten und damit auch wachsenden Lasten werden auch die Ansprüche an den Verbundwerkstoff immer höher. Deswegen ist es unabdingbar, die Eigenschaften des Betons fortlaufend weiterzuentwickeln. Heutzutage ist man in der Lage, mithilfe leistungsfähiger Zusatzmittel sogenannten ultrahochfesten Beton (UPHC, Ultra High Performance Concrete) herzustellen, dessen Druckfestigkeit 150 N/mm² weit übersteigen kann. Ebenso weist UHPC eine bessere Beständigkeit gegenüber chemischen und umweltbedingten Belastungen auf. Ultrahochfester Beton ist aufgrund des geringen W/B-Werts (Wasser/Bindemittel-Wert) von 0,2 jedoch sehr zähflüssig und schwerer zu verarbeiten als herkömmlicher Beton. Zusätzlich muss der Beton bei der Herstellung zur Erreichung einer möglichst homogenen Struktur des Mischgutes deutlich länger und intensiver gemischt werden. Dafür wurde auch die Mischtechnik im Laufe der Betonforschung stetig weiterentwickelt. Damit diese hohen Festigkeiten und eine gute Verarbeitbarkeit erreicht werden können muss gegeben sein, dass die feinteiligen Zusatzstoffe als einzelne Partikel vorkommen und sich keine Agglomerate im Mischgut befinden. Dabei haben unter anderem der verwendete Mischer, die Mischweise, die Mischdauer und die Temperatur Einfluss auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften. 1.1 Aufgabenstellung und Ziel Ultrahochfester Beton ist dabei ein Produkt, das nur punktuell eingesetzt wird. Das liegt vor allem an den hohen Ansprüchen des Mischens, um Agglomerate im Silikastaub aufzubrechen. Das wird nur durch den Einsatz von Hochleistungsmischern, wie den hier verwendeten Eirich Intensivmischer, erreicht. Ziel ist es also einen bestmöglich deagglomerierten Prämix herzustellen, der auf der Baustelle mit herkömmlichen Mischern zu fertigem Beton weiterverarbeitet werden kann. Zur Untersuchung des Einflusses der Trockenmischdauer auf die Degglomeration des Silikastuabs wurden in den letzten Jahren mehrere Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten verfasst. Diese haben sowohl die Eigenschaften des Frischbetons wie unter anderem die Trichterauslaufzeit, das Ausbreitmaß, rheologische Eigenschaften wie die Viskosität, als auch die mechanischen Eigenschaften, also die Druck- und Biegezugfestigkeit des Festbetons unter verschiedensten Gegebenheiten untersucht. Die so erhaltenen Daten werden in dieser Arbeit gesammelt und gesamtheitlich ausgewertet. Besonderes Augenmerk wird hier auf die Untersuchung der Partikelgrößenverteilung und Packungsdichte gelegt. Daraus sollen direkte Zusammenhänge zwischen der Trockenmischdauer und der Deagglomeration des Silicasatubs sichtbar werden. Ebenso werden die schon vorhandenen Messungen durch eigene Versuche ergänzt.

Einleitung

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1.2 Vorgehensweise In den letzten Jahren wurden folgende Arbeiten zur Untersuchung des Einflusses der Trockenmischdauer auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften von UHPC angefertigt: - Sacherl: Einfluss der Mischdauer auf das Festigkeitsverhalten von Hochleistungsbeton (2014) - Budjevac: Ursachen der Veränderung der Frischbetoneigenschaften aufgrund der Trockenmischdauer von Ultra High Performance Concrete (UHPC) (2015) - Yazgi: Einfluss des Mischprozesses auf das Frischbetonverhalten - Im Zusammenhang mit der Herstellung von UHPC (2016) - Mayrhofer: Untersuchungen der rheologischen Eigenschaften von UHPC-Prämix (2018) - Sacherl: Prämixe für UHPC - Einfluss auf die Partikelgrößenverteilung, Hydratation und Festbetoneigenschaften (2018) - Sarsteiner: Einfluss der Trockenmischdauer auf die Verarbeitbarkeit und Druckfestigkeit von UHPC bei konventioneller Mischtechnik (2018) - Santi: Einfluss der Trockenmischdauer auf die rheologischen Eigenschaften von UHPC (2018) Die jeweiligen Mess- und Versuchsergebnisse dieser Arbeiten werden in einem ersten Schritt in einer gemeinsamen Tabelle gesammelt. Zusätzlich werden auch die vorhandenen Rohdaten gesammelt und zur Auswertung hinzugezogen und anschließend in Diagrammen direkt untereinander verglichen und ausgewertet. Anhand dieser Daten wird versucht, einen Zusammenhang der Trockenmischdauern mit den Eigenschaften des Betons zu verdeutlichen. Die Daten der Partikelgrößenverteilung werden in einer Software des Geräteherstellers weiterverarbeitet und untersucht. Ebenso werden die Packungsdichten berechnet, gesammelt und zusammenhängend ausgewertet. Daraufhin werden diese Ergebnisse mit jenen aus eigenen Versuchen im Labor verglichen und ein Fazit daraus gezogen. Zuletzt werden eigene Versuche zur Ermittlung der folgenden Daten durchgeführt: • Trichterauslaufzeit • Ausbreitmaß • Viskosität • Dynamische Fließgrenze • Stabilisationszeit • Partikelgrößenverteilung • Packungsdichte Besonderer Fokus lag hier auf den letzten beiden Untersuchungen, also Partikelgrößenverteilung und Packungsdichte, um die Ergebnisse der vorhergegangenen Versuche zu verifizieren bzw. Probleme der Messungen herauszufiltern.

Grundlagen

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Grundlagen

Im folgenden Kapitel werden die Grundlagen für ein wesentliches Verständnis des Materials und der durchgeführten Versuche erläutert. 2.1 UHPC Die ersten beeindruckenden Bauwerke aus Beton wurden von den Römern bereits vor fast 2000 Jahren errichtet. Damals wurden mit dem Opus Caementitium schon Straßen, Brücken, Theater und viele weitere Bauwerke errichtet, die zum Teil heute noch existieren [1]. Diese frühe Art von Beton bestand aus Kies, Sand und gebranntem Kalkstein. Zusätzlich kamen Puzzolane hinzu, damit der Beton durch die Zugabe von Wasser hydraulische Eigenschaften ausbildete und zu einem festen Werkstoff aushärtete [2]. Diese Rezeptur ist dem heutigen Beton sehr ähnlich und wird als dessen Vorgänger gesehen. Seit etwa 1700, als die Technologie wiederentdeckt wurde, wird Beton stetig weiterentwickelt und verbessert [1]. Heutzutage ist er aus dem Bauwesen nicht mehr wegzudenken und besetzt einen wichtigen Platz bei einem Großteil der Bauvorhaben weltweit. Aktuelle Normen decken nach heutigem Stand lediglich Beton bis zu einer Druckfestigkeitsklasse von C100/115 ab, wobei die erste Zahl für die Zylinderdruckfestigkeit und die zweite für die Würfeldruckfestigkeit steht. Dabei ist bis zu C50/60 von Normalbeton die Rede, ab C55/67 von sogenanntem hochfestem Beton. Was die Klasse C100/115 übersteigt, wird als ultrahochfester Beton bzw. UHPC bezeichnet.

Tabelle 2-1: Betondruckfestigkeiten nach ÖNORM B 4710-1

Grundlagen

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Die Druckfestigkeit von Beton hängt im Allgemeinen auch vom sogenannten W/B-Wert ab. Dieser Wert beschreibt das Verhältnis von allen hydraulisch wirksamen Bindemitteln, die in der Betonmischung zum Einsatz kommen, zur verwendeten Menge Wasser. In gleicher Weise beschreibt der W/Z-Wert (Wasser/Zement-Wert) das Verhältnis von verwendetem Zement zu beigemengtem Wasser. Dieser Zusammenhang wird in Abbildung 2-1 veranschaulicht.

Abbildung 2-1: Spektrum der Betondruckfestigkeit in Abhängigkeit vom W/Z-Wert [3] Durch den geringen W/B-Wert von nur etwa 0,2 ist die Matrix praktisch frei von Kapillarporen. Jeder Zement hat dabei verschiedene Eigenschaften im Hinblick auf die Wasseraufnahme. Deswegen werden zur Herstellung von UHPC Zemente mit niedrigen C3A-Gehalten bevorzugt, da diese einen wesentlich geringeren Wasseranspruch haben [4]. Im Gegensatz zu herkömmlichem Beton, der in seiner gängigsten Form aus den drei Ausgangsstoffen Wasser, Zement und Gesteinskörnung besteht, wird die Zusammensetzung von UHPC durch Zusatzstoffe und Zusatzmittel ergänzt, wie in Abbildung 2-2 dargestellt ist. Diese verfolgen einerseits den Zweck, die hohen Festigkeiten zu erreichen, sowie die Verarbeitbarkeit des Frischbetons zu gewährleisten.

Grundlagen

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Abbildung 2-2: Zusammensetzung Normalbeton / ultrahochfester Beton

2.2 Betonrezepturen Wie im vorherigen Kapitel beschrieben, enthält die Zusammensetzung von UHPC fünf Stoffe. Die in den ausgewerteten Arbeiten verwendeten Zusammensetzungen werden in den folgenden Tabellen 2-2 und 2-3 dargestellt. Masse-Anteil [%] Wasser Wasser 6,9 Zement CEM I 52,5 N C3A-frei 29,5 Zusatzstoff 1 Elkem 940 U 7,4 Zusatzstoff 2 QM 10000 14,7 Fließmittel ACE 430 1,3 Konsistenzhalter Sky 911 0,6 Sand QS 0,1 - 0,5 39,6

Tabelle 2-2: Mischungszusammensetzung UHPC ohne Entlüfter Die Mischung aus Tabelle 2-2 kommt lediglich in den Arbeiten von Sacherl und Budjevac zum Einsatz. Bei den restlichen Versuchsreihen wurde zusätzlich ein Entlüfter hinzugefügt, wie in Tabelle 2-3 ersichtlich ist. Masse-Anteil [%] Wasser Wasser 6,9 Zement CEM I 52,5 N C3A-frei 29,5 Zusatzstoff 1 Elkem 940 U 7,4 Zusatzstoff 2 QM 10000 14,7 Fließmittel ACE 430 1,3 Konsistenzhalter Sky 911 0,6 Sand QS 0,1 - 0,5 39,6 Entlüfter MasterFinish DF 370 0,04

Tabelle 2-3: Mischungszusammensetzung UHPC mit Entlüfter

Grundlagen

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Der w/z-Wert beträgt somit 0,22 und der w/b-Wert 0,28. 2.2.1 Zugabewasser Als Zugabewasser ist normales Trinkwasser, also im Allgemeinen Wasser aus natürlichem Vorkommen, geeignet. Es muss lediglich darauf geachtet werden, dass keine Bestandteile enthalten sind, die eine Erhärtung und weitere Eigenschaften des Frisch- und Festbetons negativ beeinflussen [5]. Das Wasser spielt in der Reaktion mit dem verwendeten Zement eine wichtige Rolle. Abbildung 2-3 zeigt den Einfluss des Verhältnisses von Wasser zu Zement auf die Betondruckfestigkeit fc,dry,cube.

Abbildung 2-3: Abhängigkeit der Würfeldruckfestigkeit vom W/Z-Wert und der Festigkeitsklasse des Zements [6]

2.2.2 Zement Zement ist ein hydraulisches Bindemittel, das in fein gemahlener Form Teil jeder Betonrezeptur ist. Dieser besteht im Wesentlichen aus Kalkstein, Ton und Mergel. Der verwendete

Grundlagen

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Portlandzement wird durch Sinterung einer Mischung von genau festgelegten Rohstoffen hergestellt. Im Zuge der Sinterung entstehen folgende Klinkerphasen [5]: • Tricalciumsilikat C3S, • Dicalciumsilicat C2S, • Tricalciumaluminat C3A, • Calciumaluminatferrit C4AF. Durch die chemische Reaktion der Hydratation erhärtet der Zement in Verbindung mit dem zugegebenen Wasser. Der so entstandene Zementstein ist nach dem Erstarren wasserfest und raumbeständig [7]. Diese Reaktion ist in Abbildung 2-4 dargestellt.

Abbildung 2-4: Einfluss des W/Z-Wertes bei der Erhärtung von Beton [8] Die Mahlfeinheit von Zement hat dabei einen großen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften. Je mehr Oberfläche mit dem Wasser reagieren kann, desto schneller findet die Hydratation statt. Die Mahlfeinheit wird durch den sogenannten Blainewert definiert, welcher das Verhältnis von der Oberfläche zur Masse beschreibt. Im Allgemeinen beträgt dieser Wert zwischen 3.000 bis 5.000 cm²/g [8]. Wie in Kapitel 2.1 schon erwähnt, wird bei der Herstellung von UHPC C3A-freier Beton verwendet, um den Wasseranspruch gering zu halten und die hohen Festigkeiten erzielen zu können. Zusätzlich weist der Zement eine Festigkeitsklasse von 52,5 und eine normale Erhärtungsgeschwindigkeit auf. Diese und weitere Eigenschaften sind in Tabelle 2-4 dargestellt:

Grundlagen

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Tabelle 2-4: Eigenschaften von CEM I 52,5 N-SR 0 WT 38 C3A-frei [9] 2.2.3 Zusatzstoffe Bei Betonzusatzstoffen handelt es sich um fein gemahlene Stoffe, die dem Betongemisch hinzugefügt werden, um bestimmte Frisch- oder Festbetoneigenschaften zu beeinflussen und zu verbessern. Dabei werden zwei Arten von Zusatzstoffen unterschieden:

• Typ I: inaktive Betonzusatzstoffe (z.B. Gesteinsmehl, Pigmente) • Typ II: hydraulisch wirksame Betonzusatzstoffe (z.B. Flugasche, Silikastaub) Zusatzstoffe vom Typ II müssen bei der Berechnung des W/B-Werts in Kombination mit dem k-Wert berücksichtigt werden. Der k-Wert ist abhängig vom jeweiligen verwendeten Zusatzstoff.

= + ⋅ [2-1]

In diesem Fall werden einerseits Mikrosilika (Elkem 940 U) der Firma Elkem mit einer Mahlfeinheit von 100.000 cm²/g und Quarzmehl (QM 10000) der Quarzwerke Österreich mit einer Mahlfeinheit von 10.000 cm²/g hinzugefügt. Der Silikastaub gehört dabei zu Typ II und wirkt größtenteils physikalisch als Mikro-Füller [10]. Lediglich bei einer weiteren Wärmebehandlung ist es an der Bildung von festigkeitsbildenden Hydratphasen beteiligt [4]. Weitere Vorteile und Wirkungsweisen von Silikastaub werden von Schneider et al. [3] wie folgt benannt: • Ausfüllen der Poren des Zements als nächstgrößere Korngrößenklasse • Aufgrund eines Schmierungseffekts dank der beinahe runden Körner resultiert eine Verbesserung der rheologischen Eigenschaften • Ausbildung von sekundären Hydratationsprodukten

Grundlagen

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2.2.4 Zusatzmittel Unter Zusatzmitteln versteht man pulverförmige oder flüssige Mittel, die dem Beton beigemengt werden. Diese haben eine chemische und/oder physikalische Wirkung, die ebenso wie Zusatzstoffe die Frisch- und Festbetoneigenschaften beeinflussen. Folgende Wirkungsgruppen gibt es laut ÖNORM EN 934: • Betonverflüssiger • Fließmittel • Luftporenbildner • Dichtungsmittel • Verzögerer • Beschleuniger • Stabilisierer Da ein niedriger W/B-Wert für die Herstellung von UHPC erforderlich ist, verschlechtert sich damit auch die Verarbeitbarkeit des Betons. Deswegen ist es unumgänglich, auf Zusatzmittel zurückzugreifen. In diesem Fall kommt ein Fließmittel (ACE 430) und Konsistenzhalter (Sky 911), jeweils von der Firma BASF Performance Products GmbH, zum Einsatz.

Abbildung 2-5: Anwendungsmöglichkeiten von Fließmitteln [11]

2.2.5 Gesteinskörnung Da Beton größtenteils aus Gesteinssoffen besteht, werden dessen Eigenschaften auch hauptsächlich von diesen bestimmt. Um Beton mit einer hohen Druckfestigkeit herzustellen, muss also auch die verwendete Gesteinskörnung eine hohe Druckfestigkeit aufweisen.

Grundlagen

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Die Kornzusammensetzung hat auch Einfluss auf den Wasseranspruch, den Zementbedarf, die Verarbeitbarkeit und die Verdichtbarkeit des Betons. Deswegen gibt es für Normalbetone sogenannte Regelsieblinien für Gemische mit einem Größtkorn von 8 mm, 16 mm, 32 mm und 63 mm, um diese Eigenschaften so gut es geht zu regulieren. Diese Zusammensetzungen der Gesteinskörnungen sollen das Gemisch bei normalem Beton möglichst grobkörnig und hohlraumarm entstehen lassen [6].

Abbildung 2-6: Regelsieblinien mit einem Größtkorn von 32 mm [5] Die im Zuge dieser und der vorherigen Arbeiten verwendete Gesteinskörnung ist Quarzsand H32 der Quarzwerke Österreich. Die Korngrößenverteilung von diesem Sand ist in Tabelle 2-5 dargestellt.

Tabelle 2-5: Korngrößenverteilung Quarzsand H32 [12]

Grundlagen

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2.3 Mischprozess Der Prozess des Mischens ist ein Grundstein in der Herstellung von Beton und beeinflusst nahezu alle seine Eigenschaften. Gerade bei Ultra-Hochleistungsbetonen werden an das Mischen hohe Ansprüche gestellt, um eine möglichst gute Homogenität und Durchmischung der Komponenten gewährleisten zu können [13] [14] [15]. Anders als bei herkömmlichem Beton kommen bei der Herstellung von UHPC keine gängigen Chargenmischer zum Einsatz, da diese keine ausreichende Vermischung des Mischguts erreichen können. Besonders innerhalb der Agglomerate des Silikastaubes wirken zusätzliche Kräfte zwischen den Kleinstpartikeln, die eine erhöhte Energieeinbringung zum Aufbrechen ebendieser erfordern [16]. Deswegen werden hier Intensivmischer der Firma Eirich verwendet, die eine deutlich höhere Drehzahl der Werkzeuge aufweisen. Somit können weitaus größere Scherkräfte erreicht werden, die benötigt werden, um Agglomerate der feinen Partikel – besonders bei Mikrosilika – aufbrechen zu können. Der jeweils verwende Mischer ist in Tabelle 2-6 ersichtlich.

Tabelle 2-6: Verwendete Mischertypen zum Trockenmischen der UHPC Mischungen Bei diesem schrägstehenden Intensivmischer rotiert nicht nur der Wirbler, sondern auch der Mischbehälter. Durch die Drehung des Mischbehälters in Kombination mit einem feststehenden Wandabstreifer wird gewährleistet, dass das Mischgut stets zum Mischwerkzeug transportiert wird. Mit der Schrägstellung des Mischers kann zusätzlich noch eine vertikale Komponente des Mischgutstroms erzeugt werden. So kann der Intensivmischer ohne eine Entmischung der Komponenten bei nur einer Umdrehung 100% des Materials umwälzen [17].

Grundlagen

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Abbildung 2-7: Mischprinzip eines Eirich Intensivmischers [17] Bei Sarsteiner kam im Zuge der Versuchsreihen zur Auswertung des Einflusses der Verwendeten Mischertypen noch ein konventioneller Mischer zum Einsatz. Dabei handelt es sich um einen Hobart Mischer „Mortar Mixer“ der Firma MBW Inc., welcher in Abbildung 2-8 zu sehen ist. Hierbei erfolgt die Energieeinbringung hauptsächlich durch Scherkräfte, wobei der Rührer sich um die eigene Achse und zusätzlich in einer Planetenbewegung um die Mischbehälterachse dreht. Dieser Mischer wurde jedoch lediglich zum Aufmischen der gelagerten Prämixe und zum Nassmischen verwendet.

Abbildung 2-8: Hobart Mischer – Mortar Mixer der Firma MBW Inc.

Grundlagen

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Einfluss des Trockenmischens Es wird angenommen, dass das Nassmischen in Intensivmischern aus zwei Gründen eigesetzt wird: Um das Wasser auf die Oberfläche aller Partikel zu verteilen und Agglomerate von Partikeln aufzubrechen. Beim Trockenmischen bleibt nur noch der Zweck der Deagglomeration erhalten. Es ist auch schon bekannt, dass besonders selbstverdichtender Beton und hochfester Beton eine längere Mischdauer benötigen, um eine ausreichende Vermischung zu erreichen. Das liegt vor allem an den Füllstoffen, also z.B. Silicastaub, die bei herkömmlichem Beton nicht zum Einsatz kommen [18]. Aufgrund höherer Umdrehungszahlen beim Mischen wird die Dispersion, also die Verteilung der Partikel in der Flüssigkeit bzw. der fertigen Mischung beschleunigt [19]. Bei Testreihen, die den Einfluss verschiedener Mischertypen berücksichtigt wurde in der Partikelgrößenverteilung keine Änderung sichtbar, wobei davon ausgegangen wird, dass die Scherung und der Durchfluss bei dem Messvorgang an sich groß genug waren, um die Agglomerate aufzubrechen [20]. 2.4 Rheologie Der Begriff der Rheologie wurde im Jahre 1922 von Bingham eingeführt [21]. Laut Definition befasst sich die Rheologie oder auch Fließkunde mit dem Verformungs- und Fließverhalten von Materie [22]. Bei der Verarbeitung und Beurteilung von Beton zählen die rheologischen Eigenschaften zu den wichtigsten Qualitätsmerkmalen. Die Fließgrenze und Viskosität sind zentrale Größen bei der Optimierung der Betonmischungen [23]. Dabei wird zwischen zwei Betrachtungsebenen unterschieden. Zum einen die Mikrorheologie, bei der die Eigenschaften der einzelnen Bestandteile ihre Einwirkung auf das Fließverhalten des gesamten Systems untersucht wird. Diese Art der Betrachtung der rheologischen Eigenschaften kommt bei der Untersuchung von Frischbeton üblicherweise zum Einsatz. Zum anderen gibt es die Betrachtung der Makrorheologie, bei der das gesamte Kontinuum untersucht wird [24].

Abbildung 2-9: Strukturphysikalische Betrachtung am Beispiel des Werkstoffs Beton [21] Im Folgenden werden die wichtigsten Begriffe und rheologischen Größen genauer beschrieben.

Grundlagen

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Viskosität Die Zähflüssigkeit eines Fluids wird von der Viskosität beschrieben. Dabei gilt, je höher die Viskosität, desto dickflüssiger und je geringer die Viskosität, desto dünnflüssiger ist die Flüssigkeit. Dabei wird unterschieden zwischen der dynamischen, mit dem Buchstaben η bezeichneten, und der kinematischen, mit dem Buchstaben ν bezeichneten Viskosität [25] und es gilt: = ∙ [ ∙ ] [2-2] Wobei ρ die Dichte beschreibt. Zur Erläuterung der Viskosität wird eine Vorrichtung mit zwei Platten, zwischen welchen sich Flüssigkeit befindet, als physikalisches Modell eingesetzt (Abbildung 2-10).

Abbildung 2-10: Zwei-Platten-Modell zur Definition rheologischer Größen [26] Die untere Platte ist dabei fixiert. Auf die obere Platte wirkt eine Kraft F. Diese Kraft wirkt über die Fläche A der Platte auf die Flüssigkeit, wobei eine Scherspannung entsteht. Die Kraft wird dabei vom oberen Teil der Flüssigkeit nach unten stetig tiefer, da die Teilchen immer nur einen Teil der wirkenden Kraft an die nächste Schicht weitergeben. Somit entsteht von der oberen Platte zur unteren ein Geschwindigkeitsgefälle. Diese Veränderung der Geschwindigkeit ∆v im Verhältnis zu der jeweiligen Höhe h der Flüssigkeitsschicht nennt man Scherrate .

= ℎ [ ] [2-3]

Die Schubspannung ist wiederum proportional zur Scherrate [25]. = ⋅ [ ] [2-4]

Grundlagen

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Somit kann man die Viskosität auch in Abhängigkeit der Schubspannung und der Scherrate ausdrücken. = [ ⋅ ] [2-5]

Die Zusammenhänge zwischen dynamischer Viskosität und Schubspannung geben also Aufschluss über das allgemeine Fließverhalten von Materialien. Auf die verschiedenen Typen von Fließverhalten wird in dieser Arbeit nicht näher eingegangen. Für ausführlichere Informationen bezüglich der Typen wird unter anderem auf die Arbeiten von Santi [24] und Mayrhofer [12] verwiesen. Statische Fließgrenze Die statische Fließgrenze wird unter Verwendung des Bingham Modells bestimmt. Dieses Modell beschreibt einen Stoff, auf den eine Scherbeanspruchung aufgebracht wird, wobei er erst zu fließen beginnt, sobald die Fließgrenze überschritten wird. Danach steigt die Schubspannung proportional zur Schergeschwindigkeit an. Dieser Zusammenhang wird in Abbildung 2-11 dargestellt [27]:

Abbildung 2-11: Fließkurven nach Bingham und Newton [27] Anhand der auf das Modell nach Bingham angepassten Formel können die benötigten Größen berechnet werden:

Grundlagen

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= , + ⋅ [2-6] beschreibt dabei die plastische Viskosität. Thixotropie Die Thixotropie Athix als die kontinuierliche Abnahme der Viskosität, solange eine Scherkraft auf die Probe wirkt, die zuvor in Ruhe war, und der anschließende Wiederaufbau der Viskosität mit der Zeit, wenn der Kraftfluss unterbrochen wird, definiert [28]. Das Gegenteil zum thixotropen ist das rheopexe Fließverhalten. Dabei bildet sich während der Krafteinwirkung eine Molekülstruktur, wodurch der Widerstand zunimmt und damit auch die Viskosität ansteigt. Der Zusammenhang von Zeit und Viskosität bzw. Scherbeanspruchung wird in Abbildung 2-12 dargestellt:

Abbildung 2-12: Thixotropes und rheopexes Materialverhalten [29] Die Thixotropie lässt sich mit Gleichung 2-6 bestimmen: = − [2-7]

Mit: • ≙ statische Fließgrenze • ≙ dynamische Fließgrenze • ≙ Ruhezeit

Grundlagen

17

2.5 Packungsdichte Die rheologischen Eigenschaften werden maßgeblich von der granulometrischen Zusammensetzung der Ausgangsstoffe beeinflusst. Ebenso werden durch eine optimale Kornpackung die Festbetoneigenschaften verbessert, da diese zu einer dichteren Matrix führt und somit höhere Druckfestigkeiten erzielt werden können. Somit ist eine Optimierung der Packungsdichte unabdingbar für eine Verbesserung von Frisch- und Festbetoneigenschaften [15]. Nach Formel [2-8] definiert sich die Packungsdichte als Anteil des Volumens der Feststoffe im Verhältnis zum Gesamtvolumen. = 1 − 100 [2-8] Mit: - D Packungsdichte - ε Hohlraumgehalt (Vol.-%) Für eine möglichst hohe Packungsdichte müssen die Hohlräume zwischen den großen Partikeln mit kleineren Partikeln ausgefüllt werden. So kann man sich in der Theorie mit immer kleiner werdenden Partikeln einer maximalen Packungsdichte von D = 1,0 annähern.

Abbildung 2-13: Einfluss der Korngrößenverteilung auf den Hohlraumgehalt [30] Die Grundlage für eine hohe Packungsdichte ist also eine möglichst gut abgestimmte Sieblinie. Diese stellt die Korngrößenverteilung und deren Mischungsverhältnis zueinander dar. In Abbildung 2-13 wird dieser Zusammenhang graphisch dargestellt. So besitzt eine Mischung mit breiter Sieblinie und deutlicher Verteilung der Gesteinskörnungen eine höhere Packungsdichte als jene, die weniger vielfältige Sieblinien haben.

Grundlagen

18

In Abbildung 2-14 wird dieser Zusammenhang an einem Beispiel noch weiter veranschaulicht. So ergibt sich bei Sieblinien, die lediglich einen größeren Ausschlag (Q1 und Q2) bzw. nahe beieinander liegende minimale und maximale Korngrößen (Q1) aufweisen, eine entsprechend geringe Packungsdichte. Als Füllstoff werden die neben den standardmäßig in Normalbeton eingesetzten Zusatzstoffe bezeichnet. Diese werden hinzugefügt, um die verbleibenden Hohlräume auszufüllen [31].

Abbildung 2-14: Einfluss der Sieblinie auf die Packungsdichte [31]

Versuche

19

Versuche

Im folgenden Kapitel werden die Versuche der in Kapitel 1.2 genannten Arbeiten nochmals beschrieben. 3.1 Rheologie Rheologische Untersuchungen wurden im Zuge der ausgewerteten Arbeiten von Santi, Sarsteiner und Mayrhofer durchgeführt. Das Gerät und die Vorgehensweise waren dabei stets die gleichen. Diese Untersuchungen wurden allesamt mit Hilfe des Viskomat NT der Firma Schleibinger durchgeführt. Dieses Gerät kann mittels einer Doppelringspalt-Messzelle die dynamische Fließgrenze, die plastische Viskosität und die Thixotropie von Zementleim, Zementmörtel, Betonmörtel und Putz bestimmen.

Abbildung 3-1: Übersicht Viskomat NT der Firma Schleibinger [32] [33] Die Abbildung 3-1 gibt dabei einen Schematischen Überblick über den Aufbau des Viskomats. Statt dem dort abgebildeten Mörtelpaddel wurde jedoch eine Korbzelle verwendet. Die Korbzelle besteht aus einem Metallgitter, welches auf Grund der Geometrie eine genaue Messung auch von nicht-newtonschen Flüssigkeiten ermöglicht [34]. Das zu prüfende Material wird dazu in den Messtopf gegeben, der über das integrierte Kryostat temperiert wird. Über den Aluminiumsockel an der Rückseite wird das Mischwerkzeug zu Beginn und zu Ende der Versuche automatisch abgesenkt bzw. angehoben [24].

Versuche

20

Daraufhin wird der Messtopf durch einen elektrischen Antrieb mit einer definierten Geschwindigkeit (zwischen 0,001 bis 400 U/min) angetrieben. Dabei wird das auftretende Drehmoment bis zu 500 Nmm gemessen, darüber hinaus wird die Maschine automatisch gestoppt, um mechanische Schäden zu vermeiden [35]. Über die Geometrie der Messzelle und der eingestellten Geschwindigkeit kann anschließend die Scherrate berechnet werden: = ⋅ + [ ] [3-1]

Mit: • Ω ≙ Winkelgeschwindigkeit [ ] • , , , ≙ Gefäßradien (siehe Abb. 3-2)

Abbildung 3-2: Querschnitt durch die Messzelle [36] Vereinfacht kann die Scherrate auch über die Drehzahl N [U/min] statt der Winkelgeschwindigkeit, und einen Umrechnungsfaktor = 0,584 berechnet werden: = ⋅ [3-2]

Versuche

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Die Scherspannung τ lässt sich mit Hilfe des Kalibrierungsfaktors , der Randeinflüsse und gerätespezifische Eigenschaften berücksichtigt, und des gemessenen Widerstandsdrehmoments T berechnen [12] [24] [35]: = ⋅ ⋅ ⋅ 1 ≈ ⋅ ≈ 0,967 ⋅ [3-3]

3.1.1 Gewähltes Scherprofil Alle Versuche wurden mit einem Scherratenprofil in Anlehnung an die Arbeit von Oliver Mazanec [36] festgelegt. Dabei handelt es sich um ein stufenförmiges Messprofil, das insgesamt 90 Sekunden lang dauert (siehe Abbildung 3-3).

Abbildung 3-3: gewähltes Scherratenprofil Dabei wird zu Beginn bei einer hohen Scherrate von 2,5 s-1 sichergestellt, dass bereits gebildete Hydratationsstrukturen aufgebrochen werden. Dieser Vorgang wird als Vorscheren bezeichnet. Anschließend wird die Scherrate Stufenweise auf 1,0; 0,5; 0,25; 0,1; 0,05 und 0,01 s-1 reduziert. Anhand dieser Werte können dann die Viskosität und die dynamische Fließgrenze berechnet werden.

Versuche

22

Tabelle 3-1: Auswertung Scherratenprofil bei Sarsteiner [35] Zur Auswertung der Thixotropie und der statischen Fließgrenze wurde ein weiteres Profil verwendet. Dieses wird in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 3-4: zweites Scherratenprofil Die Auswertung dazu liefert Mayrhofer in seiner Arbeit:

Versuche

23

Abbildung 3-5: Auswertung des zweiten Scherratenprofils

3.1.2 Dynamische Fließgrenze Unter Berücksichtigung des in Kapitel 2.4 beschriebenen Bingham Modells lässt sich unter Einbeziehung der Scherrate die dynamische Fließgrenze τ0D ermitteln. Im Zuge der Arbeiten wird dies weitestgehend durch die Auswertung der Fließkurven vorgenommen. Diese werden in Scherraten-Scherspannungs-Diagrammen dargestellt. Der Schnittpunkt der extrapolierten Geraden mit der y-Achse ist dabei die zugehörige dynamische Fließgrenze. Dieser Wert wird im Zuge des ersten Teils des gewählten Scherratenprofils ermittelt. Dabei wird der Prozess des Vorscherens bis zum ersten Plateau durch Mittelung der gemessenen Scherspannung in den letzten 1,5 Sekunden gemittelt.

Versuche

24

3.1.3 Viskosität Genauso wie die dynamische Fließgrenze wird auch die Viskosität η anhand des ersten Teils des Scherratenprofils bei Zugrundelegung des Bingham Modells ermittelt. Im Scherraten-Scherspannungs-Diagramm wird diese als Steigung der Geraden dargestellt, wie es in Abbildung 3-6 ersichtlich ist.

Abbildung 3-6: Darstellung der linearisierten Fließkurven zur Ermittlung der rheologischen Größen bei

Sarsteiner [35] 3.1.4 Thixotropie Anhand des weiteren Verlaufs des gewählten Scherratenprofils werden die statische Fließgrenze τ0 sowie die dynamische Fließgrenze τ0D ermittelt. Anhand dieser Werte kann nach Formel [2-7] die Thixotropie berechnet werden. 3.2 Frischbetoneigenschaften Ein Teil der fertigen UHPC Mischung wird direkt nach dem Mischvorgang zur Untersuchung der Frischbetoneigenschaften herangezogen. Anschließend werden die Probekörper hergestellt, um in weiterer Folge die mechanischen Eigenschaften des Betons zu ermitteln. Folgende Eigenschaften des frischen Betons wurden im Zuge der ausgewerteten Arbeiten ermittelt:

Versuche

25

- Trichterauslaufzeit - Ausbreitfließmaß - Luftporengehalt - Rohdichte. Die Versuche und dazugehörigen Geräte, die zum Einsatz kamen, werden in den folgenden Kapiteln 3.2.1 bis 3.2.4 beschrieben. Dabei hielt man sich bei den Geräten und Vorgehensweisen an die Regelungen der ÖNORM EN 12350 [37]. 3.2.1 Trichterauslaufzeit Die Messung der Trichterauslaufzeit dient der Bewertung der Viskosität von Betonen. Dabei wird ein V-förmiger Trichter, dessen Auslauf mit einer Klappe verschlossen werden kann, mit Frischbeton befüllt. Anschließend wird die Zeit ab der Öffnung der Klappe bis zum Punkt, an dem der Beton vollständig aus dem Trichter ausgelaufen ist, gestoppt [38].

Abbildung 3-7: Auslauftrichter nach ÖNORM EN 12350-9

3.2.2 Ausbreitfließmaß Die Prüfung des Ausbreitfließmaßes dient der Bestimmung der Konsistenz von Frischbeton. Die Konsistenz ist als „Grad und Art des Zusammenhalts eines Stoffes“ definiert [39]. Dafür wird ein Setztrichter (siehe Abbildung 3-8) auf der Edelstahloberfläche eines ebenen Labortisches platziert. Dieser Trichter wird gleichmäßig mit Beton befüllt, wobei überstehender Beton plan abgestrichen wird. Daraufhin wird der Setztrichter senkrecht nach oben gezogen und nach 2 Minuten der Durchmesser gemessen.

Versuche

26

Abbildung 3-8: Setztrichter zur Bestimmung des Ausbreitfließmaßes Das Ausbreitmaß wird dann nach der folgenden Formel berechnet:

= +2 [ ] [3-4]

Mit: - d1 größte Ausbreitung parallel zu einer Kante des Tisches - d2 größte Ausbreitung parallel zur anderen Kante des Tisches

Abbildung 3-9: Messung des Ausbreitfließmaßes [40]

Versuche

27

3.2.3 Luftporengehalt Zur Bestimmung des Luftporengehalts wird ein sogenannter Luftporentopf verwendet. Dieser Topf mit einem Fassungsvermögen von einem Liter wird direkt nach der Herstellung des Betons mit diesem befüllt. Daraufhin wird der geschlossene Topf mit Wasser befüllt und ein bestimmter Überdruck durch Einpumpen von Luft eingestellt. Nach einer kurzen Wartezeit und dem anschließenden Ablassen der Luft kann der Wert des Luftporengehalts in % auf 0,1 % gerundet vom Manometer abgelesen werden [41].

Abbildung 3-10: Luftporentopf zur Ermittlung des Luftporengehalts [41]

3.2.4 Rohdichte Die Rohdichte des Frischbetons wird direkt im Zuge der Ermittlung des Luftporengehalts berechnet. Dafür verwendet man die Masse des leeren Behälters, die Masse des gefüllten Behälters und das bekannte Volumen eines Liters. Anhand dieser Werte kann nach Formel [3-5] die Rohdichte ρr berechnet werden [42]:

Versuche

28

, = − [ ³⁄ ] [3-5] Mit: - m1 Masse des leeren Behälters in kg - m2 Masse des gefüllten Behälters in kg - V Volumen des Behälters in m³ Die Rohdichte des Festbetons wird nach dem Ausschalen der Probekörper berechnet. Mit den Abmessungen von 40x40x160 mm kann nach Formel [3-6] die Dichte ermittelt werden. , = ⋅ ⋅ ℎ ⋅ 10 [ ³⁄ ] [3-6] Mit: - m Masse der Probekörpers in g - l Länge des Probekörpers in mm - b Breite des Probekörpers in mm - h Höhe des Probekörpers in mm

3.3 Festbetoneigenschaften Unter den folgenden zwei Punkten werden abschließend noch die Geräte und Prüfverfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Festbetons beschrieben. Alle Versuche wurden dabei an Anlehnung an die ÖNORM EN 196-1 [43] durchgeführt. Die Prismen wurden jeweils nach einer Lagerungsdauer von 24 Stunden, 7 Tagen und 28 Tagen geprüft. 3.3.1 Herstellung der Probekörper Die Probekörper wurden direkt nach der Fertigstellung des Frischbetons hergestellt. Dafür wurden die Innenseiten der Schalungen mit Schalungsöl bestrichen. Danach wurde der frische Beton in die Metallformen gegossen. Diese Metallformen sind wiederum in jeweils drei Kammern mit den Abmessungen von 40x40x160 mm unterteilt (siehe Abbildung 3-11). Somit ergeben sich für jede Versuchsreihe der Trockenmischdauern mindestens drei Probekörper zur Untersuchung der Festbetoneigenschaften.

Versuche

29

Abbildung 3-11: Leere Schalung zur Herstellung der Probekörper Nach dem Einfüllen des Betons werden die Schalungen mit Folie bedeckt und nach 24 Stunden wieder ausgeschalt. Anschließend wurden diese noch beschriftet, um eine eindeutige Zuordnung zur jeweiligen Herstellungsart, also den verschiedenen Mischdauern, gewährleisten zu können. Die weitere Lagerung bis zur Prüfung ist in Tabelle 3-2 ersichtlich.

Tabelle 3-2: Lagerungsbedingungen und -dauern der ausgewerteten Arbeiten Dabei ist zu erwähnen, dass die Daten der Festbetoneigenschaften von Sacherl aufgrund der Wärmebehandlung während der Lagerung nicht weiter in die Auswertung aufgenommen werden. Diese Daten unterscheiden sich durch diese Behandlung signifikant von den Daten der Lagerung an Raumluft. Die Biegezug- und Druckfestigkeiten der betroffenen Versuchsreihe sind bei Sacherl [44] nachzulesen.

Versuche

30

3.3.2 Biegezugfestigkeit Zum Einsatz kam die Prüfmaschine Z250 der Firma Zwick. Diese hat eine maximale Prüflast von 250 kN. Die Probekörper werden bei diesem 3-Punkt-Biegeversuch mit einer gleichmäßigen Belastungsgeschwindigkeit von 50–100 N/s bis zum Versagen belastet. Die Probe wird mittig belastet, wobei die Stützweite 100 mm beträgt. Es wurden dabei für jede Mischdauer und Lagerungsdauer jeweils drei Prismen geprüft und die Ergebnisse erfasst. In der finalen Auswertung wurden dann die Mittelwerte der jeweiligen Prüfreihen betrachtet.

Abbildung 3-12: Prüfmaschine Zwick Z250 zur Ermittlung der Biegezugfestigkeit

3.3.3 Druckfestigkeit Die Druckfestigkeit wird an einer Prüfmaschine der Firma Toni Technik ermittelt. Diese besitzt eine maximale Prüfkraft von 3000 kN, die über Druckplatten mit einer Abmessung von 40x40 mm auf die Probekörper übertragen wird. Als Probekörper werden dabei jeweils eine Hälfte der Prismen aus dem Biegezugversuch benutzt, also wieder 3 Versuche je Misch- und Lagerungsdauer. Dabei ist darauf zu achten, dass die glatten, ebenen Seiten an den Druckplatten anliegen. Die Belastung wird gleichmäßig mit einer Geschwindigkeit von 1 Nmm-2s-1 bzw. 3 Nmm-2s-1 aufgebracht. Die einzelnen Ergebnisse wurden anschließend wie bei der Prüfung der Biegezugfestigkeit festgehalten und zur gesamten Auswertung gemittelt.

Versuche

31

Abbildung 3-13: Prüfmaschine der Firma Toni Technik zur Ermittlung der Druckfestigkeit

3.4 Stabilisationszeit Man muss bei der Betonherstellung zwischen der Trockenmischdauer zur Erstellung des Prämix und der Nassmischdauer zur Herstellung der fertigen Mischung unterscheiden. Die optimale Mischdauer beschreibt dabei den Zeitpunkt, an dem das Gemisch optimal homogenisiert ist. Ab diesem Zeitpunkt hat eine Verlängerung der Mischdauer kaum noch positiven Einfluss auf die fertige Mischung. Dieser Zeitpunkt wird Stabilisationszeit ts genannt. In diesem Fall werden die Stabilisationszeiten sowohl für die Trocken- als auch für die Nassmischungen untersucht. Laut Mazanec ist dieser Zeitpunkt erreicht, sobald die Kurve der Mischenergie eine Steigung von -4∙10-4 s-1 erreicht. Dafür wird in die während des Mischvorgangs aufgezeichneten Leistungskurve eine approximierte Funktion eingezeichnet anhand derer die Steigung gemessen wird. Diese Vorgehensweise wird in der folgenden Abbildung verdeutlicht. Dabei ist noch zu beachten, dass das Wasser zu Beginn konstant über einen Zeitraum von 30 Sekunden hinzugegeben wird.

Versuche

32

Abbildung 3-14: Ermittlung der Stabilisationszeit [36]

3.5 Packungsdichte Das Hauptaugenmerk in dieser Arbeit wird abschließend auf die Packungsdichte gelegt. Diese gibt einen direkten Aufschluss über die Deagglomeration der Komponenten. Hierbei ist vor allem das Aufbrechen der Agglomerate des verwendeten Silikastaubs von Bedeutung. Die Messungen wurden in einem Mastersizer 3000 der Firma Malvern Panalytical durchgeführt. Dabei wird eine Probe der fertigen Mischung jeweils nach dem Trockenmischen und nach dem Nassmischen in das Gerät gegeben. Bei den vorab ausgewerteten Arbeiten wurde eine Probe jeweils mit einem flachen Spatel entnommen, wohingegen bei den eigenen Versuchen ein löffelförmiger Spatel zum Einsatz kam. Damit soll verhindert werden, dass einzelne Bestandteile der Probe eher vom Spatel herunterfließen als andere und somit verlässliche Daten gewonnen werden könnne. Der Mastersizer 3000 verwendet zur Bestimmung der Partikelgröße und deren Verteilung die Laserbeugungstechnik. Gemessen wird die Intensität des gestreuten Lichts eines Laserstahls, während er die Probe in der Flüssigkeit durchstrahlt. Anschließend werden diese Daten analysiert, um in weiterer Folge die Größe der Partikel in der Probe zu ermitteln, die das jeweilige Streumuster erzeugt haben. [45]

Versuche

33

Abbildung 3-15:Verwendeter Mastersizer 3000 zur Bestimmung der Partikelgrößen Mit Hilfe der zugehörigen Software können die gewonnenen Daten direkt ausgewertet und weiterverarbeitet werden. So kann man sich nach der Messung direkt die Partikelgrößenverteilung anzeigen lassen und Durchschnittskurven aus den einzelnen Messungen erstellen. Schlussendlich werden diese Datenreihen in eine Excel-Tabelle exportiert, um dort die Summenlinie darzustellen und die Ergebnisse der Packungsdichte mit den genormten Werten zu vergleichen.

Versuche

34

Abbildung 3-16: Screenshot der zugehörigen Software zur Datenauswertung des Mastersizer 3000 Da bei diesen Messungen der vorherigen Arbeiten einige Unklarheiten aufgetreten sind, wurden für die vorliegende Arbeit in diesem Bereich zusätzlich eigene Versuche durchgeführt. Besonders die Entnahme der Probe wurde dabei untersucht und nach Möglichkeit verbessert.

3.6 Zusammenstellung Wie schon in Kapitel 1.2 beschrieben wurden alle Daten, die im Zuge der Arbeiten zur Untersuchung der Trockenmischdauer auf die Eigenschaften von UHPC in den letzten sechs Jahren am Institut für Werkstofftechnologie, Bauphysik und Bauökologie entstanden sind, in einer Tabelle nebeneinander gestellt. Dies passierte in Excel, wobei im ersten Schritt lediglich die

Versuche

35

veröffentlichten Werte und vorhandene Mittelwerte aufgenommen wurden. Ein Ausschnitt aus der ersten Datensammlung ist in Abbildung 3-17 dargestellt. Dabei wurde begonnen, in den Zeilen die jeweiligen Bearbeiter und Jahre der Entstehung einzutragen. Anschließend wurden in der zweiten Spalte die Trockenmischdauern zugeordnet und erfasst. Des Weiteren wurden folgende Spalten zur Datenerfassung angelegt: - Grundlagen • Bezeichnung • Mischart - Mischdauer • Trockenmischdauer • Trockenmischdauer Prämix • Sandzugabe • Wasserzugabe • Nassmischen • Mischdauer gesamt - Ergebnisse • Ausbreitmaß • Trichterauslaufzeit • Luftporengehalt • Frischbetonrohdichte • Festbetonrohdichte • Packungsdichte trocken • Packungsdichte nass • Stabilisationszeit • Dynamische Fließgrenze • Viskosität • Thixotropie - Technische Daten • Drehzahl (Wirbler / Mischbehälter) – Prämix • Drehzahl (Wirbler / Mischbehälter) • Leerlaufleistung • Trockenmischenergie • Nassmischenergie • Gesamtmischenergie • Nettomischleistung • Raumtemperatur • Ausgangstemperatur • Temperatur der Trockenmischung • Temperatur der fertigen Mischung - Mittelwerte Biegezugfestigkeit • NL 28d

Versuche

36

• W90 28d • W90L250 28d • 24h • 7d • 28d - Mittelwerte Druckfestigkeit • NL 28d • W90 28d • W90L250 28d • 24h • 7d • 28d

Abbildung 3-17: Auszug aus der Datensammlung aus den Arbeiten

Versuche

37

In einem weiteren Schritt wurden dann zur genaueren Untersuchung der Ergebnisse auch die vorhandenen Rohdaten gesammelt und in die Auswertung miteinbezogen. Diese werden im nächsten Kapitel dargestellt.

Auswertung früherer Arbeiten

38


In diesem Kapitel werden die zuvor gesammelten Daten ausgewertet. Zuerst werden dafür die Bezeichnungen und Besonderheiten bei der Durchführung der Versuche der einzelnen Bearbeiter erklärt. Die wichtigsten und aussagekräftigsten Daten werden tabellarisch und graphisch dargestellt und die Erkenntnisse daraus erfasst. Nach den rheologischen Eigenschaften werden die Frischbetoneigenschaften und abschließend die Festbetoneigenschaften betrachtet. 4.1 Beschreibung der Versuchsreihen

Tabelle 4-1: Darstellung der wichtigsten Kennwerte der Arbeiten Wie in Tabelle 4-1 ersichtlich gab es bei den einzelnen Arbeiten einige Unterschiede bei der Vorbereitung, Herstellung und Weiterverarbeitung der Mischungen für die Versuche. Sacherl hat bei der Lagerung, wie schon in Kapitel 3.3.1 ersichtlich, bei der Herstellung der Probekörper eine Wärmebehandlung angewendet. NL steht dabei für die Lagerung der Körper für 7 Tage in lauwarmem Wasser, dann bei Raumluft. W90 beschreibt die Aufbewahrung für 48 h in 90°C warmem Wasser, danach die Abkühlung auf Raumtemperatur und die anschließende Lagerung der Probekörper an der Luft. Die letzte Versuchsreihe W90L250 wurde zuerst für 48 h in 90°C warmem Wasser, dann in einem Ofen bei 90°C, der dann auf 250°C aufgewärmt wurde, behandelt. Dort wurden die Prismen für 48 h gelagert, woraufhin der Ofen auf Raumluft abgekühlt wurde und die restlichen Tage so gelassen wurde. Die Ergebnisse der Messungen der Festbetoneigenschaften wurden aufgrund der Wärmebehandlung bei der Auswertung jedoch nicht berücksichtigt. Des Weiteren hat Sacherl zwischen Trockenmischen mit und ohne Sand variiert. Die maximale Trockenmischdauer variiert zwischen 2 bis 8 h. Dabei ist noch zu erwähnen, dass eine Trockenmischdauer von 8 h wirtschaftlich keine Option ist und diese Versuche aus rein forschungsbezogenen Zwecken durchgeführt wurden.


39

Bei Budjevac wird zwischen der Mischung im Gleichstrom- und Gegenstromverfahren sowie dem Trockenmischen mit und ohne Sand unterschieden. Mayrhofer und Sacherl haben vorab einen Trockenprämix hergestellt, der nach 48 h, 4 Wochen und 9 Wochen Lagerungsdauer weiterverarbeitet wurde. Sarsteiner hat im Gegensatz zu Mayrhofer und Sacherl bei der Herstellung des Frischbetons einen Hobart „Mortar Mixer“ verwendet, um den Einfluss von verschiedenen Mischertypen zu untersuchen. Er hat den gleichen Prämix wie Mayrhofer und Sacherl verwendet und diesen ebenso nach 0-72 h, 4 Wochen und 9 Wochen weiterverarbeitet. Santi und Yazgi haben in dieser Hinsicht in ihren Arbeiten keine weiteren Besonderheiten einfließen lassen. Die Beschreibungen der angeführten Bezeichnungen der Versuchsreihen und Mischungen werden in der folgenden Tabelle dargestellt.

Arbeit / Bearbeiter / Jahr Versuchsreihe Beschreibung BA / Sacherl / 2014 1. Mischung Trockenmischen Gleichstrom 2. Mischung Trockenmischen Gegenstrom DA / Budjevac / 2015 1. Mischung Trockenmischen Gleichstrom mit Sand 2. Mischung Trockenmischen Gegenstrom mit Sand 3. Mischung Trockenmischen Gleichstrom ohne Sand 4. Mischung Trockenmischen Gegenstrom ohne Sand DA / Mayrhofer / 2018 1. Mischung Prämix Lagerung 48 h 2. Mischung Prämix Lagerung 4 Wo 3. Mischung Prämix Lagerung 9 Wo DA / Sacherl / 2018 1. Mischung Prämix Lagerung 48 h 2. Mischung Prämix Lagerung 4 Wo 3. Mischung Prämix Lagerung 9 Wo DA / Sarsteiner / 2018 1. Mischung Prämix Lagerung 0-72 h, Nassmischen mit Hobart Mischer 2. Mischung Prämix Lagerung 4 Wo, Nassmischen mit Hobart Mischer 3. Mischung Prämix Lagerung 9 Wo, Nassmischen mit Hobart Mischer

Tabelle 4-2: Beschreibung der Versuchsreihenbezeichnungen


40

4.2 Rheologie

4.2.1 Dynamische Fließgrenze

Mayrhofer, Sarsteiner und Santi haben in ihren Arbeiten die dynamische Fließgrenze der Frischbetonproben ermittelt. Die entsprechenden Werte sind im Anhang tabellarisch in Punkt 1 zusammengefasst dargestellt. Schon hier kann man deutlich sehen, dass die dynamische Fließgrenze meistens bei der längsten Trockenmischdauer den geringsten Wert hat. Zum besseren Verständnis und zur Veranschaulichung der Daten wird das Ergebnis graphisch dargestellt.

Abbildung 4-1: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur dynamischen Fließgrenze Abbildung 4-1 bestätigt die Aussage, dass je länger die Mischdauer ist, desto geringer die dynamische Fließgrenze wird. Es ist aber auch klar ersichtlich, dass die Streuung der Ergebnisse vor allem bei kürzeren Trockenmischdauern sehr groß ist. Erst ab etwa 15000 s nähern sich die Werte immer weiter aneinander an. Lediglich bei der ersten Versuchsreihe von Sarsteiner steigt die dynamische Fließgrenze zum Ende hin wieder an. Santi erreicht bei ihren Versuchsreihen die geringsten Werte mit 4,24 bzw. 4,95 Pa. Bei Mayrhofer sieht man in der zweiten Reihe die größte Differenz von 39,8 Pa bei 90 s Trockenmischen bis auf 10,2 Pa bei 28800 s Mischdauer.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

dyn.

Flie

ßgre

nze

[Pa]

Trockenmischdauer [s]

Mayrhofer 1. Reihe Mayrhofer 2. Reihe Mayrhofer 3. Reihe Sarsteiner 1. Reihe

Sarsteiner 2. Reihe Sarsteiner 3. Reihe Santi 1. Reihe Santi 2. Reihe


41

Abbildung 4-2: Approximierte Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der dyn. Fließgrenze Abbildung 4-2 gibt nochmal einen besseren Überblick über die Verteilung der einzelnen Messwerte. Dabei wird erneut klar, dass die größte Verteilung der Werte bei 90 s Trockenmischdauer liegt. Bei Betrachtung aller Punkte kann man feststellen, dass der Verlauf mithilfe einer exponentiellen Trendlinie angenähert werden kann. Die Erstellung der exponentiellen Trendlinie wird in Excel durch die Methode der kleinsten Quadrate berechnet, indem folgende Formel verwendet wird: = ∗ ∗ [4-1] Dabei stellen c und b Konstanten und e die Basis des natürlichen Logarithmus dar.

4.2.2 Viskosität Zusätzlich zur dynamischen Fließgrenze wurde von Mayrhofer, Sarsteiner und Santi auch die Viskosität ermittelt. Die mit Hilfe des Rheometers ermittelten Werte sind im Anhang in einer Tabelle unter Punkt 2 dargestellt. Es ist auch hier schon deutlich zu erkennen, dass die Viskosität mit steigender Trockenmischdauer abnimmt. Die Daten werden ebenfalls für eine bessere Übersicht graphisch in Abbildung 4-3 und 4-4 dargestellt.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

dyn.

Flie

ßgre

nze

[Pa]



42

Abbildung 4-3: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Viskosität Deutlich ersichtlich hierbei ist, dass sich die Viskosität ähnlich wie die dynamische Fließgrenze entwickelt. Auch hier wurden von Santi die niedrigsten Werte ermittelt. Ebenso gibt es bei geringeren Trockenmischdauern die größten Differenzen zwischen den einzelnen Versuchsreihen. Bei einer Mischdauer von 28800 s befinden sich alle Werte zwischen 28,3 und 31,6 Pa*s. Lediglich die erste Reihe von Sarsteiner, die einen höheren Wert aufweist, und die zweite Reihe von Santi, die einen deutlich geringeren Wert aufweist, befinden sich nicht in diesem Bereich.

Abbildung 4-4: Approximierte Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Viskosität

(geschätzt zwischen 0,1 und 2,5 s-1)

0

20

40

60

80

100

120

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Visk

ositä

t [Pa

*s]


Viskositäten

Mayrhofer 1. Reihe Mayrhofer 2. Reihe Mayrhofer 3. Reihe Sarsteiner 1. Reihe

Sarsteiner 2. Reihe Sarsteiner 3. Reihe Santi 1. Reihe Santi 2. Reihe

0

20

40

60

80

100

120

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Visk

ositä

t [Pa

*s]



43

Bei Betrachtung aller Messwerte kann man die Entwicklung der Viskosität über die Trockenmischdauer wieder mit einer exponentiellen Trendlinie darstellen. 4.2.3 Thixotropie

Mayrhofer und Sarsteiner haben abschließend noch die Thixotropie des frischen Betons untersucht. Die dabei ermittelten Werte sind im Anhang unter Punkt 3 ersichtlich. Auch hier ist direkt erkennbar, dass die Thixotropie mit zunehmender Trockenmischdauer abnimmt.

Abbildung 4-5: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Thixotropie Wieder ist anfangs keine klare Linie zur Auswertung der Daten zu erkennen. Erst mit steigender Trockenmischdauer werden die Ergebnisse klarer und die große Streuung der Werte ist nicht mehr gegeben. Besonders die Thixotropie von 0.257 nach 7200 s Trockenmischen bei Mayrhofer scheint ein Messfehler zu sein.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Thixo

trop

ie [-

]


Mayrhofer 1. Reihe Mayrhofer 2. Reihe Mayrhofer 3. Reihe

Sarsteiner 1. Reihe Sarsteiner 2. Reihe Sarsteiner 3. Reihe


44

Abbildung 4-6: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Thixotropie In Abbildung 4-6 ist erkenntlich, dass auch die Abnahme der Thixotropie durch eine exponentielle Trendlinie beschrieben werden kann. Deutlich zeigt sich hier auch nochmals die große Differenz bei den Werten bis 7200 s Mischdauer, was danach erheblich einheitlicher wird.

4.2.4 Zusammenfassung rheologische Eigenschaften Zusammenfassend kann man sagen, dass die untersuchten rheologischen Eigenschaften – dynamische Fließgrenze, Viskosität und Thixotropie – alle auf eine Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Betons hinweisen, je länger die Trockenmischdauer ist. Lediglich im Bereich bis 7200 s ist bei allen Versuchsreihen die Streuung der Ergebnisse sehr hoch. Das lässt darauf schließen, dass besonders bei kürzeren Mischdauern die einzelnen Bestandteile des Betons genau betrachtet werden müssen, um diese großen Abweichungen beschreiben und erklären zu können. 4.3 Frischbetoneigenschaften Im folgenden Kapitel werden die Ergebnisse der Frischbetonprüfungen zusammengestellt. Zur Untersuchung der Frischbetoneigenschaften wurde dabei das Ausbreitmaß, die Trichterauslaufzeit, der Luftporengehalt und auch die Frischbetonrohdichte ausgewertet. Im Anschluss werden die Auswertungen und Zusammenhänge zusammengefasst.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Thixo

trop

ie [-

]



45

4.3.1 Ausbreitmaß Zuerst wird das Ausbreitmaß betrachtet. Dieses wurde, wie in Kapitel 3.2.2 beschrieben ermittelt. In der Tabelle im Anhang unter Punkt 4 sind alle Messwerte von Sacherl, Budjevac, Yazgi, Mayrhofer und Santi zu sehen. Es ist wieder direkt ersichtlich, dass das Ausbreitmaß mit zunehmender Trockenmischdauer ebenso zunimmt. Das steht in direktem Zusammenhang mit den rheologischen Kennwerten und bestätigt die Aussage, dass die Fließgrenze mit zunehmender Mischdauer ebenso abnimmt. In Abbildung 4-7, 4-8 und 4-9 werden die Werte graphisch dargestellt und ausgewertet.

Abbildung 4-7: Darstellung der einzelnen Datenreihen zum Ausbreitmaß

Sacherl und Yazgi haben hier bei ihrer ersten Mischung schon bei einer Trockenmischdauer von 1200 s den maximalen Wert von 29,5 cm erreicht. Und auch bei seiner zweiten Mischung mit der gleichen Mischdauer erreicht Sacherl ein Ausbreitmaß von 26,5 cm, was nur um 1,5 cm vom Maximalwert nach 28800 s abweicht. Dieser Wert wird dabei von Mayrhofer in seiner dritten Mischung erreicht und weicht nur 1 cm vom Maximalwert seiner zweiten Mischung bei 28800 s ab. Genau dazwischen liegt mit einem Ausbreitmaß von 27,5 cm sein Maximalwert der ersten Mischung, ebenso bei der maximalen Trockenmischdauer. Yazgi erreicht bei seiner Testreihe bei 2400 s wieder einen sehr hohen Wert von 28,5 cm, welcher sehr nahe an die Werte bei 28800 s herankommt.

10

15

20

25

30

35

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Ausb

reitm

aß [c

m]


BA Sacherl 1. Mischung BA Sacherl 2. Mischung Budjevac 1. Mischung

Budjevac 2. Mischung Mayrhofer 1. Mischung Mayrhofer 2. Mischung

Mayrhofer 3. Mischung Yazgi 1. Reihe


46

Abbildung 4-8: Detaillierte Ansicht der Datenreihen bis 2500 s Trockenmischdauer Bei Betrachtung der Datenreihen bis 2500 s Mischdauer, wie in Abbildung 4-8 dargestellt, sieht man, dass die Werte wieder eine sehr hohe Differenz bei den einzelnen Mischdauern aufweisen – besonders bei 90 s, wo die maximale Differenz von 7,5 cm zwischen der 1. Mischung von Budjevac und der Testreihe von Yazgi auftritt.

Abbildung 4-9: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte des Ausbreitmaßes

10

15

20

25

30

35

0 500 1000 1500 2000 2500

Ausb

reitm

aß [c

m]


BA Sacherl 1. Mischung BA Sacherl 2. Mischung Budjevac 1. Mischung

Budjevac 2. Mischung Mayrhofer 1. Mischung Mayrhofer 2. Mischung

Mayrhofer 3. Mischung Yazgi 1. Reihe

10

15

20

25

30

35

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Ausb

reitm

aß [c

m]

Trochenmischdauer [s]


47

Anhand von Abbildung 4-8 sieht man noch einmal genau, dass wieder im Bereich der geringeren Mischdauern, in diesem Fall bis 2400 s, die Streuung der Messwerte sehr hoch ist. Besonders die Maxima von Sacherl und Yazgi stechen dabei wiederholt hervor. 4.3.2 Trichterauslaufzeit Als nächstes wird die Trichterauslaufzeit betrachtet. Dabei wurden die Daten nach der Sammlung um die eindeutigen Messfehler bereinigt. Diese sind jene Messwerte größer als 60 s, was Werte bei Trockenmischdauern bis 300 s betrifft; sie sind in Tabelle unter Punkt-5 im Anhang rot markiert und fließen nicht weiter in die Auswertungen mit ein. Auch hier ist wie erwartet festzustellen, dass die Trichterauslaufzeit mit zunehmender Trockenmischdauer abnimmt. Das bestätigt den direkten Zusammenhang mit den rheologischen Eigenschaften und einer Veränderung der Konsistenzklasse. In den Abbildungen 4-10, 4-11 und 4-12 werden diese Daten noch einmal graphisch dargestellt.

Abbildung 4-10: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Trichterauslaufzeit


48

Abbildung 4-11: Detaillierte Ansicht der Datenreihen bis 2500 s Trockenmischdauer In Abbildung 4-10 erkennt man deutlich, dass die Auslaufzeit über die Trockenmischdauer sehr stark abnimmt. Dabei sind unerwartet deutlich abweichende Ergebnisse bei 3600 s bei der 3. Versuchsreihe von Mayrhofer und bei seiner 1. Reihe bei 7200 s Trockenmischdauer zu sehen. Diese Werte stellen eine Steigung der Trichterauslaufzeit im Vergleich zum vorhergehenden Messwert dar. Bei Yazgi sieht man das gleiche Phänomen, wobei es dort weniger stark ausgeprägt ist, und er zusätzlich im Vergleich zu allen anderen von Beginn an die geringsten Auslaufzeiten gemessen hat. In der folgenden Abbildung 4-11 wird der detaillierte Verlauf der Datenreihen bis 2500 s Mischdauer dargestellt. Dabei ist wieder deutlich zu sehen, dass es zu Anfang große Unterschiede zwischen den Werten gibt. Besonders bei 90 s Trockenmischdauer besteht eine Differenz von 35 s. Aber gerade bei Mayrhofer kann man sehen, dass diese Differenz mit steigender Trockenmischdauer geringer und die Ergebnisse homogener werden.


49

Abbildung 4-12: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Trichterauslaufzeit In Abbildung 4-12 sieht man wiederholt die deutliche Abnahme der Trichterauslaufzeit bin fortschreitender Trockenmischdauer. Die exponentielle Trendlinie beschreibt dabei den angenäherten Verlauf aller zusammengefassten Messwerte.

4.3.3 Luftporengehalt In diesem Abschnitt werden die Messwerte des Luftporengehalts ausgewertet. Diese wurden mittels Luftporentopf, wie in Kapitel 3.2.3 beschrieben, ermittelt. Die entsprechenden Werte werden wieder zuerst in tabellarischer Form unter Punkt 6 im Anhang dargestellt. Im Gesamtbild schwankt der Luftporengehalt zwischen 5,1 und 0,4 %. Und auch hier sieht man erneut eine stetige Abnahme der Werte mit steigender Trockenmischdauer. Um das noch zu verdeutlichen, werden die Ergebnisse graphisch in den folgenden Abbildungen dargestellt.


50

Abbildung 4-13: Darstellung der einzelnen Datenreihen zum Luftporengehalt

Abbildung 4-14: Detaillierte Ansicht der Datenreihen bis 2500 s Trockenmischdauer In den Abbildungen 4-13 und 4-14 sieht man deutlich, dass die meisten Ausganswerte zwischen 4 und 5 % Luftporengehalt liegen. Lediglich bei Yazgi sind die Werte deutlich geringer und beginnen schon bei 2 %. Dabei ist der Effekt des hier verwendeten Entlüfters deutlich zu

0

1

2

3

4

5

6

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Luftp

oren

geha

lt [%

]


BA Sacherl 1. Reihe BA Sacherl 2. Reihe Budjevac 1. Reihe Budjevac 2. Reihe

Budjevac 3. Reihe Budjevac 4. Reihe Yazgi 1. Reihe Mayrhofer 1. Reihe

Mayrhofer 2. Reihe Mayrhofer 3. Reihe Santi 1. Reihe

0

1

2

3

4

5

6

0 500 1000 1500 2000 2500

Luftp

oren

geha

lt [%

]


BA Sacherl 1. Reihe BA Sacherl 2. Reihe Budjevac 1. Reihe Budjevac 2. Reihe




51

erkennen. Einzeln betrachtet zeigen die Linien keine deutlich erkennbare Entwicklung zwischen den einzelnen Messpunkten, da es immer wieder zu einer Steigerung des Luftporengehalts im Vergleich zum vorherigen Messpunkt gibt. Ein extremes Beispiel dafür ist der Sprung von 3,6 % bei 3600 s Trockenmischdauer auf 4,3 % bei 7200 s bei der ersten Testreihe von Mayrhofer. Ebenso bei Budjevac entsteht ein Sprung von 3,7 auf 4,7 % zwischen 600 und 1200 s.

Abbildung 4-15: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte des Luftporengehalts Im Gesamtbild betrachtet kann man den Verlauf der Messwerte jedoch durch eine konstant abfallende lineare Trendlinie approximieren. Ebenso ist wieder klar ersichtlich, dass die Messwerte mit längeren Trockenmischdauern deutlich näher beieinander liegen als bei kürzeren Besonders bei 14400 s besteht eine Differenz bei 4 Messwerten von nur 0,1 %.

4.3.4 Frischbetonrohdichte Abschließend in Bezug auf die Frischbetoneigenschaften wird die Entwicklung der Frischbetonrohdichte betrachtet. Auch hier werden die Messwerte, die wie in Kapitel 3.2.4 beschrieben, ermittelt wurden, vorerst in einer Tabelle dargestellt, welche im Anhang unter Punkt 7 einsehbar ist. Auf den ersten Blick beim Vergleich der Daten der jeweils kürzesten und längsten Trockenmischdauer sieht man stets einen Anstieg der Frischbetonrohdichte. In den folgenden Abbildungen werden deshalb auch diese Werte zum besseren Verständnis graphisch dargestellt.

0

1

2

3

4

5

6

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Luftp

oren

geha

lt [%

]



52

Abbildung 4-16:Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Frischbetonrohdichte

Abbildung 4-17: Detaillierte Ansicht der Datenreihen bis 2500 s Trockenmischdauer

2260

2280

2300

2320

2340

2360

2380

2400

2420

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Frisc

hbet

onro

hdich

te [g

/dm

³]


BA Sacherl 1. Reihe BA Sacherl 2. Reihe Budjevac 1. Reihe Budejvac 2. Reihe



2260

2280

2300

2320

2340

2360

2380

2400

2420

0 500 1000 1500 2000 2500

Frisc

hbet

onro

hdich

te [g

/dm

³]


BA Sacherl 1. Reihe BA Sacherl 2. Reihe Budjevac 1. Reihe Budejvac 2. Reihe




53

In Abbildung 4-16 sieht man deutlich den schon zuvor erkennbaren Anstieg der Dichte mit länger werdender Trockenmischdauer. Es wird jedoch auch ersichtlich, dass der Verlauf nicht stetig ist, sondern immer wieder fallende Bereiche hat. Besonders auffällig sind wieder die Messwerte von Yazgi, der deutlich die größte Frischbetonrohdichte bei allen Mischdauern erreicht hat. Diese Werte spiegeln das gleiche Bild wie beim zuvor betrachteten Luftporengehalt wider. In Abbildung 4-17 sieht man noch einmal im Detail, dass die Werte des Öfteren zwischen den Messpunkten fallen. Bei Budjevac in dessen erster Versuchsreihe ist die Abnahme der Rohdichte besonders groß. Dort fällt der Wert von 2315 g/dm³ bei 600 s auf 2280 g/dm³ bei 1200 s.

Abbildung 4-18: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Frischbetonrohdichte Wenn man das Gesamtbild aller Einzelwerte wie in Abbildung 4-18 betrachtet, sieht man noch einmal, dass die Werte mit 2392 und 2406 g/dm³ besonders herausragen. Und auch hier wird die Streuung der Werte mit steigender Trockenmischdauer wieder deutlich geringer. Der angenäherte Gesamtverlauf kann mit einer linear steigenden Trendlinie beschrieben werden.

2260

2280

2300

2320

2340

2360

2380

2400

2420

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Frisc

hbet

onro

hdich

te [g

/dm

³]



54

Abbildung 4-19: Temperaturentwicklung bei Steigerung der Trockenmischdauer Bei der Betrachtung der Frischbetonrohdichte in Abhängigkeit der Temperaturen ist zu sehen, dass diese auch durch eine konstant steigende lineare Trendlinie angenähert werden kann. Die Erhöhung der Temperatur ist mit ansteigender Trockenmischdauer normal. Jedoch wurden die Mischungen bei 28800 s nicht an einem Stück, sondern in vier Abschnitten von je zwei Stunden gemischt. Deswegen ist die Temperatur nie höher als 50°C und relativ konstant. Warum Yazgi diese 50 °C schon bei 2400 s Trockenmischdauer erreicht hat, ist aus den Aufzeichnungen nicht mehr rekonstruierbar.

Abbildung 4-20: Entwicklung der Frischbetonrohdichte über die Temperatur der fertigen Trockenmischung

0

10

20

30

40

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0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Tem

pera

tur d

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en M

ischu

ng [°

C]


2260

2280

2300

2320

2340

2360

2380

2400

2420

25 30 35 40 45 50 55

Frisc

hbet

onro

hdich

te [g

/dm

³]

Temperatur der fertigen Trockenmischung [°C]


55

4.4 Festbetoneigenschaften Im folgenden Kapitel werden die Festbetoneigenschaften betrachtet. Dabei werden die Festbetonrohdichte und Druckfestigkeit ausgewertet. Die Biegezugfestigkeit wird aufgrund mangelnder Datenqualität nicht weiter ausgewertet. Für diese Daten wird auf die Arbeiten von Budjevac, Yazgi, Sacherl und Santi verwiesen. Zusätzlich zur Auswertung der Druckfestigkeiten, die im Zuge der Arbeiten veröffentlicht wurden, werden auch deren Rohdaten ausgewertet, um einen Überblick über die Genauigkeit und Aussagekraft der Werte zu bekommen. In einem weiteren Schritt werden die Daten aus den Arbeiten in Bezug auf die Temperaturentwicklung der fertigen Mischungen untersucht. 4.4.1 Festbetonrohdichte Die Festbetonrohdichte wurde wie in Kapitel 3.2.4 nach Formel [3-6] berechnet. Diese wurde in den vorangehenden Arbeiten nicht veröffentlicht und aus den zur Verfügung stehenden Aufzeichnungen entnommen. Zur besseren Übersicht und Verständlichkeit der Messwerte werden diese graphisch in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt. Abbildung 4-20 zeigt, dass man keine eindeutige Entwicklung der Festbetondichte abhängig von der Trockenmischdauer feststellen kann. Lediglich die Versuchsreihe von Yazgi weist stetig steigende Werte mit zunehmender Mischdauer auf.

Abbildung 4-21: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Festbetonrohdichte

2220

2240

2260

2280

2300

2320

2340

2360

2380

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Fest

beto

nroh

dich

te [g

/dm

³]


Budjevac 1. Reihe Budjevac 2. Reihe Budjevac 3. Reihe Budjevac 4. Reihe

Yazgi 1. Reihe Sacherl 1. Reihe Sacherl 2. Reihe Sacherl 3. Reihe

Sarsteiner 1. Reihe Sarsteiner 2. Reihe Sarsteiner 3. Reihe Santi 1. Reihe


56

Bei Betrachtung aller einzelnen Messwerte wie in Abbildung 4-21 dargestellt, sieht man, dass die Streuung der Werte mit fortschreitender Mischdauer etwas geringer wird. Die Trendlinie zur Darstellung der Entwicklung der Messwerte ist dabei eine leicht ansteigende lineare Funktion. Es ist also nur ein sehr geringer Einfluss erkennbar.

Abbildung 4-22: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Festbetonrohdichte

Abbildung 4-23: Trendlinie bei Betrachtung der Festbetonrohdichte über die Temperatur der fertigen

Trockenmischung

2220

2240

2260

2280

2300

2320

2340

2360

2380

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Fest

beto

nroh

dich

te [g

/dm

³]


2220

2240

2260

2280

2300

2320

2340

2360

2380

25 30 35 40 45 50 55

Fest

beto

nroh

dich

te [g

/dm

³]

Temperatur der fertigen Trockenmischung [°C]


57

Wenn man die Festbetonrohdichte jedoch in Abhängigkeit der Temperatur der fertigen Mischung betrachtet, sieht man eine deutliche Erhöhung der Dichte, je höher die Temperatur ist. Auch die Trendlinie beschreibt eine konstant ansteigende Gerade. Es ist jedoch darauf zu achten, dass hier deutlich weniger Messwerte als bei den anderen Auswertungen zur Verfügung stehen. 4.4.2 Druckfestigkeit Die Druckfestigkeit wurde, wie in Kapitel 3.3.3 beschrieben, mit einer Maschine der Firma Toni Technik ermittelt. Dieser Versuch wurde jeweils nach 24 h, 7 d und 28 d an jeweils 3 Probekörpern durchgeführt. Anschließend wurden die Ergebnisse gemittelt und weiter ausgewertet. Die gewonnenen Messwerte aus den jeweiligen Versuchsreihen werden in der Tabelle im Anhang unter Nummer 9 gesammelt dargestellt. Von diesen Daten werden zuerst die Druckfestigkeiten nach 24 h betrachtet. Dafür wurden die folgenden Abbildungen 4-23 und 4-24 angefertigt.

Abbildung 4-24:Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Druckfestigkeit nach 24 h

40,0

45,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Druc

kfes

tigke

it [N

/mm

²]


Mittelwerte Druckfestigkeit 24h

Budjevac 1. Reihe Budjevac 2. Reihe Budjevac 3. Reihe

Budjevac 4. Reihe Yazgi 1. Reihe Sacherl 1. Reihe

Sacherl 2. Reihe Sacherl 3. Reihe Santi 1. Reihe


58

Abbildung 4-25: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Druckfestigkeit nach 24 h Im Gegensatz zu den vorherigen Auswertungen ist hier tatsächlich mit steigender Trockenmischdauer eine Verschlechterung der Druckfestigkeit zu beobachten. Besonders bei

Santi fällt die Druckfestigkeit zwischen 180 und 28800 s von 70,6 auf nur noch 44,0 N/mm², was einer Verringerung um 38 % entspricht. Jedoch ist es auch hier oft ein Wechsel zwischen steigenden und fallenden Werten, je mehr Messungen gemacht wurden. Lediglich die zweite Versuchsreihe von Budjevac weist eine kontinuierliche Steigung auf, wohingegen seine vierte Versuchsreihe stetig kleiner werdende Werte aufweist. Die Trendlinie in Abbildung 4-24 stellt deutlich die Entwicklung aller Messwerte dar. Auch hier kann die Entwicklung mit einer konstant fallenden linearen Funktion beschrieben werden. Ebenso kann man sehen, dass die Daten mit fortlaufender Trockenmischdauer im Vergleich zu den Frischbetoneigenschaften immer noch weit gestreut sind. So kann man bei 28800 s immer noch eine Differenz von 8,3 N/mm² ablesen.

40,0

45,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Druc

kfes

tigke

it [N

/mm

²]


Mittelwerte Druckfestigkeit 24h


59

Abbildung 4-26: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Druckfestigkeit nach 7 d Nach einer Lagerungsdauer von sieben Tagen an der Raumluft zeigt sich ein etwas homogeneres Bild des Verlaufs der Datenreihen. Mehrere Reihen weisen anfangs stetige Steigungen auf, und der Wechsel zwischen steigenden und sinkenden Zahlen bei aufeinander folgenden Trockenmischdauern wird geringer. Besonders Yazgi erreicht wieder sehr hohe und stetig steigende Werte, die sich deutlich von den anderen abheben. Jedoch bleibt die Varianz der Werte auch hier sehr groß, auch wenn sie gegen Ende deutlich geringer wird. So weicht lediglich die Versuchsreihe von Santi bei 28800 s noch weiter ab, die Daten von Sacherl bewegen sich jedoch in einem Bereich von 7,7 N/mm². Im Gegensatz dazu sieht man eine Verteilung der Werte zwischen 98,3 und 134,7 N/mm² bei 90 s. Also verringert sich der Bereich von 36,4 N/mm² auf 19,4 N/mm².

80,0

90,0

100,0

110,0

120,0

130,0

140,0

150,0

160,0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Druc

kfes

tigke

it [N

/mm

²]


Mittelwerte Druckfestigkeit 7d





60

Abbildung 4-27: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Druckfestigkeit nach 7d Auch bei Betrachtung der Einzelwerte ergibt sich ein deutlich besseres Bild als noch bei 24 h Mischdauer. Jedoch weisen die Werte anfangs eine sehr hohe Differenz auf. Man kann aber auch sehen, dass hier die Trockenmischdauer kaum Einfluss auf die Druckfestigkeit hat. Das zeigt sich durch eine annähernd waagrechte, lineare Trendlinie.

Abbildung 4-28: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Druckfestigkeit nach 28 d

80,0

90,0

100,0

110,0

120,0

130,0

140,0

150,0

160,0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Druc

kfes

tigke

it [N

/mm

²]



100,0110,0120,0130,0140,0150,0160,0170,0180,0190,0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Druc

kfes

tigke

it [N

/mm

²]







61

Abbildung 4-29: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Druckfestigkeit nach 28 d Nach einer Lagerungsdauer von 28 Tagen stellt sich ein ähnliches Ergebnis wie schon nach sieben Tagen ein. Die Varianz der Messwerte bis 1200 s Trockenmischdauer ist wieder sehr hoch und wird anschließend geringer. Auch die Entwicklung der Werte mit fortschreitender Mischdauer ist nicht konstant und unterliegt Schwankungen zwischen steigenden und fallenden Zwischenergebnissen. Bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte wie in Abbildung 4-28 dargestellt, sieht man auch nach 28 Tagen wie schon nach sieben Tagen eine leichte Steigung der Druckfestigkeit. Diese ist jedoch nicht stark ausgeprägt, da das Maximum schon bei 2400 s von Yazgi erreicht wird. Auch sonst zeigen die Werte bei 7200 s Trockenmischdauer einen durchschnittlich höheren Wert der Druckfestigkeit auf.

4.5 Packungsdichte Wie schon in Kapitel 3.5 beschrieben, wurden die Daten zur Packungsdichte und Partikelgrößenverteilung im Mastersizer 3000 mit der zugehörigen Software ermittelt und gesammelt. Die Daten von Sarsteiner wurden nun noch weiter ausgewertet. Dabei wurde im ersten Schritt festgestellt, dass der Brechungsindex bei der ersten Auswertung falsch eingestellt war. Hier wurden nämlich Partikelgrößen gemessen, die nicht im Gemisch vorkommen. Nach Kontakt mit Malvern, dem Hersteller des Messinstruments, wurde empfohlen bei Gemischen den optischen Parameter des Stoffes mit der höchsten Partikelanzahl einzustellen. Demnach wurden die Parameter des Silicastaubs eingestellt, welche von der Herstellerfirma Elkem zur Verfügung gestellt wurden. Die resultierte in einer Umstellung des Brechungsindex von 1,450 auf 1,464, was eine deutliche Verbesserung der Datenqualität nach sich gezogen hat. Die theoretische Verteilung lässt sich anhand der verwendeten Betonrezeptur und der prozentuellen Anteile von Silicastaub,

100,0

110,0

120,0

130,0

140,0

150,0

160,0

170,0

180,0

190,0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Druc

kfes

tigke

it [N

/mm

²]




62

Quarzmehl, Zement und Quarzsand und deren charakteristischen Partikelgrößen ermitteln. Somit sollten sich bei 0,2 μm, 30 μm und 350 μm die Spitzen ausbilden. Diese Werte entsprechen eben den Korngrößen der Bestandteile, die vorher separat ermittelt wurden. In der weiteren Auswertung werden die sogenannten Modes prozentuell ausgegeben. Mode 1 steht dabei für den Anteil an deagglomeriertem Silicastaub, Mode 2 für Zement und Quarzmehl und Mode 3 für den Quarzsand.

Abbildung 4-30: Prozentuelle Anteile der trockenen Komponenten der Mischungen Die Partikelgrößenverteilungen der Proben nach dem Trockenmischen werden in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt. Dabei wurden vorerst die vorhandenen Messungen der Versuchsreihen eins bis drei einzeln betrachtet. Besonders bei der ersten Versuchsreihe in Abbildung 4-31 sieht man eine deutliche Deagglomeration des Silicastaubs. So werden die prozentualen Anteile zwischen 0,04 und 1,0 μm stetig höher, je länger die Trockenmischdauer wird. Dagegen gehen die Anteile zwischen 1,0 und etwa 120 μm und zwischen 120 und 600 μm immer weiter zurück. Das bedeutet, dass in diesem Bereich zuerst Agglomerate vorlagen, die durch das Trockenmischen immer zuverlässiger aufgebrochen werden. Bei der zweiten Versuchsreihe, die in Abbildung 4-32 dargestellt wird, stellt sich diese Beobachtung nur nach 90 s ein. Hier sieht man ausschließlich im Bereich der Korngrößen von Zement bzw. Quarzmehl und des Quarzsands Veränderungen, die auf eine Deagglomeration hinweisen. Von 15 bis 480 Minuten sind nur noch kleine Veränderungen zu sehen, wobei der Wert, der dem Ideal am nächsten kommt, schon bei 30 Minuten erreicht wird. Bei der dritten Versuchsreihe, die in Abbildung 4-33 dargestellt ist, gibt es erstaunlicherweise bei 30 Minuten Trockenmischdauer das Messergebnis mit den größten Volumenanteilen über 100 μm.


63

Abbildung 4-31: Korngrößenverteilung der ersten Versuchsreihe


64

Abbildung 4-32: Korngrößenverteilung der zweiten Versuchsreihe


65

Abbildung 4-33: Korngrößenverteilung der dritten Versuchsreihe


66

Nach dem Trockenmischen wurden Proben der Versuchsreihen unterschiedlich lange gelagert. Die weiteren Tests wurden dann nach 0-72 h, vier Wochen und neun Wochen durchgeführt. Dabei wurde das Nassmischen der einen Versuchsreihen mit einem herkömmlichen Mischer durchgeführt, wobei die anderen wiederum in einem Intensivmischer bearbeitet wurde. Die folgenden Abbildungen zeigen die Messergebnisse der nassen, fertigen Mischung der unterschiedlichen Lagerungsdauern und Mischertypen. Die dabei erfassten Messwerte und Korngrößenverteilungen sind in Abbildung 4-34 (Eirich Intensivmischer) und Abbildung 4-35 (Hobart Mischer) dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass weder die Lagerungsdauer noch der Mischertyp einen deutlich erkennbaren Einfluss auf die Partikelgrößenverteilung haben. Bei Überlagerung der Korngrößenverteilungen der Versuchsreihen aus dem herkömmlichen und dem Intensivmischer sind keine gravierenden Unterschiede festzustellen. Und auch der Einfluss der Trockenmischdauer ist nicht weiter nachvollziehbar. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Versuchsreihen sind nach dem Nassmischen wesentlich geringer als nach dem Trockenmischen. Es fällt jedoch auf, dass nach dem Nassmischen die Volumenanteile der Feinteile, also des Silicastaubs deutlich höher geworden sind. So liegt nach dem Trockenmischen der Maximalwert der Anteile bis 1 μm bei etwa 0,75 %. Nach dem Nassmischen steigt das Maximum auf bis zu 2 % an. Ebenso sind die Anteile bei etwa 120 μm annähernd auf null Prozent gefallen. Abschließend werden zum direkten Vergleich aller Versuchsreihen diese noch gesammelt in einer Darstellung abgebildet (Abbildung 4-36). Dort können alle bisher erwähnten Zusammenhänge und Auswertungen noch einmal nachvollzogen werden.


67

Abbildung 4-34: Partikelgrößenverteilung nach Nassmischen im Intensivmischer


68

Abbildung 4-35: Partikelgrößenverteilung nach Nassmischen im Hobart Mischer


69

Abbildung 4-36: Zusammenstellung aller Partikelgrößenverteilungen

Nassmischen Trockenmischen


70

Tabelle 4-3: Zusammenstellung der Korngrößenverteilung und Packungsdichte

Trocken-mischdauer

Volumenanteil Mode 1



Packungs-dichte

[min] [%] [%] [%] [%]SOLL 9,64 45,36 45,00Durch_M90s_trocken V1 1,5 trocken 7,22 52,68 40,09 75,52Durch_M90s_trocken_V2 1,5 trocken 8,66 49,30 42,04 77,43Durch_M3min_trocken_V1 3 trocken 8,48 60,18 31,33 75,14Durch_M3min_trocken_V3 3 trocken 10,42 52,32 37,25 77,98Durch_M7min_trocken_V1 7 trocken 8,46 60,20 31,34 75,21Durch_M7min_trocken_V3 7 trocken 10,19 52,78 37,03 77,53Durch_M15min_trocken_V1 15 trocken 10,25 64,60 25,15 75,37Durch_M15min_trocken_V2 15 trocken 10,46 54,05 35,49 77,69Durch_M15min_trocken_V3 15 trocken 8,21 55,96 35,83 75,64Durch_M30min_trocken_V2 30 trocken 8,27 51,81 39,92 76,59Durch_M30min_trocken_V3 30 trocken 3,83 58,83 37,34 72,34Durch_M60min_trocken_V2 60 trocken 8,07 53,02 38,91 76,23Durch_M60min_trocken_V3 60 trocken 5,68 56,56 37,76 74,23Durch_M120min_trocken_V2 120 trocken 8,94 51,58 39,48 77,20Durch_M120min_trocken_V3 120 trocken 9,34 52,28 38,38 77,37Durch_M240min_trocken_V2 240 trocken 9,38 52,52 38,10 77,42Durch_M240min_trocken_V3 240 trocken 10,44 52,91 36,64 78,05Durch_M480min_trocken_V2 480 trocken 10,35 50,52 39,13 78,68

Durch_M90s_EI_nass_V1 1,5 nass 19,27 43,95 36,79 86,93Durch_M90s_EI_nass_V2 1,5 nass 19,15 42,08 38,77 87,41Durch_M90s_EI_nass_V3 1,5 nass 20,67 42,23 37,09 87,86Durch_M3min_EI_nass_V1 3 nass 21,09 44,75 34,16 87,27Durch_M3min_EI_nass_V2 3 nass 22,89 40,38 36,73 87,72Durch_M3min_EI_nass_V3 3 nass 20,52 45,22 34,26 86,93Durch_M7min_EI_nass_V1 7 nass 20,91 44,71 34,39 87,34Durch_M7min_EI_nass_V2 7 nass 20,37 41,31 38,31 88,06Durch_M15min_EI_nass_V1 15 nass 20,21 43,35 36,44 87,66Durch_M15min_EI_nass_V2 15 nass 20,11 44,44 35,45 87,32Durch_M30min_EI_nass_V1 30 nass 19,22 42,32 38,46 87,35Durch_M30min_EI_nass_V2 30 nass 18,30 42,91 38,79 86,07Durch_M30min_EI_nass_V3 30 nass 19,23 43,15 37,62 86,91Durch_M60min_EI_nass_V1 60 nass 18,32 40,45 41,23 87,40Durch_M60min_EI_nass_V2 60 nass 18,68 43,41 37,90 86,51Durch_M60min_EI_nass_V3 60 nass 20,15 43,66 36,19 87,54Durch_M120min_EI_nass_V1 120 nass 23,19 44,69 32,12 86,77Durch_M120min_EI_nass_V2 120 nass 18,38 42,74 38,89 86,29Durch_M120min_EI_nass_V3 120 nass 18,48 42,03 39,49 86,88Durch_M240min_EI_nass_V1 240 nass 18,29 42,62 39,09 86,60Durch_M240min_EI_nass_V2 240 nass 19,33 44,63 36,03 86,38Durch_M240min_EI_nass_V3 240 nass 17,59 39,00 43,41 87,08Durch_M480min_EI_nass_V1 480 nass 19,63 38,42 41,95 88,34Durch_M480min_EI_nass_V2 480 nass 18,02 40,94 41,04 86,70Durch_M480min_EI_nass_V3 480 nass 18,71 38,49 42,79 88,13

Durch_M90s_MM_nass_V1 1,5 nass 22,15 42,08 35,78 87,39Durch_M90s_MM_nass_V2 1,5 nass 20,42 42,32 37,26 87,96Durch_M90s_MM_nass_V3 1,5 nass 20,67 43,43 35,90 87,70Durch_M3min_MM_nass_V1 3 nass 20,08 42,02 37,90 87,76Durch_M3min_MM_nass_V2 3 nass 21,14 43,26 35,60 87,67Durch_M3min_MM_nass_V3 3 nass 19,75 43,19 37,07 87,25Durch_M7min_MM_nass_V1 7 nass 20,72 41,73 37,55 87,73Durch_M7min_MM_nass_V2 7 nass 19,53 41,66 38,81 87,82Durch_M7min_MM_nass_V3 7 nass 18,88 42,44 38,68 87,03Durch_M15min_MM_nass_V1 15 nass 21,18 45,57 33,26 86,95Durch_M15min_MM_nass_V2 15 nass 22,42 43,14 34,44 87,44Durch_M15min_MM_nass_V3 15 nass 20,34 43,39 36,27 87,80Durch_M30min_MM_nass_V1 30 nass 19,16 42,67 38,17 86,98Durch_M30min_MM_nass_V2 30 nass 20,10 43,24 36,66 87,52Durch_M30min_MM_nass_V3 30 nass 18,53 40,93 40,54 87,40Durch_M60min_MM_nass_V1 60 nass 18,42 41,61 39,97 87,02Durch_M60min_MM_nass_V2 60 nass 19,34 44,12 36,54 86,66Durch_M60min_MM_nass_V3 60 nass 19,95 42,47 37,58 87,95Durch_M120min_MM_nass_V1 120 nass 20,23 43,36 36,41 87,57Durch_M120min_MM_nass_V2 120 nass 20,60 44,07 35,33 87,55Durch_M120min_MM_nass_V3 120 nass 19,48 42,02 38,50 87,62Durch_M240min_MM_nass_V1 240 nass 19,76 42,03 38,21 87,66Durch_M240min_MM_nass_V2 240 nass 18,11 43,78 38,11 85,73Durch_M240min_MM_nass_V3 240 nass 20,73 43,90 35,38 87,57Durch_M480min_MM_nass_V1 480 nass 20,05 40,83 39,12 87,75Durch_M480min_MM_nass_V2 480 nass 18,47 39,92 41,61 87,36Durch_M480min_MM_nass_V3 480 nass 18,42 39,37 42,20 87,55

Bezeichnung Art der Probe


71

Wie in Tabelle 4-3 zu sehen steigt der Anteil der Feinanteile im Größenbereich des SIlicastaubs (Mode 1) mit länger andauernder Trockenmischdauer nicht konstant. So sind die Anteile auch bei 90 s Mischdauer bei Vergleich mit dem Soll-Wert schon fast komplett ausgefüllt. Packungsdichte Nach dem Einfluss der Trockenmischdauer, der Lagerungsdauer und des Mischertyps auf die Korngrößenverteilung wird noch deren Einwirkung auf die Packungsdichte der Mischungen untersucht. Die Packungsdichte wird anhand einer Excel-Datei berechnet. Grundlage zur Berechnung bildet das Modell nach Schwanda. Dieses Modell beruht auf zwei einstellbaren Parametern und ist in Excel gut umzusetzen. Für eine genauere Beschreibung dieses Verfahrens wird auf die Diplomarbeit von Albert Stangl [46] verwiesen. Dazu wurden diese ebenfalls in einer Excel Tabelle gesammelt und graphisch dargestellt.

Abbildung 4-37: Zusammenhang zwischen Packungsdichte und Volumenanteil Silicastaub Wie in Abbildung 4-37 zu sehen, besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Packungsdichte und dem Volumenanteil des Silicastaubs, also Partikel bis zur Größe von 1 μm. So ist die Packungsdichte umso höher, je höher der Anteil der Feinteile ist und vice versa. Bei 30 Minuten Trockenmischdauer erkennt man hier die deutlich geringste Packungsdichte von 72,34 %, einhergehend mit einem Volumenanteil von 3,83 % des Silicastaubs an der gesamten Mischung. Die höchste Packungsdichte wurde jedoch nicht bei 15 Minuten Trockenmischdauer erreicht, bei der der Volumenanteil von 10,46 % Silicastaub vorliegt. Stattdessen erreicht die Packungsdichte bei 480 Minuten Mischdauer ihr Maximum bei 78,68 %, wobei der Silicastaub 10,35 % des Gesamtvolumens ausmacht.


72

Betrachtet man alle Messwerte bis zur maximalen Trockenmischdauer von 480 min, wie in Abbildung 4-38 dargestellt, sieht man sowohl bei der Packungsdichte als auch bei dem Volumenanteil des Silicastaubs die gleiche Entwicklung. Beide weisen eine leichte Steigung auf, wobei nur wenige Werte, wie zum Beispiel bei 30 min, deutlich abweichen. Folglich kann man feststellen, dass mit länger werdender Trockenmischdauer eine Aufbrechung der Agglomerate innerhalb des Silicastaubs erfolgt

Abbildung 4-38: Entwicklung der Packungsdichte und Volumenanteil des Silicastaubs bei steigender

Trockenmischdauer Wenn man nun die Mischungen nach dem Trockenmischen noch mit den nötigen flüssigen Bestandteilen, wie in Kapitel 2.2 beschrieben, vermischt, ergibt sich ein anderes Bild. Der volumetrische Anteil der Partikel in der Größenordnung des Silicastaubs ist sogar rückläufig und fällt konstant leicht ab. Das ist in der untenstehenden Abbildung anhand der orangen und grauen Trendlinien deutlich zu sehen. Im Gegensatz dazu sieht man noch einmal den steigenden Verlauf der Trendlinie bei den Trockenmischungen. Der verwendete Mischertyp zum Nassmischen ist dabei nicht von Bedeutung, da alle Werte aus den Testreihen des Eirichmischers sowie des Hobart Mischers keine großen Differenzen und den gleichen gemittelten Verlauf aufweisen.


73

Abbildung 4-39: Entwicklung des Volumenanteils des Silicastaubs nach dem Nassmischen

Abbildung 4-40: Entwicklung der Packungsdichte nach dem Nassmischen Anhand der in Abbildung 4-40 ersichtlichen Entwicklung der Packungsdichten kann man sagen, dass das Nassmischen einen erheblichen Anstieg dieser zur Folge hat. Bei 90 Sekunden Trockenmischen lag diese noch bei 75,52 beziehungsweise 77,43 %, wohingegen sie nach dem Nassmischen auf über 87 % anstieg. Jedoch hat die bei steigender Trockenmischdauer noch steigende Packungsdichte nach dem Nassmischen keinen Einfluss mehr. So ist an der blauen und orangen Trendlinie eine konstant bleibende Packungsdichte zu sehen. Und auch hier ist schon wie zuvor bei der Entwicklung der Volumenanteile des Silicastaubs kein Unterschied zwischen den zwei Mischertypen zu erkennen.


74

4.6 Stabilisationszeit Wie in Kapitel 3.4 beschrieben wird zuletzt noch die Stabilisationszeit betrachtet. In Abbildung 4-41 sieht man, dass die Stabilisationszeit mit zunehmender Trockenmischdauer deutlich geringer wird. Bei Yazgi sieht man direkt eine sehr starke und stetige Abnahme, wohingegen bei Mayrhofer eine geringere Abnahme bzw. sogar eine zwischenzeitliche Zunahme der Stabilisationszeit zu beobachten ist. Die größte Differenz ist bei Mayrhofer in der 3. Reihe zu sehen. Hier verringert sich die Stabilisationszeit von anfangs 143,5 s auf 62 s, was einer Differenz von 81,5 s entspricht.

Abbildung 4-41: Entwicklung der Stabilisationszeiten Bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte sieht man in Abbildung 4-42 die vorher beschriebene Tendenz nochmals bestätigt. Die on rot dargestellte Trendlinie zeigt eine konstante Verringerung der Stabilisationszeit mit steigender Trockenmischdauer.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Stab

ilisa

tions

zeit

[s]

Trokenmischdauer [s]

Stabilisationszeiten

Yazgi Mayrhofer 1. Reihe Mayrhofer 2. Reihe Mayrhofer 3. Reihe

Auswertung eigener Versuche

75

Abbildung 4-42: Gesammelte Darstellung aller Messpunkte


In diesem Kapitel werden die gesammelten Daten aus den im Zuge dieser Arbeit durchgeführten Versuche zusammengefasst und ausgewertet. Dabei werden zuerst die Frischbetoneigenschaften und anschließend die rheologischen Messdaten sowie die Ergebnisse der Partikelgrößenverteilung und Packungsdichte betrachtet. Zuletzt werden noch die Stabilisationszeiten ausgewertet. Als Mischung wurde sich an die gleiche Rezeptur wie bei den vorhergehenden Arbeiten gehalten. Die Trockenmischdauern wurden mit 90 Sekunden, 3, 7, 15, 30 und 60 Minuten gewählt. Die Versuche wurden ebenso nach den Vorgehensweisen wie in Kapitel 3 beschrieben durchgeführt. 5.1 Bezeichnungen Im Zuge der Versuchsdurchführungen wurden mehrere Reihen erstellt und bearbeitet. Hier werden die Reihen A und D betrachtet, da diese durchgehend für alle Trockenmischdauern durchgeführt wurden. Die Merkmale der Messreihen werden in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

Stab

ilisa

tions

zeit

[s]



76

Tabelle 5-1: Bezeichnung Versuchsreihen

5.2 Frischbetoneigenschaften

5.2.1 Trichterauslaufzeit Direkt nach Abschluss des Nassmischens wurde der Beton in den Trichter gefüllt, um die Trichterauslaufzeit zu messen. Die gemessenen Werte werden in Tabelle 5-1 aufgelistet.

Tabelle 5-2: Messwerte zur Trichterauslaufzeit Sowohl in der Tabelle als auch in der nachfolgenden Abbildung 5-1 sieht man deutlich, dass bei der Reihe A die höchsten Trichterauslaufzeiten der jeweiligen Trockenmischdauer gemessen wurden. Unter anderem deswegen wurde für die Reihe D der Anteil an Fließmittel und Konsistenzhalter erhöht, sodass eine deutliche Verringerung der Trichterauslaufzeit zu sehen ist.


77

Abbildung 5-1: Graphische Darstellung der Trichterauslaufzeiten Allgemein kann man sagen, dass die Auslaufzeit bis auf die Reihe D, in Abbildung 5-1 in orange dargestellt, konstant bleibt bzw. abnimmt.

5.2.2 Ausbreitmaß Direkt im Anschluss an die Trichterauslaufzeit wurde das Ausbreitmaß gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass bei der Reihe A kaum Veränderungen bei steigender Trockenmischdauer auftreten. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle und Abbildung ersichtlich.

Tabelle 5-3: Messwerte zum Ausbreitmaß

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60

Trich

tera

usla

ufze

it [s

]

Trockenmischdauer [min]

Reihe A Reihe D Reihe D2


78

Abbildung 5-2: Graphische Darstellung der Ausbreitmaße Dabei ist ersichtlich, dass bei Reihe D eine Erhöhung des Ausbreitmaßes erzielt wurde. Eine Vergrößerung der Differenz zwischen geringster und größter Trockenmischdauer wurde jedoch nur bei Reihe D festgestellt. Dort liegt die Differenz bei 2 cm statt nur 1 cm bei der Reihe A, was einer Zunahme von 9 % entspricht.

5.3 Rheologie Wie auch bei den vorhergehenden Arbeiten wurden einige Messungen im Rheometer durchgeführt. Diese Rohdaten wurden als Exceltabellen exportiert und dann weiter ausgewertet. In diesem Fall wurden die Auswertungen jedoch auf das in Kapitel 3.1.1 erwähnten Scherratenprofil beschränkt. Somit wurden nur die Viskosität und die dynamische Fließgrenze ermittelt. Die Messwerte werden vorerst wieder in tabellarischer Form angeführt.

20,5

21

21,5

22

22,5

23

23,5

24

24,5

0 10 20 30 40 50 60

Ausb

reitm

aß [c

m]




79

Tabelle 5-4: Messwerte zur Viskosität und dynamischen Fließgrenze Zur Veranschaulichung werden auch diese Werte in einem Diagramm abgebildet.

Abbildung 5-3: Graphische Darstellung der Viskosität

60,0

70,0

80,0

90,0

100,0

110,0

120,0

130,0

140,0

150,0

160,0

0 10 20 30 40 50 60

Visk

ositä

t [Pa

*s]




80

Bei der Entwicklung der Viskosität sieht man eine deutliche Abnahme von 90 s zu 60 min Trockenmischdauer. Lediglich die Werte bis 15 min weisen keine einheitliche Entwicklung auf. Bei höheren Mischdauern als 15 min sinkt die Viskosität stetig, mit Ausnahme der Reihe D2, bei der der Wert von 15 auf 30 min noch konstant bleibt. Die Viskosität nimmt bei Reihe A somit um 29 % und bei Reihe D sogar um 30 % ab.

Abbildung 5-4: Graphische Darstellung der dynamischen Fließgrenze Bei Betrachtung der dynamischen Fließgrenze bietet sich ein ähnliches Bild wie zuvor bei der Viskosität. Den einheitlichsten Verlauf ist hier bei der Reihe D ersichtlich, wo sich eine annähernd konstante Abnahme der dynamischen Fließgrenze ergibt. Bei Reihe A ist ein Rückgang um 52 % zu beobachten, wobei bei Reihe D und D2 lediglich eine Abnahme um 37 bzw. 9 % ersichtlich ist. Zusätzlich werden die Mittelwerte der Daten der Reihe D und D2 inklusive der Fehlerindikatoren dargestellt. Die Bemessung der Grundlage ist dabei dir Standardabweichung, welche in Excel durch folgende Formel berechnet wird:

= Σ( − )( − 1) [5-1]

Dabei ist σ die Standardabweichung, x beschreibt die einzelnen Werte, ist der Mittelwert der betrachteten Messwerte und n ist die Anzahl der betrachteten Werte. Das Ergebnis daraus ist in der folgenden Abbildung zu sehen.

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0 10 20 30 40 50 60

dyn.

Flie

ßgre

nze

[Pa]




81

Abbildung 5-5: Mittelwerte der dyn. Fließgrenze mit Fehlerindikatoren

Abbildung 5-6: Mittwerte der Viskosität mit Fehlerindikatoren

0

5

10

15

20

25

30

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

dyn.

Flie

ßgre

nze

[Pa]


0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0

Visk

ositä

t [Pa

*s]



82

5.4 Stabilisationszeit Bei der Ermittlung der Stabilisationszeit kam dieselbe Methode wie bei Mayrhofer zum Einsatz. In die Leistungskurve, die in Excel abgebildet wurde, wird eine approximierte Hilfslinie mithilfe mehrerer Parameter eingezeichnet. Ein Beispiel der so ermittelten Kurve wird in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abbildung 5-7: Beispiel zur Ermittlung der Sabilisationszeit (hier Reihe D, 3min Trockenmischdauer) Die so ermittelten Stabilisationszeiten werden in der folgenden Tabelle und Abbildung aufgeführt.

-0,02

-0,015

-0,01

-0,005

0

0,005

0,01

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 50 100 150 200 250 300

Stei

gung

der

Tan

gent

e [1

]

Misc

hlei

stun

g [k

W]

Mischdauer [s]

Pkorr

y=P

ts Linie


83

Tabelle 5-5: Auswertung zur Stabilisationszeit

Abbildung 5-8: Graphische Darstellung der Entwicklung der Stabilisationszeit Deutlich zu sehen ist, dass bei der ersten Versuchsreihe (Reihe A) keine klare Entwicklung der Stabilisationszeit vorliegt. Ebenso stellt sich nur eine sehr geringe Verkürzung dieser zwischen 90 s und 60 min ein.

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50 60

Stab

ilisa

tions

zeit

[s]




84

Anders bei den Reihen D und D2. Bis auf einem deutlichen Knick bei einer Trockenmischdauer von 3 min bei Reihe D, ist eine stetige Abnahme der Stabilisationszeit mit zunehmender Mischdauer gegeben. Das bedeutet, dass eine ausreichende Homogenisierung während des Nassmischens schneller erreicht ist, je länger und besser der Prämix gemischt wurde. 5.5 Packungsdichte

Partikelgrößenverteilung Als Grundlage zur Packungsdichte wird wieder zuerst die Partikelgrößenverteilung betrachtet. Diese wurde im Mastersizer gemessen und anschließend über Durchschnittswerte der Messungen innerhalb einer Reihe zusammengefasst. Hierbei ist zu beachten, dass wie in Kapitel 4.5 einige Parameter im Vergleich zu den Versuchen der letzten Jahre geändert wurden. So wurde die Dichte des Silicastaubs in den Einstellungen auf 2,3 g/dm³ und der Partikel-Absorptionswert auf 0,005 geändert. Ebenso wurden die Grenzen der Laserabschattung in Bezug auf die Probennahme verringert. Die erhaltenen Diagramme aus der Software sind in Abbildung 5-9 bis Abbildung 5-11 zu sehen.


85

Abbildung 5-9: Partikelgrößenverteilung der Trockenmischung


86

Abbildung 5-10: Partikelgrößenverteilung der Nassmischung, Reihe A


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Abbildung 5-11: Partikelgrößenverteilung der Nassmischung, Reihe D/D2 In der folgenden Tabelle sind die Durchschnittswerte der Trockenmischung und der Reihen A, D und D2 dargestellt. Die Packungsdichte der Reihen D und D2 wurden dabei jedoch nochmal


88

zusammengefasst. Der Volumenanteil Mode 1 entspricht dabei dem Silicastaub, Mode 2 Zement und Quarzmehl und Mode 3 dem Quarzsand.

Tabelle 5-6: Zusammenstellung der Messwerte zur Partikelgrößenverteilung und Packungsdichte Hier ist zu beobachten, dass sich sowohl bei der Trocken- als auch bei der Nassmischung der Volumenanteil des Silicastaubs kaum ändert. Bei der Trockenmischung ändern sich lediglich die Volumenanteile in dem Größenbereich des Zements bzw. Quarzmehls um mehr als 1 %. So lässt sich vermuten, dass hier Agglomerate aufgebrochen werden, wohingegen der Silicastaub schon ab 90 s Trockenmischdauer gänzlich deagglomeriert ist.

Packungsdichte Die Entwicklung der Packungsdichte ist in Abbildung 5-12 ersichtlich.


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Abbildung 5-12: Graphische Darstellung der Entwicklung der Packungsdichte Hierbei ist festzustellen, dass die Packungsdichte der Trockenmischung und Reihe A sogar eine fallende Tendenz aufweist. Die Reihe D bleibt mit zunehmender Trockenmischdauer dagegen annähernd konstant.

70,00

72,00

74,00

76,00

78,00

80,00

82,00

84,00

86,00

0 10 20 30 40 50 60

Pack

ungs

dich

te [%

]


trocken nass_A nass_D nass_D2

Zusammenfassung und Ausblick

90


Das Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss der Trockenmischdauer auf die Deagglomeration des Silicastaubs zu untersuchen. Dabei wurden in den dieser Arbeit vorangegangenen Untersuchungen die Frischbeton- und Festbetoneigenschaften, rheologische Kenngrößen, die Stabilisationszeit sowie die Partikelgrößenverteilung und Packungsdichte ausgewertet. Diese wurden hier durch Messungen zur Trichterauslaufzeit, Ausbreitmaß, Viskosität, dynamische Fließgrenze, Stabilisationszeit und Partikelgrößenverteilung inklusive der Packungsdichte erweitert bzw. ergänzt. Die Ergebnisse der Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten der letzten Jahre waren eindeutig. Hier konnte durch aussagekräftige Ergebnisse bei den Versuchen bezüglich der Frischbetoneigenschaften eine Verbesserung dieser nachgewiesen werden. Anhand dieser Auswertungen kann zu dem Schluss gekommen werden, dass eine Deagglomeration eintritt. Die Auswertungen dieser Arbeit waren vorerst im Hinblick auf die erste Testreihe nicht im gleichen Maße auffällig. Erst nach Anpassung der Betonrezeptur (Erhöhung der Anteile von Fließmittel und Konsistenzhalter) konnten Werte erreicht werden, die diese Schlüsse weiter bekräftigen. Die Auswertungen der Trichterauslaufzeit und des Ausbreitmaßes waren dabei vorerst alleinstehend nicht aussagekräftig. Da es sich hier immer um manuelle Messungen, die im Rahmen der Messgenauigkeit auch nur geringe Unterschiede und Veränderungen gezeigt haben. Besonders deutlich waren dagegen die Ergebnisse der Untersuchungen im Viskomat. Hier wurde eine deutliche Abnahme der Viskosität und der dynamischen Fließgrenze festgestellt. Das ist in allen bisher durchgeführten Versuchen dieser Art zu beobachten. Die Stabilisationszeiten konnten ebenso wie die betrachteten rheologischen Kenngrößen eine positive Entwicklung der Eigenschaften des UHPC mit zunehmender Trockenmischdauer unterstreichen. So kann mit einer längeren Trockenmischdauer eine schnellere Homogenisierung der fertigen Mischung erreicht werden. Der größte Unterschied zwischen allen ausgewerteten Arbeiten und dieser Arbeit war bei den Versuchen betreffend der Partikelgrößenverteilung und der Packungsdichte zu sehen. Wurde bei den letzten Arbeiten noch eine deutliche Änderung dieser Größen mit steigender Trockenmischdauer zu sehen, gab es im Zuge dieser Arbeit kaum Veränderungen. Besonders der Anteil des Silicastaubs war durchgehend konstant, was auf eine komplette Deagglomeration schon nach 90 s trocken mischen schließen lässt. Hier ist jedoch hinzu zu fügen, dass nach einigen Versuchsreihen und Diskussionen dieser der Schluss gezogen wurde, dass der Mastersizer wohl nur bedingt für Auswertungen von gesamten Mischungen geeignet ist. So sind die Ergebnisse sehr stark von den vorgenommenen Einstellungen und Materialdefinitionen abhängig und schon kleine Veränderungen bedeuten deutlich andere Ergebnisse. Alles in allem kann man jedoch sagen, dass eine längere Mischdauer deutliche Verbesserungen in Hinsicht auf die Verarbeitbarkeit von UHPC bringt, was besonders die rheologischen Untersuchungen und gewonnenen Kennwerte gezeigt haben. Die Deagglomeration von


91

Silicastaub konnte im Zuge der neuesten Versuche anhand der Partikelgrößenverteilung nicht direkt nachgewiesen werden. Es wurde jedoch festgestellt, dass es bei der Betonrezeptur lediglich eine Variable bei allen bisher durchgeführten Versuchsreihen gibt. Im Gegensatz zu allen anderen Stoffen, die alle aus der gleichen Charge kamen, kam der Zement aus mehreren unterschiedlichen. Das lässt darauf schließen, dass der Zement einen wesentlichen Einfluss auf die Ergebnisse solcher Untersuchungen hat. Deswegen sollten in Zukunft auf alle einzelnen Komponenten mehr Augenmerk gelegt werden, um den jeweiligen Einfluss dieser zu verstehen und nachvollziehen zu können.


92

Literaturverzeichnis

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96

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2-1: Spektrum der Betondruckfestigkeit in Abhängigkeit vom W/Z-Wert [3] ................. 4 Abbildung 2-2: Zusammensetzung Normalbeton / ultrahochfester Beton .............................................. 5 Abbildung 2-3: Abhängigkeit der Würfeldruckfestigkeit vom W/Z-Wert und der Festigkeitsklasse des Zements [6] .................................................................................................................................................................. 6 Abbildung 2-4: Einfluss des W/Z-Wertes bei der Erhärtung von Beton [8] ............................................. 7 Abbildung 2-5: Anwendungsmöglichkeiten von Fließmitteln [11] .............................................................. 9 Abbildung 2-6: Regelsieblinien mit einem Größtkorn von 32 mm [5] ..................................................... 10 Abbildung 2-7: Mischprinzip eines Eirich Intensivmischers [17] .............................................................. 12 Abbildung 2-8: Hobart Mischer – Mortar Mixer der Firma MBW Inc. ....................................................... 12 Abbildung 2-9: Strukturphysikalische Betrachtung am Beispiel des Werkstoffs Beton [21] ......... 13 Abbildung 2-10: Zwei-Platten-Modell zur Definition rheologischer Größen [26] ............................... 14 Abbildung 2-11: Fließkurven nach Bingham und Newton [27] ................................................................... 15 Abbildung 2-12: Thixotropes und rheopexes Materialverhalten [29] ...................................................... 16 Abbildung 2-13: Einfluss der Korngrößenverteilung auf den Hohlraumgehalt [30] .......................... 17 Abbildung 2-14: Einfluss der Sieblinie auf die Packungsdichte [31] ......................................................... 18 Abbildung 3-1: Übersicht Viskomat NT der Firma Schleibinger [32] [33] .............................................. 19 Abbildung 3-2: Querschnitt durch die Messzelle [36] ..................................................................................... 20 Abbildung 3-3: gewähltes Scherratenprofil ......................................................................................................... 21 Abbildung 3-4: zweites Scherratenprofil .............................................................................................................. 22 Abbildung 3-5: Auswertung des zweiten Scherratenprofils ......................................................................... 23 Abbildung 3-6: Darstellung der linearisierten Fließkurven zur Ermittlung der rheologischen Größen bei Sarsteiner [35] .......................................................................................................................................... 24 Abbildung 3-7: Auslauftrichter nach ÖNORM EN 12350-9 ........................................................................... 25 Abbildung 3-8: Setztrichter zur Bestimmung des Ausbreitfließmaßes.................................................... 26 Abbildung 3-9: Messung des Ausbreitfließmaßes [40] ................................................................................... 26 Abbildung 3-10: Luftporentopf zur Ermittlung des Luftporengehalts [41] ........................................... 27 Abbildung 3-11: Leere Schalung zur Herstellung der Probekörper .......................................................... 29 Abbildung 3-12: Prüfmaschine Zwick Z250 zur Ermittlung der Biegezugfestigkeit........................... 30 Abbildung 3-13: Prüfmaschine der Firma Toni Technik zur Ermittlung der Druckfestigkeit ........ 31 Abbildung 3-14: Ermittlung der Stabilisationszeit [36] .................................................................................. 32 Abbildung 3-15:Verwendeter Mastersizer 3000 zur Bestimmung der Partikelgrößen ................... 33 Abbildung 3-16: Screenshot der zugehörigen Software zur Datenauswertung des Mastersizer 3000 ...................................................................................................................................................................................... 34 Abbildung 3-17: Auszug aus der Datensammlung aus den Arbeiten ........................................................ 36 Abbildung 4-1: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur dynamischen Fließgrenze ................... 40 Abbildung 4-2: Approximierte Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der dyn. Fließgrenze ........................................................................................................................................................................ 41 Abbildung 4-3: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Viskosität .................................................... 42 Abbildung 4-4: Approximierte Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Viskosität (geschätzt zwischen 0,1 und 2,5 s-1) .................................................................................................. 42 Abbildung 4-5: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Thixotropie ................................................ 43


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Abbildung 4-6: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Thixotropie .............. 44 Abbildung 4-7: Darstellung der einzelnen Datenreihen zum Ausbreitmaß ........................................... 45 Abbildung 4-8: Detaillierte Ansicht der Datenreihen bis 2500 s Trockenmischdauer ..................... 46 Abbildung 4-9: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte des Ausbreitmaßes ....... 46 Abbildung 4-10: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Trichterauslaufzeit .............................. 47 Abbildung 4-11: Detaillierte Ansicht der Datenreihen bis 2500 s Trockenmischdauer ................... 48 Abbildung 4-12: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Trichterauslaufzeit ................................................................................................................................................................................................ 49 Abbildung 4-13: Darstellung der einzelnen Datenreihen zum Luftporengehalt .................................. 50 Abbildung 4-14: Detaillierte Ansicht der Datenreihen bis 2500 s Trockenmischdauer ................... 50 Abbildung 4-15: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte des Luftporengehalts 51 Abbildung 4-16:Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Frischbetonrohdichte ......................... 52 Abbildung 4-17: Detaillierte Ansicht der Datenreihen bis 2500 s Trockenmischdauer ................... 52 Abbildung 4-18: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Frischbetonrohdichte ................................................................................................................................................................................................ 53 Abbildung 4-19: Temperaturentwicklung bei Steigerung der Trockenmischdauer .......................... 54 Abbildung 4-20: Entwicklung der Frischbetonrohdichte über die Temperatur der fertigen Trockenmischung ........................................................................................................................................................... 54 Abbildung 4-21: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Festbetonrohdichte ............................ 55 Abbildung 4-22: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Festbetonrohdichte ................................................................................................................................................................................................ 56 Abbildung 4-23: Trendlinie bei Betrachtung der Festbetonrohdichte über die Temperatur der fertigen Trockenmischung .......................................................................................................................................... 56 Abbildung 4-24:Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Druckfestigkeit nach 24 h ................. 57 Abbildung 4-25: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Druckfestigkeit nach 24 h ....................................................................................................................................................................................... 58 Abbildung 4-26: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Druckfestigkeit nach 7 d ................... 59 Abbildung 4-27: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Druckfestigkeit nach 7d ........................................................................................................................................................................................... 60 Abbildung 4-28: Darstellung der einzelnen Datenreihen zur Druckfestigkeit nach 28 d ................ 60 Abbildung 4-29: Trendlinie bei Betrachtung aller einzelnen Messpunkte der Druckfestigkeit nach 28 d ....................................................................................................................................................................................... 61 Abbildung 4-30: Prozentuelle Anteile der trockenen Komponenten der Mischungen ..................... 62 Abbildung 4-31: Korngrößenverteilung der ersten Versuchsreihe ........................................................... 63 Abbildung 4-32: Korngrößenverteilung der zweiten Versuchsreihe ....................................................... 64 Abbildung 4-33: Korngrößenverteilung der dritten Versuchsreihe ......................................................... 65 Abbildung 4-34: Partikelgrößenverteilung nach Nassmischen im Intensivmischer .......................... 67 Abbildung 4-35: Partikelgrößenverteilung nach Nassmischen im Hobart Mischer ........................... 68 Abbildung 4-36: Zusammenstellung aller Partikelgrößenverteilungen .................................................. 69 Abbildung 4-37: Zusammenhang zwischen Packungsdichte und Volumenanteil Silicastaub ........ 71 Abbildung 4-38: Entwicklung der Packungsdichte und Volumenanteil des Silicastaubs bei steigender Trockenmischdauer ................................................................................................................................ 72 Abbildung 4-39: Entwicklung des Volumenanteils des Silicastaubs nach dem Nassmischen ........ 73


98

Abbildung 4-40: Entwicklung der Packungsdichte nach dem Nassmischen .......................................... 73 Abbildung 4-41: Entwicklung der Stabilisationszeiten ................................................................................... 74 Abbildung 4-42: Gesammelte Darstellung aller Messpunkte ....................................................................... 75 Abbildung 5-1: Graphische Darstellung der Trichterauslaufzeiten ........................................................... 77 Abbildung 5-2: Graphische Darstellung der Ausbreitmaße .......................................................................... 78 Abbildung 5-3: Graphische Darstellung der Viskosität ................................................................................... 79 Abbildung 5-4: Graphische Darstellung der dynamischen Fließgrenze ................................................... 80 Abbildung 5-5: Mittelwerte der dyn. Fließgrenze mit Fehlerindikatoren ............................................... 81 Abbildung 5-6: Mittwerte der Viskosität mit Fehlerindikatoren ................................................................ 81 Abbildung 5-7: Beispiel zur Ermittlung der Sabilisationszeit (hier Reihe D, 3min Trockenmischdauer) ..................................................................................................................................................... 82 Abbildung 5-8: Graphische Darstellung der Entwicklung der Stabilisationszeit ................................. 83 Abbildung 5-9: Partikelgrößenverteilung der Trockenmischung .............................................................. 85 Abbildung 5-10: Partikelgrößenverteilung der Nassmischung, Reihe A ................................................. 86 Abbildung 5-11: Partikelgrößenverteilung der Nassmischung, Reihe D/D2 ......................................... 87 Abbildung 5-12: Graphische Darstellung der Entwicklung der Packungsdichte.................................. 89


99

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2-1: Betondruckfestigkeiten nach ÖNORM B 4710-1 ......................................................................... 3 Tabelle 2-2: Mischungszusammensetzung UHPC ohne Entlüfter.................................................................. 5 Tabelle 2-3: Mischungszusammensetzung UHPC mit Entlüfter ..................................................................... 5 Tabelle 2-4: Eigenschaften von CEM I 52,5 N-SR 0 WT 38 C3A-frei [9] ...................................................... 8 Tabelle 2-5: Korngrößenverteilung Quarzsand H32 [12] .............................................................................. 10 Tabelle 2-6: Verwendete Mischertypen zum Trockenmischen der UHPC Mischungen .................... 11 Tabelle 3-1: Auswertung Scherratenprofil bei Sarsteiner [35] ................................................................... 22 Tabelle 3-2: Lagerungsbedingungen und -dauern der ausgewerteten Arbeiten ................................. 29 Tabelle 4-1: Darstellung der wichtigsten Kennwerte der Arbeiten........................................................... 38 Tabelle 4-2: Beschreibung der Versuchsreihenbezeichnungen .................................................................. 39 Tabelle 4-3: Zusammenstellung der Korngrößenverteilung und Packungsdichte ............................. 70 Tabelle 5-1: Bezeichnung Versuchsreihen ........................................................................................................... 76 Tabelle 5-2: Messwerte zur Trichterauslaufzeit ................................................................................................ 76 Tabelle 5-3: Messwerte zum Ausbreitmaß .......................................................................................................... 77 Tabelle 5-4: Messwerte zur Viskosität und dynamischen Fließgrenze .................................................... 79 Tabelle 5-5: Auswertung zur Stabilisationszeit ................................................................................................. 83 Tabelle 5-6: Zusammenstellung der Messwerte zur Partikelgrößenverteilung und Packungsdichte ................................................................................................................................................................................................ 88


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Anhang

1. Tabellarische Zusammenstellung der ermittelten dyn. Fließgrenze Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

dyn. Fließgrenze

[s] [Pa] DA / Mayrhofer / 2018 1. Mischung 90 29,6 180 29,2 420 29,9 900 34,6 1800 23,5 3600 19,6 7200 28,8 14400 14 28800 9,6 2. Mischung 90 39,8 180 32,6 420 33,5 900 32,4 1800 23,1 3600 13,4 7200 15,5 14400 12 28800 10,2 3. Mischung 90 32,4 180 31,7 420 26,6 900 25,9 1800 24,3 3600 27,2 7200 22,5 14400 11,1 28800 9,1 DA / Sarsteiner / 2018 1. Mischung 90 34,31

180 32,03 420 29,83 900 28,67 1800 19,75 3600 13,6 7200 13,36 14400 13,47 28800 17,89 2. Mischung 90 25,48

180 32,2 420 25,41 900 29,01


101

1800 22,25 3600 16,04 7200 13,7 14400 10,72 28800 9,64 3. Mischung 90 27,95

180 26,12 420 27,45 900 26,72 1800 18,79 3600 24,75 7200 14,2 14400 10,13 28800 8,89 DA / Santi / 2018 1. Messung 90 19,55 180 19,1 420 17,92 900 16,67 1800 14,58 3600 14,64 7200 14,01 14400 5,16 28800 4,95 2. Messung 90 15,61 180 14,87 420 14,6 900 20,24 1800 12,08 3600 11,38 7200 13,47 14400 5 28800 4,24


102

2. Tabellarische Zusammenstellung der ermittelten Viskosität Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

Viskosität

[s] [Pa*s] DA / Mayrhofer / 2018 1. Mischung 90 85,3 180 114,2 420 96,4 900 100,4 1800 74,5 3600 60,9 7200 75,8 14400 43,2 28800 28,3 2. Mischung 90 90,3 180 84,2 420 86,9 900 88,6 1800 67,1 3600 58,3 7200 45,9 14400 38,2 28800 32,6 3. Mischung 90 94,1 180 89,4 420 74,7 900 77,1 1800 72,3 3600 68,3 7200 64,7 14400 39,4 28800 31,6 DA / Sarsteiner / 2018 1. Mischung 90 93,7

180 90,27 420 87,68 900 89,69 1800 65,72 3600 51,83 7200 44,63 14400 42,63 28800 43,47 2. Mischung 90 75,18

180 88,66 420 71,12 900 80,85 1800 68,16 3600 56,78 7200 45,81 14400 35,62 28800 29,72


103

3. Mischung 90 81,11

180 74,86 420 81,18 900 80,28 1800 58,74 3600 74,1 7200 49,01 14400 36,33 28800 28,72 DA / Santi / 2018 1. Mischung 90 88,66 180 87,47 420 88,13 900 77,93 1800 70,36 3600 70,07 7200 65,49 14400 31,61 28800 29,11 2. Mischung 90 49,3 180 52,05 420 47,56 900 67,99 1800 42,79 3600 43,92 7200 40,05 14400 19,95 28800 16,57


104

3. Tabellarische Zusammenstellung der ermittelten Thixotropie Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

Thixotropie

[s] [-] DA / Mayrhofer / 2018 1. Mischung 90 0,202 180 0,123 420 0,24 900 0,3 1800 0,164 3600 0,145 7200 0,257 14400 0,097 28800 0,056 2. Mischung 90 0,295 180 0,254 420 0,28 900 0,281 1800 0,192 3600 0,112 7200 0,126 14400 0,09 28800 0,077 3. Mischung 90 0,232 180 0,27 420 0,208 900 0,203 1800 0,194 3600 0,211 7200 0,181 14400 0,08 28800 0,057 DA / Sarsteiner / 2018 1. Mischung 90 0,172

180 0,154 420 0,156 900 0,165 1800 0,094 3600 0,051 7200 0,06 14400 0,058 28800 0,082 2. Mischung 90 0,125

180 0,169 420 0,113 900 0,16 1800 0,115 3600 0,073 7200 0,064 14400 0,048 28800 0,032


105

3. Mischung 90 0,132

180 0,114 420 0,124 900 0,123 1800 0,081 3600 0,127 7200 0,063 14400 0,041 28800 0,025


106

4. Tabellarische Zusammenstellung der ermittelten Ausbreitmaße Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

Ausbreitmaß

[s] [cm] BA / Sacherl / 2014 1. Mischung 0 22,5 90 24 300 24,5 600 25,5 1200 29,5 2. Mischung 0 22,5 90 22,5 300 22,5 600 24 1200 26,5 DA / Budjevac / 2015 1. Mischung 0 18 90 19,5 300 21,5 600 22,5 1200 22 90 20,5 300 23 600 23,5 1200 25,5 2. Mischung 90 20,5 300 20,5 600 21,5 1200 22,5 90 20 300 21 600 22 1200 25 DA / Yazgi / 2016 1. Mischung 90 27 1200 29,5 2400 28,5 DA / Mayrhofer / 2018 1. Mischung 90 20 180 20,5 420 21 900 21 1800 22,5 3600 24,5 7200 22,5 14400 25,5 28800 27,5 2. Mischung 90 20,5 180 21,5 420 22 900 22 1800 23 3600 25


107

7200 24,5 14400 25,5 28800 27 3. Mischung 90 21,5 180 21,5 420 22 900 22,5 1800 23 3600 23 7200 23,5 14400 26 28800 28 DA / Santi / 2018 1. Mischung 90 22,5 180 22 420 21,5 900 22,5 1800 23 3600 23,5 7200 24 14400 27,5 28800 28


108

5. Tabellarische Zusammenstellung der ermittelten Trichterauslaufzeiten Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

Trichterauslaufzeit

[s] [s] BA / Sacherl / 2014 1. Mischung 0 64 90 48 300 33 600 26 1200 10 2. Mischung 0 56 90 56 300 50 600 31 1200 25 DA / Budjevac / 2015 1. Mischung 0 146 90 150 300 52 600 34 1200 38 2. Mischung 0 90 56 300 36 600 31 1200 14 3. Mischung 0

90 67 300 91 600 51 1200 43 4. Mischung 0 90 79 300 49 600 50 1200 22 DA / Yazgi / 2016 1. Mischung 90 21 1200 10,5 2400 12 DA / Mayrhofer / 2018 1. Mischung 90 50 180 69 420 50 900 52 1800 34 3600 29 7200 36 14400 15 28800 13 2. Mischung 90 51 180 52 420 58


109

900 50 1800 33 3600 25 7200 21 14400 18 28800 14 3. Mischung 90 44 180 44 420 40 900 38 1800 36 3600 44 7200 29 14400 17 28800 12 DA / Santi / 2018 1. Mischung 90 49 180 42 420 38 900 31 1800 35 3600 26 7200 24 14400 14 28800 15


110

6. Tabellarische Zusammenstellung des ermittelten Lufporengehalts Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

Luftporengehalt

[s] [%] BA / Sacherl / 2014 1. Mischung 0 4,8 90 4,3 300 3,9 600 3,7 1200 2,3 2. Mischung 0 4,3 90 4,4 300 4,3 600 3,1 1200 3,1 DA / Budjevac / 2015 1. Mischung 0 5,1 90 4,6 300 4,5 600 3,7 1200 4,7 2. Mischung 0 90 4,6 300 4,1 600 3,6 1200 3,3 3. Mischung 0

90 5,1 300 4,6 600 4,5 1200 4,3 4. Mischung 0 90 4,8 300 4,5 600 4,4 1200 3,4 DA / Yazgi / 2016 1. Mischung 90 2 1200 0,6 2400 0,4 DA / Mayrhofer / 2018 1. Mischung 90 4,6 180 4,3 420 4,4 900 4,4 1800 4 3600 3,6 7200 4,3 14400 3,1 28800 2,8 2. Mischung 90 4,3 180 3,6 420 4


111

900 4,1 1800 3,9 3600 3,6 7200 3,3 14400 3,2 28800 3 3. Mischung 90 3,7 180 4,4 420 4,2 900 4 1800 4,3 3600 4 7200 3,5 14400 3,2 28800 3 DA / Santi / 2018 1. Mischung 90 4,7 180 4,6 420 4,2 900 3,7 1800 4,1 3600 4 7200 3,5 14400 3,2 28800 3,4


112

7. Tabellarische Zusammenstellung der ermittelten Frischbetonrohdichte Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

Frischbeton-rohdichte [s] [g/dm³]

BA / Sacherl / 2014 1. Mischung 0 2290 90 2305 300 2310 600 2314 1200 2353 2. Mischung 0 2296 90 2292 300 2303 600 2334 1200 2320 DA / Budjevac / 2015 1. Mischung 0 2302 90 2303 300 2305 600 2315 1200 2280 2. Mischung 0 90 2285 300 2301 600 2319 1200 2333 3. Mischung 0 90 2290 300 2293 600 2305 1200 2305 4. Mischung 0 90 2274 300 2289 600 2290 1200 2343 DA / Yazgi / 2016 1. Mischung 90 2345 1200 2392 2400 2406 DA / Mayrhofer / 2018 1. Mischung 90 2290 180 2290 420 2295 900 2298 1800 2309 3600 2311 7200 2316 14400 2312 28800 2332 2. Mischung 90 2306 180 2309 420 2302


113

900 2304 1800 2309 3600 2303 7200 2312 14400 2326 28800 2328 3. Mischung 90 2307 180 2307 420 2300 900 2307 1800 2295 3600 2301 7200 2318 14400 2322 28800 2323 DA / Santi / 2018 1. Mischung 90 2267 180 2298 420 2296 900 2298 1800 2296 3600 2303 7200 2301 14400 2320 28800 2309


114

8. Tabellarische Zusammenstellung der ermittelten Festbetonrohdichte Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

Festbetonroh-dichte

[s] [g/dm³] DA / Budjevac / 2015 1. Mischung 0 2228 90 2245 300 2248 600 2241 1200 2305 2. Mischung 0 90 2227 300 2256 600 2262 1200 2273 3. Mischung 0 90 2242 300 2242 600 2250 1200 2260 4. Mischung 0 90 2243 300 2241 600 2232 1200 2253 DA / Yazgi / 2016 1. Mischung 90 2300 1200 2331 2400 2358 DA / Sacherl / 2018 1. Mischung 90 2291

180 2282 420 2298 900 2287 1800 2291 3600 2269 7200 2263 14400 2280 28800 2290 2. Mischung 90 2284

180 2280 420 2258 900 2285 1800 2274 3600 2288 7200 2260 14400 2240 28800 2273 3. Mischung 90 2283

180 2281 420 2258 900 2274


115

1800 2277 3600 2260 7200 2258 14400 2274 28800 2280 DA / Sarsteiner / 2018 1. Mischung 90 2304

180 2282 420 2288 900 2267 1800 2278 3600 2266 7200 2258 14400 2259 28800 2263 2. Mischung 90 2253

180 2263 420 2251 900 2254 1800 2260 3600 2254 7200 2250 14400 2259 28800 2259 3. Mischung 90 2255

180 2253 420 2251 900 2245 1800 2257 3600 2260 7200 2254 14400 2269 28800 2257 DA / Santi / 2018 1. Mischung 90 2317 180 2301 420 2301 900 2296 1800 2290 3600 2290 7200 2302 14400 2311 28800 2302


116

9. Tabellarische Zusammenstellung der ermittelten Druckfestigkeiten Arbeit / Bearbeiter / Jahr

Trockenmisch-dauer

Mittelwerte Druckfestigkeit

[s] [N/mm²] 24 h 7 d 28 d DA / Budjevac / 2015

1. Mischung 0 52,8 97,9 132,4 90 61,7 103,0 127,2 300 61,4 94,8 122,2 600 62,1 106,2 143,2 1200 50,7 114,9 147,8 2. Mischung 0 90 56,6 97,2 138,6 300 59,9 101,7 134,6 600 65,3 101,4 141,3 1200 65,8 115,8 144,5 3. Mischung 0 90 64,3 100,6 139,2 300 61,7 94,1 143,1 600 63,8 104,0 146,6 1200 54,6 102,9 137,5 4. Mischung 0 90 58,8 98,3 132,8 300 53,6 95,5 134,1 600 50,8 96,9 140,9 1200 48,1 107,8 149,1 DA / Yazgi / 2016

1. Mischung 90 62,6 134,7 163,6 1200 58,2 139,9 173,4 2400 58,5 148,0 180,0 DA / Sacherl / 2018

1. Mischung 90 61,2 117,7 157,7 180 60,3 111,7 149,6 420 65,3 116,6 149,1 900 66,5 122,0 150,1 1800 58,2 115,7 145,6 3600 55,1 107,7 147,5 7200 62,6 120,2 165,7 14400 47,0 117,8 167,1 28800 44,3 106,0 155,4 2. Mischung 90 58,2 115,9 152,3 180 55,5 115,3 154,9 420 54,9 113,3 147,6 900 57,8 113,1 155,4 1800 53,4 113,3 145,2 3600 55,6 107,6 141,5 7200 60,6 115,7 146,8 14400 56,6 115,1 147,0 28800 47,1 109,3 146,6


117

3. Mischung 90 62,9 121,8 145,5 180 63,0 124,0 145,5 420 61,6 120,7 146,1 900 62,2 119,0 149,4 1800 62,0 118,4 147,0 3600 67,5 123,1 148,6 7200 70,4 121,5 159,5 14400 59,8 119,6 150,8 28800 52,3 113,7 151,4 DA / Santi / 2018

1. Mischung 90 65,8 124,1 157,0 180 70,6 130,8 156,6 420 65,6 125,5 145,4 900 69,6 122,0 152,0 1800 64,7 124,2 153,9 3600 61,3 121,3 145,3 7200 69,3 136,4 152,6 14400 47,1 121,1 140,5 28800 44,0 127,4 148,7


118

Eidesstattliche Erklärung

Hiermit erkläre ich, dass ich die hier vorliegende Diplomarbeit selbständig und ohne fremde Hilfe verfasst, andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt sowie der Literatur wörtlich und inhaltlich entnommene Stellen als solche gekennzeichnet habe. Die Arbeit wurde bisher in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen Prüfungskommission vorgelegt und auch nicht veröffentlicht. Wien, am 09.03.2020 ________________________________ Henrik Bohl

Influence of dry mixing time on deagglomeration of silica ...

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