Hochofenzement CEM III/A 52,5 N-HS

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1 Hochofenzement CEM III/A 52,5 N-HS Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten SCHWENK Mischmeisterschulung 2015 Wolfgang Hemrich SCHWENK Zement KG

2 Entwicklung des Zementes Projekt Stuttgart 21 Quelle: DB ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 2

3 Entwicklung des Zementes Projekt Stuttgart 21 Stuttgart 21 NBS Wendlingen- Ulm Gesamt Gesamtstreckenlänge 57 km 60 km 117 km davon Tunnel 33 km 31 km 64 km davon Schnellfahrstrecke 30 km 60km 90 km (250 km/h) Oberbauart (Standard) Feste Fahrbahn Feste Fahrbahn Anzahl Tunnel (>500 m) Anzahl Brücken Quelle: DB ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 3

4 Entwicklung des Zementes Projekt Stuttgart 21 bis zu 136 mg/l kalklösendes CO 2 im Grundwasser teilweise über 3000 mg/l SO 4 im Grundwasser teilweise unausgelaugter Gipskeuper, anhydritführend quellfähig ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 4

5 Entwicklung des Zementes Projekt Stuttgart 21 Sulfatgehalte der Grundwasseranalyse Zuführung Ober-/ und Untertürkheim teilweise über 3000 mg/l SO 4 starker Sulfatangriff (XA3) Gefahr der Thaumasitbildung aufgrund der niedrigen Umgebungsbedingungen (Temperaturen 15 C) Gehalte an kalklösender Kohlensäure im Grundwasser im Bereich der Zuführung Bad Cannstatt und Feuerbach von bis zu 136 mg/l CO 2 starker chemischer Angriff (XA3) Das eingesetzte Bindemittel muss den chemischen Angriffen widerstehen, spritzfähig sein und eine ausreichende Frühfestigkeit haben Ausschalfristen Tunnelinnenschale, Spritzbeton ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 5

6 Entwicklung des Zementes Projekt Stuttgart 21: Betontechnologische Empfehlungen, Prof. Schiessl Einsatz eines SR (HS) Zementes Erzeugung einer dichten Zementsteinmatrix Einsatz von latent hydraulischer Zumahlstoffe im Zement (Hüttensand) Einsatz von puzzolanen Zusatzstoffen im Beton (Flugasche) Niedriger w/z Wert (0,40 bzw. 0,45) Vermeidung einer Thaumasitbildung Kein Bindemittel mit Kalksteinzumahlung (kein PKZ) Keine carbonathaltigen Gesteinskörnungen (Kalkstein) Gegenmaßnahmen zur Entfestigung der oberflächennahen Betonschicht durch kalklösender Kohlensäure Aufbringen einer Opferschicht (ca. 20 mm) ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 6

7 Zulassung des Zementes Schwenk Lösung: Bauaufsichtliche Zulassung CEM III/A 52,5 N-HS, Werk Karlstadt Prüfplan zum Nachweis des Sulfatwiderstandes des Deutschen Instituts für Bautechnik Zulassungsprüfung durchgeführt von der MFPA Weimar Vergleichszemente CEM I 42,5 R-SR3 und CEM III/B 42,5 N-LH/SR/NA CEM III/A 52,5 N-HS: 50 M% Portlandzementklinker, 50 M% Hüttensand Nachweis mit dem SVA Verfahren ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 7

8 Zulassung des Zementes Schwenk Lösung: Bauaufsichtliche Zulassung CEM III/A 52,5 N-HS, Werk Karlstadt SVA Verfahren: Messung der sulfatbedingten Dehnungen SVA Probekörper Flachprismen 10 x 40 x 160 mm Sulfatlösung (NaSO 4 ) mg SO 4 /l Wechsel der Lösung Vergleichslagerung Vorlagerung alle 14 d Ca(OH) 2 Lösung bis 14 d in Ca(OH) 2 -Lösung w/z Wert des Mörtels 0,50 Prüftemperatur Prüfdauer Prüfkriterium 20 C/5 C 91 d Dehnungsdifferenz max. 0,5 mm/m ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 8

9 Zulassung des Zementes Bauaufsichtliche Zulassung CEM III/A 52,5 N-HS, Karlstadt Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung des Deutschen Institut für Bautechnik als HS-Zement Aufgrund der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung nach DIN , weiterhin HS (nicht SR)! ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 9

10 Zulassung des Zementes Zementkenngrößen CEM III/A 52,5 N-HS, Karlstadt CEM III/A 52,5 N-HS Hüttensandgehalt mind. 50 M.-% Spezifische Oberfläche 5100 cm²/g Wasseranspruch 32,2 % Druckfestigkeit 18 Stunden 5,9 N/mm² Druckfestigkeit 24 Stunden 10,0 N/mm² Druckfestigkeit 2 Tage 23,1 N/mm² Druckfestigkeit 28 Tage 61,6 N/mm² Druckfestigkeit 56 Tage 70,2 N/mm² CEM I 42,5 N (Karlstadt) 5,2 N/mm² 10,2 N/mm² 22,3 N/mm² Besondere Eigenschaft HS (hoher Sulfatwiderstand) ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 10

11 Anwendung im Tunnelbau SCHWENK (Zusatz) Untersuchungen für Stuttgart 21 bezüglich Sulfat- Säureangriff Durchgeführt vom Centrum Baustoffe und Materialprüfung, TU München Prof. Heinz Versuchsaufbau Stuttgarter Verhältnisse mit CO 2 Zusammensetzung wie Brunnenanalyse Stuttgarter Raum (pessimale Zusammensetzung) Quelle: cbm Ein ph-wert von 6,0 entspricht einer für den Beton schädigenden Kohlensäurekonzentration von ca. 150 mg/l Sulfatkonzentration 3500 mg/l ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 11

12 Anwendung im Tunnelbau SCHWENK (Zusatz) Untersuchungen für Stuttgart 21 bezüglich Sulfat- Säureangriff Kombinierter Säure-Sulfat Angriff 2,40 Dehnung [mm/m] 2,00 1,60 1,20 0,80 0,40 0, Lagerungsdauer [d] CEM I 52,5 N-SR3 CEM III/A 52,5 N-HS CEM III/A 52,5 N-HS + FA Prüfung in Anlehnung an das SVA Verfahren - Temperatur 8 C - bis 720 Tage (2 Jahre) - w/b-wert Mörtel = 0,4 Bestimmung der Dehnung Quelle: cbm Lösungszusammensetzung: S21 mit CO 2 ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 12

13 Anwendung im Tunnelbau SCHWENK (Zusatz) Untersuchungen für Stuttgart 21 bezüglich Sulfat- Säureangriff Optische Beurteilung der Oberfläche und des Gefüges (S21 mit CO 2 ) CEM I 52,5 N-SR3 CEM III/A 52,5 N-HS CEM III/A 52,5 N-HS + FA Quelle: cbm Lagerungsdauer 1 ½ Jahren ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 13

14 Anwendung im Tunnelbau Spritzbeton Vorversuche im Steinbruch Mergelstetten, Juli 2012 ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 14

15 Anwendung im Tunnelbau Spritzbeton Vorgaben der Festigkeitsentwicklung: J1: Spritzbetonauftrag in dünnen Lagen, trockener Untergrund, keine besonderen statischen Anforderungen J2: Spritzbetonauftrag in dicken Schichten möglichst schnell, leichtem Wasserandrang, Beanspruchung durch nachdrängende Lasten J3: stark brüchigem Gebirge und starkem Wasserandrang Abb.: Frühfestigkeitsklassen entsprechend der Richtlinie Spritzbeton des ÖBV ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 15

16 Anwendung im Tunnelbau Wagenburgtunnel ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 16

17 Anwendung im Tunnelbau Spritzbeton Wagenburgtunnel Zement 380 kg/m³ CEM III/ A 52,5 N-HS Festigkeit: J2 Zusatzstoff 40 kg/m³ Flugasche Beschleuniger Giulini Gecedral F100A (6,5%) w/z eq -Wert 0, Druckfestigkeit f c in N/mm ,5 0,2 J 3 J 2 J ,5 0,2 0,1 0,1 3min 6min 10min 15min 30min 1h 2h 3h 6h 9h 12h 24h Spritzbetonalter [Minuten/Stunden] ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 17

18 Anwendung im Tunnelbau Wagenburgtunnel ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 18

19 Anwendung im Tunnelbau Innenschale Wagenburgtunnel Zement 300 kg/m³ CEM III/ A 52,5 N-HS Zusatzstoff 80 kg/m³ Flugasche w/z eq -Wert 0,45 Festigkeit [N/mm²] * Festigkeitsklasse C35/45 Expositionsklasse XA3 wegen Sulfat Konsistenz 620 mm GK 16 mm h 1d 2d 28d * Frischbetontemperatur 20 C Ziel: 3 N/mm 2 nach 12 h ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 19

20 Anwendung im Tunnelbau Wagenburgtunnel ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 20

21 Anwendung im Tunnelbau Wagenburgtunnel Logistischer Vorteil: Ein Zement für Spritzbeton und Innenschale ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 21

22 Betonwaren Ausblühungen und Braunverfärbungen bei Betonwaren Calciumcarbonatausblühungen (Ca CO 3 ) Braunverfärbungen durch lösliches Eisen aus den Gesteinskörnungen (FeO) ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 22

23 Betonwaren Reduzierung der Ausblühneigung bei Betonwaren Ca (OH) 2 - Gehalt im Zementstein [M.-%] 25 Calciumhydroxid und Hüttensand Quelle: Prof. Dr. Ludwig Hüttensandgehalt des Zements [M.-%] ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 23

24 Betonwaren Reduzierung der Ausblühneigung bei Betonwaren CEM III/A 52,5 N CEM I 42,5 R - Identische Betonrezeptur - Identische Lagerungsbedingungen: Im abgedecktem Stapel 14 d, Zugluft, durchschnittliche Temperatur + 5 C, durchschnittliche Feuchte 73 % ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 24

25 Betonwaren Reduzierung der Braunverfärbungen bei Betonwaren Porendurchmesser und Porenvolumen Quelle: Prof. Dr. Ludwig ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 25

26 Betonwaren Intensive Farben bei Betonwaren L-a-b Farbraum (DIN EN ) Schwarz: L = 0 Weiß: L = 100 Zementleim Helligkeit L CEM I 42,5 N 60,1 CEM I 42,5 R 60,5 CEM I 52,5 R 61,2 CEM II/ A-S 42,5 R 61,8 CEM II/ A-S 52,5 R 63,0 CEM II/ B-M (S-LL) 32,5 R 63,1 CEM III/ A 32,5 N-LH 66,4 CEM III/A 52,5 N-HS 67,1 CEM III/B 42,5 N-LH/SR 72,6 ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 26

27 Hochfester Beton Rezeptur Stütze C80/95 Zement 310 kg/m³ CEM/II B-M (S-D) 52,5 N 140 kg/m³ CEM III/A 52,5 N-HS Zusatzstoff 50 kg/m³ Flugasche w/z eq -Wert 0,31 Festigkeit [N/mm²] * Größtkorn 16 mm Fließmittel 1,8% v-z. SKY 683 Konsistenz 610 mm ,2 135,3 106,0 89,7 61,5 2d 7d 14d 28d 56d * Frischbetontemperatur 20 C ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 27

28 Zusammenfassung CEM III/A 52,5 N-HS Zement, Karlstadt Der Zement erfüllt alle technischen Anforderungen beim Projekt Stuttgart 21(chemischer Widerstand). Er kann sowohl für Spritzbeton wie auch für Innenschalenbeton oder Tübbinge eingesetzt werden. Der Zement reduziert bei Betonwaren die Ausblühneigung und die Gefahr von Braunverfärbungen. Der Zement eignet sich zur Herstellung von hochfesten Beton. ATZ, Dipl. Ing. Wolfgang Hemrich Seite 28

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