Prüfbericht Nr phys/13

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1 Prüfbericht Nr phys/13 Auftraggeber: PAGEL Spezial-Beton GmbH & Co. KG Wolfsbankring Essen Auftrag: Ergänzende Eignungsprüfung PAGEL-Hochfestverguss mit verlängerter Verarbeitungsdauer für Windkraftanlagen Untersuchung der Eigenschaften von PAGEL-Hochfestverguss für Fudamente von Offshore Windparks PAGEL V1/30 HF Bearbeitungszeitraum: April 2013 Der Prüfbericht umfasst 8 Blatt und 1 Anhang. Die Veröffentlichung des Prüfberichtes ist nur mit Zustimmung der AMPA gestattet. Datum: Zeichen JJ Das Probenmaterial steht dem Auftraggeber bis 21 Tage nach Erstellung des Prüfberichtes zur Verfügung. Nach Ablauf der Frist wird das Probenmaterial ohne weitere Benachrichtigung entsorgt. Leitung der AMPA: Briefpost: Postfach, Kassel Prof. Dr. B. Middendorf Prof. Dr.-Ing. W. Seim Lieferanschrift: Georg-Forster-Straße 6, Kassel Prof. Dr.-Ing. E. Fehling Prof. Dr.-Ing. U. Dorka Telefon: 0561 / Telefax: 0561 / Geschäftsführer: Dipl.-Ing. P. Machner baupruef@uni-kassel.de

2 Prüfbericht Nr vom Blatt Allgemeines Die Amtliche Materialprüfanstalt der Universität Kassel wurde von der Firma PAGEL Spezial- Beton GmbH & Co. KG beauftragt, Frisch- und Festbetonuntersuchungen an einem PAGEL- Hochfestverguss für Fundamente von Offshore Windparks durchzuführen. Die Art und der Umfang der Prüfungen, die Prüfverfahren und die Herstellung der Prüfkörper wurden mit dem Auftraggeber abgestimmt. Für die Durchführung der Frisch- und Festbetonuntersuchungen wurde vom Auftraggeber fertiges Trockencompound als Sackware zur Verfügung gestellt. Die Herstellung des Vergussbetons erfolgte im Labor der AMPA in einem Zwangsmischer der Fa. Zyklos mit einem Nenninhalt von 150 l nach folgendem Mischregime: Das trockene Compound wurde mit 2/3 der gesamten Wassermenge in den Mischkübel gegeben und drei Minuten gemischt, anschließend wurde die restliche Wassermenge hinzugegeben und weitere zwei Minuten gemischt. Die Zusammensetzung der Mischung, mit dem vom Auftraggeber für die praktische Anwendung vorgegebenen minimalen und maximalen Wassergehalt bezogen auf 20 kg Compound, ist Tabelle 1 zu entnehmen. Um die benötigte Wassermenge zu ermitteln, wurden die Säcke vorher einzeln gewogen und anschließend mit dem minimal zulässigen oder dem maximal zulässigen Wassergehalt verrechnet. Die Durchführung der Prüfung erfolgte sowohl bei 20 C als auch bei 5 C. Die Untersuchungen bei 20 C wurden an der AMPA Kassel und die Untersuchungen bei 5 C unter Zustimmung des Sachverständigen bei der Firma Hochtief Solutions AG durchgeführt. Tabelle 1: Mischungszusammensetzung. Mit minimal zulässigem Wassergehalt Mit maximal zulässigem Wassergehalt Wasser [l/20 kg Compound] 1,7 1,8 [M.-%] 8,5% 9%

3 Prüfbericht Nr vom Blatt Durchführung der Untersuchungen 2.1 Prüfverfahren Am Frischbeton wurden das Setzfließmaß und die Setzfließzeit t 500 ermittelt. Zudem wurden der Luftporengehalt, die Frischbetonrohdichte und die Frischbetontemperatur bestimmt. Am Festbeton wurde die Druckfestigkeit nach 7 und 28 Tagen an 100er-Würfeln geprüft. Die Umgebungstemperatur während der Versuche bei 20 C betrug 20 ± 2 C, bei den 5 C Versuchen 5 ± 0,5 C. Die Prüfungen und die Prüfverfahren sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2: Prüfverfahren. Frischbetonuntersuchungen (mit minimalem und maximalem Wassergehalt) Untersuchung Norm Temperatur (Konsistenz) Setzfließmaß nach 10, 30, 60, 120, 180, 240, 300 und 360 min DIN EN [1]; DafStb-Richtlinie SVB-Beton [2] 20 C, 5 C Luftporengehalt DIN EN [3] 20 C, 5 C Frischbetontemperatur C, 5 C Frischbetonrohdichte DIN EN [4] 20 C, 5 C Festbetoneigenschaften (mit maximalem Wassergehalt) Prüfalter Norm Temperatur Lagerung Druckfestigkeit 7 d 28 d DIN EN [5] 20 C Wasserlagerung nach DIN EN [6]

4 Prüfbericht Nr vom Blatt Frischbetonuntersuchungen Setzfließmaß und Setzfließzeit Das Setzfließmaß und die Setzfließzeit t 500 wurden gemäß DIN EN :2009 nach 10 min, 30 min, 60 min, 120 min, 180 min, 240 min, 300 min und 360 min bestimmt. Die Versuche wurden mit dem schmaleren Trichter-Durchmesser, der nach unten gerichtet wurde, durchgeführt. Für die eben bereits angegebenen Messzeiten wurde der Frischbeton händisch aufgerührt. Abbildung 1 zeigt die Entwicklung des Setzfließmaßes und des Luftporengehaltes über die Zeit bei 20 C, Abbildung 2 bei 5 C, jeweils beim minimalen und maximalen Wassergehalt. In diesen Abbildungen werden dargestellt. Alle weiteren Ergebnisse sind in Anhang 1, Tabelle 1 und 4 zu entnehmen. Tabelle 1 zeigt ermittelte Werte, die in Fass und Eimer unterteilt werden. Auf Wunsch des Auftraggebers wurden beide Varianten an der AMPA Kassel geprüft. Beide Untersuchungen unterscheiden sich in der Menge des Frischbetons und dem Verfahrensablauf. Während der im Fass geprüfte Frischbeton nach jeder Konsistenzprüfung verworfen wurde, ist das Material aus dem Eimer nach jeder Prüfung wieder zurückgegeben worden. Die Menge im Eimer betrug ca. 20 l, im Fass ungefähr 60 l. Setzfließmaß [mm] min 30 min 60 min 120 min 180 min 240 min 300 min 360min 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 Luftporengehalt [Vol.-%] Mittelwert Setzfließmaß_8,5%_Fass Mittelwert LP_8,5% Mittelwert Setzfließmaß_9%_Fass Mittelwert LP_9% Abbildung 1: Setzfließmaß und Luftporengehalt des Frischbetons bei 20 C.

5 Prüfbericht Nr vom Blatt Setzfließmaß [mm] min 30 min 60 min 120 min 180 min 240 min Mittelwert Setzfließmaß_8,5% Mittelwert Setzfließmaß_9% Abbildung 2: Setzfließmaß des Frischbetons bei 5 C Frischbetonrohdichte und Luftporengehalt Die Frischbetonrohdichte wurde in Anlehnung an DIN EN :2011 gemessen. Der Luftporengehalt wurde mit Hilfe eines Druckausgleichsgefäßes (Luftporentopf) mit einem Topfvolumen von 1 l basierend auf DIN EN :2009 bestimmt und am unverdichteten Beton ermittelt. Abbildung 1 zeigt die Entwicklung des Luftporengehaltes über die Zeit beim minimalen und maximalen Wassergehalt des Versuchs bei 20 C. Die Frischbetonrohdichte und der Luftporengehalt bei 5 C wurden einmalig 40 min nach Mischbeginn gemessen. Dabei ergaben sich folgende Ergebnisse: Der 20 C-Versuch zeigt beim minimalen Wassergehalt einen Luftporengehalt von 2,2 Vol.-% und beim maximalen Wassergehalt 1,9 Vol.-%. Zum Vergleich lag der Luftporengehalt des 5 C Versuchs mit minimalem Wassergehalt bei 1,0 Vol.-%, während beim maximalen 0,9 Vol.-% gemessen wurden. Alle Ergebnisse sind Anhang 1 Tabelle 2 und 5 zu entnehmen.

6 Prüfbericht Nr vom Blatt Festbetonuntersuchungen Ermittlung der Druckfestigkeit Für die Festbetonuntersuchungen wurden Probekörper mit dem maximalen Wassergehalt hergestellt. Die Verdichtung aller Probekörper erfolgte ohne Rütteleinwirkung durch 5- maliges Aufschlagen der Form aus einer Höhe von 3 bis 5 cm. Alle Probekörper wurden nach 2 Tagen ausgeschalt und anschließend bis zur Prüfung unter Wasser gelagert. Für die Ermittlung der Festbetonkennwerte wurden 10 Würfel (100 mm) hergestellt. Die Prüfung erfolgte kraftgesteuert mit einer Geschwindigkeit von 0,5 N/mm²s gemäß DIN EN :2009. Abbildung 3 zeigt die der Druckfestigkeitsergebnisse der Würfel nach 7 und 28 Tagen. Alle Ergebnisse sind Anhang 1, Tabelle 2 zu entnehmen. Mittelwert der Druckfestigkeit Mittelwert der Rohdichte Druckfestigkeit [N/mm²] Rohdichte [kg/m³] d 28d 2000 Abbildung 3: Druckfestigkeit an Würfeln ermittelt. Tabelle 3: Mittelwert der Druckfestigkeit von Würfeln (l=100mm). Druckfestigkeit von Würfeln [N/mm²] 7d 28d 20 C 116,3 (n=5) 140,8 (n=5)

7 Prüfbericht Nr vom Blatt Sedimentationsstabilität Die Sedimentationsstabilität des Vergussbetons wurde nach der DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton [2], Abschnitt N.1.2. geprüft und bewertet. Dazu wurde ein Kunststoffzylinder (DN 100, Höhe 500 mm) mit dem Vergussbeton (Wassergehalt von 1,8l pro 20kg Compound) gefüllt. Der Kunststoffzylinder wurde, wie in der Richtlinie beschrieben, beim Einfüllvorgang rund 45 geneigt gehalten, damit der Vergussbeton die Wandung herunterfließen konnte und so die Entlüftung gewährleistet war. Nach vollständiger Befüllung wurde der Zylinder oben verschlossen und bis zur Erhärtung erschütterungsfrei gelagert. Zur visuellen Beurteilung der Verteilung der Gesteinskörnung im Vergussbeton wurde das Rohr nach der Erhärtung des Betons mittig in Achsrichtung aufgesägt. Wie in Abbildung 4 zu erkennen Abbildung 4: Sedimentationsstabilität ist, kann nach Augenschein keine Sedimentation der Gesteinskörner über die Höhe des Zylinders von 500 mm erkannt werden, die Gesteinskörner liegen im Schnittbild gleichmäßig verteilt vor. Der Direktor Die Sachbearbeiterin (Prof. Dr. rer. nat. B. Middendorf) (Dipl.-Ing. J. Janowski M.Sc.)

8 Prüfbericht Nr vom Blatt Verwendete Normen und Literatur [1] DIN EN : Prüfung von Frischbeton; Teil 8: Selbstverdichtender Beton Setzfließversuch, Ausgabe Dezember 2009, Beuth Verlag, Berlin [2] DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton (SVB-Richtlinie), Ausgabe November 2003, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton im DIN Deutsches Institut für Normung e.v., Berlin, [3] DIN EN : Prüfung von Frischbeton; Teil 7: Luftgehalt - Druckverfahren, Ausgabe August 2009, Beuth Verlag, Berlin [4] DIN EN : Prüfung von Frischbeton; Teil 6: Frischbetonrohdichte, Ausgabe März 2011, Beuth Verlag, Berlin [5] DIN EN : Prüfung von Festbeton; Teil 3: Druckfestigkeit von Probekörpern, Ausgabe Juli 2009, Beuth Verlag, Berlin [6] DIN EN : Prüfung von Festbeton; Teil 2: Herstellung und Lagerung von Probekörpern für Festigkeitsprüfung, Ausgabe August 2009, Beuth Verlag, Berlin 2008.

9 Prüfbericht Nr vom Anhang 1, Blatt Anhang 1.1 Frischbetonuntersuchungen bei 20 C Tabelle 1: Setzfließmaß ermittelt über 360 min bei 20 C. Setzfließmaß Zeit [min] 8,5 % Fass 9,0 % Fass 8,5 % Eimer 9,0 % Eimer d [mm] t500 [sec] Temp. [ C] 26,6 25,3 26,6 25,3 d [mm] t500 [sec] Temp. [ C] 26,9 26,6 26,3 24,2 d [mm] t500 [sec] Temp. [ C] 26,9 26,1 22,5 23,2 d [mm] t500 [sec] Temp. [ C] 26,4 25,3 21,5 22,2 d [mm] t500 [sec] Temp. [ C] 25,1 24,8 20,9 21,4 d [mm] t500 [sec] Temp. [ C] 23,7 23, ,8 d [mm] t500 [sec] Temp. [ C] 22,6 22,6 19,9 20,6 d [mm] t500 [sec] Temp. [ C] 22,0 22,1 19,9 20,5

10 Prüfbericht Nr vom Anhang 1, Blatt -2- Tabelle 2: Luftporengehalt und Frischbetonrohdichte ermittelt über 360 min bei 20 C. Luftporengehalt Frischbetonrohdichte Zeit [min] 8,5 % 9,0 % Zeit [min] 8,5 % 9,0 % 10 [%] [kg/m³] [%] 2,2 1,9 30 [kg/m³] [%] 2,2 2,0 60 [kg/m³] [%] 2,4 2,1 120 [kg/m³] [%] 2,5 2,4 180 [kg/m³] [%] 2,6 2,6 240 [kg/m³] [%] 2,9 2,8 300 [kg/m³] [%] 3,0 3,0 360 [kg/m³] Druckfestigkeit von Würfeln ermittelt bei 20 C Tabelle 3: Druckfestigkeit von Würfeln nach 7 d und 28 d; Wasserlagerung bis zur Prüfung. Druckfestigkeit nach 7 d Druckfestigkeit nach 28 d Probe-Nr. Rohdichte [kg/m 3 ] Druckfestigkeit [N/mm 2 ] Probe-Nr. Rohdichte [kg/m 3 ] Druckfestigkeit [N/mm 2 ] M1_20 _7d_ ,9 M1_20 _28d_ ,9 M1_20 _7d_ ,9 M1_20 _28d_ ,1 M1_20 _7d_ ,7 M1_20 _28d_ ,0 M1_20 _7d_ ,0 M1_20 _28d_ ,0 M1_20 _7d_ ,0 M1_20 _28d_ ,9 Mittelwert: ,3 Mittelwert ,8 Standardabweichung: 2,9 Standardabweichung: 3,5 charak. Festigkeit 109,66 charak. Festigkeit 132,70

11 Prüfbericht Nr vom Anhang 1, Blatt Frischbetonuntersuchungen bei 5 C Tabelle 4: Setzfließmaß ermittelt über 240 min bei 5 C. Setzfließmaß Zeit [min] 8,5 % 9,0 % d [mm] Temp. [ C] 10,8 10,1 d [mm] Temp. [ C] 9,6 9, d [mm] Temp. [ C] 9,1 8,8 d [mm] Temp. [ C] 8,5 8, d [mm] Temp. [ C] 8,2 7,9 d [mm] Temp. [ C] 7,5 7,6 Tabelle 5: Luftporengehalt und Frischbetonrohdichte ermittelt nach 40 min bei 5 C. Luftporengehalt Frischbetonrohdichte Zeit [min] 8,5 % 9,0 % 8,5 % 9,0 % 40 [%] 1,0 0,9 [kg/m³]