Einsatz des Viskomat NT zur Beurteilung. der Gleichmäßigkeit von Bindemitteln

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1 der Gleichmäßigkeit von Bindemitteln Dipl.-Ing. Björn Siebert Ruhr-UniversitätBochum Lehrstuhl fürbaustofftechnik Regensburg,

2 Veränderungen in der Betonherstellung Regensburg,

3 Anzeichen für höhere Sensibilität heutiger Betone In letzter Zeit im Betonbau häufiger auftretende Unregelmäßigkeiten: Kein ausreichendes Luftporensystem Frostwiderstand gefährdet Extreme Verzögerung des Erstarrens Geplanter Bauablauf gefährdet Lunkerbildung in Betonoberfl. Zielsichere Herstellung von Sichtbeton gefährdet Regensburg,

4 Beispiel: Selbstverdichtender Beton (SVB) Hohe Sensibilität gegenüber Schwankungen der Ausgangsstoffe und der Betonrezeptur Erhöhte Bindemittelabhängigkeit der neuen Fließmittelgeneration auf Basis Polycarboxylatether (PCE) CEM I 42,5 R, Werk A CEM I 42,5 R, Werk B Wasseranspruch = 3 % Wasseranspruch = 29,5 % Erstarrungsbeginn = 15 min Erstarrungsbeginn = 16 min Ausbreitmaß nach 6 Minuten Zement zwar normkonform, aber keine Überwachung der Zement-FließmittelInteraktion im Zementwerk Mindestanforderungen nach DIN EN 197 häufig nicht ausreichend Regensburg,

5 Sekundärbrennstoffe in der Zementindustrie Entwicklung des Sekundärbrennstoffanteils in D z. B.: Industrie- und Gewerbeabfälle, Reifen, Tiermehl, Lösemittel, etc. Gibt es einen Zusammenhang zwischen der zunehmenden Sensibilität von Frischbeton und dem vermehrten Einsatz von sekundären Brennstoffen bei der Bindemittelproduktion? (nach VDZ-Tätigkeitsbericht 23-25) Regensburg,

6 Laboruntersuchungen Thema: Untersuchungen zur Gleichmäßigkeit von Bindemitteln, insbesondere in Kombination mit Betonzusatzmitteln Untersuchte Bindemittel: Zement Flugasche Variation: Herstellwerk, Liefercharge, Betonzusatzmittel Untersuchungsparameter: Chem.-mineral. Zusammensetzung Korngrößenverteilung Wasseranspruch Erstarrungsverhalten Rheologische Kenngrößen Festigkeit Eigenschaften in LP-Beton Regensburg,

7 Rheologie Ermittlung der Fließkurve nach Bingham 2 Schermoment [Nmm] Schergeschwindigkeit [U/min] Rotationsviskosimeter (Viskomat NT) Fließkurve Fließkurve 2 15 Regressionsgerade: y =,13x + 8,4 1 5 rel. Viskosität rel. Fließgrenze 5 1 Zeit [min] Schergeschwindigkeit [U/min] Regensburg,

8 Rheologie von Zementleimen 14,2 rel. Viskosität [Nmm * min] 12 rel. Fließgrenze [Nmm] PCE =,15%, w/z =,4 MS =,15%, w/z =,45 ohne ZM, w/z =, ,18,16,14,12,1,8,6,4,2, Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Probenbezeichnung Dez. Juli Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Probenbezeichnung z. T. deutliche Unterschiede zwischen Zementchargen Veränderungen der rel. Fließgrenze bzw. rel. Viskosität durch Fließmittel bei allen Zementchargen nahezu gleich Regensburg,

9 Rheologie von Zementleimen 3 Schermoment [Nmm] 25 ohne ZM (November) ohne ZM (Dezember) PCE (November) PCE (Dezember) Zusammensetzung: LP + PCE (November) LP + PCE (Dezember) w/z =,4 falls eingesetzt: 2 PCE =,1 M.-% LP =,6 M.-% Schergeschwindigkeit [U/min] 12 τo [Nmm] ZM-Art η [Nmm * min] Nov. Dez. Nov. Dez. ohne ZM 8,5 7,,15,13 PCE 6,8 5,4,15,13 LP + PCE 8,4 7,3,17,15 Regensburg,

10 Rheologie von Zementleimen 3 Schermoment [Nmm] 25 ohne ZM (November) ohne ZM (Dezember) PCE (November) PCE (Dezember) Zusammensetzung: VZ + PCE (November) VZ + PCE (Dezember) w/z =,4 falls eingesetzt: 2 PCE =,1 M.-% VZ =,6 M.-% 15 ZM-Art 1 5 τo [Nmm] η [Nmm * min] Nov. Dez. Nov. Dez. ohne ZM 8,5 7,,15,13 PCE 6,8 5,4,15,13 VZ + PCE 4,7 3,3,14, Schergeschwindigkeit [U/min] Tendenziell gleiches Verhalten der beiden Zementchargen mit den untersuchten Zusatzmitteln, d. h. keine signifikant unterschiedlichen Wechselwirkungen erkennbar Regensburg,

11 Rheologie von Bindemittelleimen mit Flugasche Relative Fließgrenzen für Bindemittelleime mit CEM I-Zement: Ohne Zusatzmittel Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,4 FA-Probe A FA-Probe B 2 reiner Zementleim Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,4 3 rel. Fließgrenze [Nmm] rel. Fließgrenze [Nmm] 3 25 Mit Fließmittel (,1 M.-% PCE) reiner Zementleim 1 5 Kraftwerk 1 Kraftwerk 2 Kraftwerk 1 Kraftwerk 2 Bei Zugabe von PCE-Fließmittel nahezu gleichmäßige Veränderungen der rheologischen Kenngrößen Regensburg,

12 Rheologie von Bindemittelleimen mit Flugasche Relative Viskositäten für Bindemittelleime mit CEM I-Zement: Ohne Zusatzmittel Mit Fließmittel (,1 M.-% PCE) Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,4,35 Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,4,35,3 FA-Probe B,25 rel. Viskosität [Nmm*min] rel. Viskosität [Nmm*min] FA-Probe A reiner Zementleim,2,15,1,5,,3,25 reiner Zementleim,2,15,1,5, Kraftwerk 1 Kraftwerk 2 Kraftwerk 1 Kraftwerk 2 Keine signifikanten Änderungen der Viskositätsunterschiede zwischen den FA-Proben durch den Einsatz von PCE-Fließmittel Regensburg,

13 Rheologie und Ansteifverhalten von Mörteln Verwendetes Messprofil: Zusammensetzung: w/z,4 g/z 1,5 GK 1 mm FM 1 % PCE Messung der Fließkurve Messung der Fließkurven zu Zeitpunkten der Geschwindigkeitsreduzierung (15, 3, 6, 9 und 12 Minuten) Parallel dazu Bestimmung des Ausbreitmaßes nach DIN EN an einer Teilprobe Regensburg,

14 Ansteifverhalten von reinen Zementmörteln 8 6 Juli Sep. Nov. Dez.,4 rel. Viskosität [Nmm*min] rel. Fließgrenze [Nmm] 7, ,35,3,25,2,15,1,5, I. Allg. eng beieinander liegende rel. Fließgrenzen/rel. Viskositäten Abweichendes Ansteifverhalten nur bei einzelnen Zementchargen Regensburg,

15 Ansteifverhalten von reinen Zementmörteln Juli Sep. Nov. Dez. 25 Ausbreitmaß [mm] rel. Fließgrenze [Nmm] Tendenziell sehr gute Korrelation zwischen rel. Fließgrenze und Ausbreitmaß Regensburg,

16 Ansteifverhalten von Mörteln mit Flugasche Ohne Zusatzmittel Zement: CEM I 32,5 R; w/b =, FA-Probe A FA-Probe B ohne FA Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,43 8 rel. Fließgrenze [Nmm] rel. Fließgrenze [Nmm] Mit Fließmittel (,5 M.-% PCE) Unterschiedlicher Einfluss des PCE-Fließmittels auf die zeitliche Veränderung der relativen Fließgrenze von Mörteln mit FA-Proben aus dem gleichen Kraftwerk Regensburg,

17 Rheologische Untersuchungen an Mörteln Mit Fließmittel (,5 M.-% PCE) Ohne Zusatzmittel Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,48 FA-Probe A FA-Probe B ohne FA,2,15,1,5, Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,43,25 rel. Viskosität [Nmm*min] rel. Viskosität [Nmm*min],25,2,15,1,5, In Kombination mit PCE-Fließmittel größere Abweichungen zwischen FAProben in der relativen Viskosität Regensburg,

18 Rheologische Untersuchungen an Mörteln Mit Fließmittel (,5 M.-% PCE) Ohne Zusatzmittel Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,48 28 FA-Probe A FA-Probe B ohne FA Ausbreitmaß [mm] Zement: CEM I 32,5 R; w/b =,43 3 Ausbreitmaß [mm] Ausbreitmaße spiegeln Unterschiede aus den Rheometerversuchen nur im geringen Ausmaß wider Regensburg,

19 Zusammenfassung der Gleichmäßigkeit von Bindemitteln wie Zement oder Flugasche, auch deren Wechselwirkungen mit Betonzusatzmittel Ergebnisse an Zement- und Flugascheproben aus der laufenden Produktion: z. T. deutliche Unterschiede zwischen Zementen bzw. Flugaschen eines Werkes in rheologischen Kenngrößen (ohne Zusatzmittel) Zemente in Kombination mit PCE-Fließmittel keine signifikant unterschiedlichen Wechselwirkungen anhand rheologischer Kenngrößen und Ausbreitmaß feststellbar Flugaschen in Kombination mit PCE-Fließmittel Unterschiedliche Wechselwirkungen zwar ansatzweise in rheologischen Kenngrößen vorhanden, allerdings nicht im Ausbreitmaß erkennbar Regensburg,