Aufsatz: Determination of porosity and pore size distribution in concrete by single-sided 1 H NMR - From white cement pastes to grey cement mortars – Fraunhofer IRB

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Determination of porosity and pore size distribution in concrete by single-sided 1 H NMR - From white cement pastes to grey cement mortars

Autor: Schulte Holthausen, Robert; Raupach, Michael
Quelle: Ibausil. 20. Internationale Baustofftagung, 12.-14. September 2018, Weimar, Bundesrepublik Deutschland. Tagungband 1
Seiten: 595-603
2018

Sprache: Englisch

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Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden Daten von Langzeitstandtests aus zahlreichen Literaturquellen in einer Datenbank gesammelt und ausgewertet. Die Freisetzungen der meisten Spurenelemente aus zementgebundenen Baustoffen sind sehr klein. Ausgenommen sind Chrom, Kupfer, Thallium und Vanadium, deren Freisetzung umweltrelevant sein kann. Um die Auslaugkinetik zu bestimmen, wurden die Auslaugraten in doppellogarithmischem Maßstab über der Zeit aufgetragen (IgJ-Igt-Diagramm) und die Steigungen ermittelt. Die theoretische Steigung einer rein diffusionskontrollierten Auslaugung mit konstantem Diffusionskoeffizienten ist 0,5. Aufgrund der Gefügeverdichtung durch eine weitere Hydratation sinkt der Diffusionskoeffizient während der Versuchsdurchführung. Die Freisetzungsraten umweltrelevanter Parameter klingen daher normalerweise schneller ab als mit Steigung 0,5. Die Alkalien, die kaum in Hydratationsprodukte eingebunden werden und daher diffusiv freigesetzt werden, zeigen im IgJ-Igt-Diagramm Steigungen um 0,66. Eine Reihe von umweltrelevanten Stoffen zeigt ebenfalls Steigungen im Bereich von 0,65. Bei einigen Schwermetallen sind jedoch Abweichungen festzustellen. Vanadium zeigt flachere z. T. sogar zum Ende des Auslaugversuchs ansteigende Freisetzungsraten. Offenbar ist Diffusion hier nicht maßgeblich. Es sollten weitere Versuche zur Freisetzung über längere Zeiträume durchgeführt werden. Die Auslaugung von Blei, Molybdän und Zink fällt steiler ab als -0,65. Neben der Erstellung der Datenbank wurde das derzeitige Bewertungskonzept des DIBt in dieser Literaturrecherche grundlegend erläutert und es wurden die getroffenen Konventionen begründet. Im bestehenden Konzept wurde ein Diffusionsansatz mit zeitlich konstantem Diffusionskoeffizienten gewählt. Im Rahmen dieses Projekts wurden die in der Datenbank zusammengestellten realitätsnäheren Freisetzungsverläufe genutzt. Die Modellierung wurde für Chromat durchgeführt. Die im Bewertungskonzept abgeleitete Gleichung zur Berechnung der zulässigen Freisetzung (zul. E56d =

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Im vorliegenden Forschungsvorhaben sollten zum einen grundlegende Untersuchungen zu der gemeinsamen Verwendung von Flugasche und Hüttensandmehl im Beton durchgeführt werden und zum anderen herstellbedingte Schwankungen der Eigenschaftskennwerte unterschiedlicher Produktionschargen der Betonausgangsstoffe auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften untersucht werden. Des Weiteren sollte nachgewiesen werden, dass durch eine gezielte granulometrische Optimierung der Sieblinie im Feinbereich die tatsächlichen Potentiale von gezielter Kombination von Ausgangsstoffen mit unterschiedlichen Feinheiten vollständig ausgeschöpft werden können. In Projektphase 1 wurden zunächst verschiedene Ausgangsstoffe charakterisiert. Für die zweite Projektphase wurden marktgängige Produkte ausgewählt. Es wurden ein CEM I 42,5 R, ein CEM II/B-S 32,5 R und ein CEM III/A 32,5 N sowie eine Flugasche mittlerer Feinheit und ein Hüttensandmehl mit 4000 cm2/g (Blaine) verwendet. In Projektphase 2 wurden an diversen Mörtelmischungen die Frisch- und Festmörteleigenschaften überprüft. Die Mischungen wurden so zusammengesetzt, dass sie zur Vergleichbarkeit gleiche Klinker- und Hüttensandmehlanteile aufwiesen. Zur Erfassung der herstellbedingten Schwankungen wurden die Untersuchungen an jeweils 6 Chargen der Ausgangsstoffe durchgeführt, wobei insgesamt eine hohe Gleichmäßigkeit festzustellen war. Der Nachweis, dass bei praxisnaher Zusammensetzung der Mörtel unter Verwendung von Zement, Flugasche und Hüttensandmehl vergleichbare Frisch- und Festmörteleigenschaften zu erzielen sind wie bei der Verwendung von Hochofenzement und Flugasche konnte teilweise erbracht werden. Die Frischmörteleigenschaften waren vergleichbar. Sie lagen im Bereich üblicher Normmörtel mit Ausbreitmaßen zwischen 200 und 240 mm, Luftgehalten zwischen 1,4 und 2,5 Vol.-Prozent und Rohdichten zwischen 2,23 und 2,31 g/cm3. Bei den Festigkeiten traten unterschiedliche Effekte auf. Bis zum Alter von 28 Tagen war die Kombination des CEM II mit Flugasche und Hüttensandmehl wesentlich gü

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Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden die Eigenschaften von Betonen mit Hüttensandmehl nach DIN EN 15167-1 geprüft. Diese Stoffnorm legt die Anforderungen an den gemahlenen Hüttensand fest. Vorgaben zur Anwendung des Hüttensandmehls als Betonzusatzstoff (Typ II) werden nicht gemacht. Hierfür müssen nationale Anwendungsregeln formuliert werden. Ziel dieses Forschungsprojekts war es, eine Datengrundlage für die Erarbeitung dieser Anwendungsregeln zu schaffen. Insbesondere sollte der versuchstechnische Nachweis einer zementäquivalenten Wirksamkeit (k-Wert) von Hüttensand nach DIN EN 15167-1 erbracht werden. Neben der Ableitung des k-Werts wurde überprüft, ob eine Verwendung nach dem Austauschkonzept möglich ist. Für das Projekt wurden fünf europäische Hüttensande ausgewählt, die als Granulate ans ibac geliefert und speziell für dieses Projekt aufgemahlen wurden. Die Mahlfeinheit sollte dabei möglichst nah an der Mindestanforderung der DIN EN 15167-1 liegen, um auch die ungünstigsten Hüttensandmehle abzudecken. Auch die Auswahl der Hüttensande orientierte sich an den Minimalanforderungen der Norm. In ihrer chemischen Zusammensetzung entsprechen die Hüttensande DIN EN 15167-1, die Anforderungen an den Aktivitätsindex und die Mahlfeinheit werden von einem Hüttensandmehl geringfügig unterschritten. Die Prüfungen an den Hüttensandmehlen erfolgten in Kombination mit einem CEM I 32,5 R, einem CEM II/B-S 32,5 R und einem CEM III/A 32,5 N. Zunächst wurden an allen Zement/ Hüttensand-Kombinationen die relativen Mörteldruckfestigkeiten (bezogen auf die Festigkeit der Referenzzementmörtel) bestimmt. Es wurden hierbei h/z-Verhältnisse von 0,25 bis 1,5 gewählt. Wie erwartet sinken die relativen Festigkeiten mit steigendem Hüttensandgehalt des Zements und mit steigendem h/z-Verhältnis ab. Im Betonmaßstab wurden die zementäquivalenten Wirksamkeiten von vier Hüttensandmehlen im Alter von 7, 28 und 56 Tagen bei h/z-Verhältnissen von 0,33, 1,0 und z. T. 1,5 nach dem k-Wert-Konzept bestimmt. Allerdings konnte nicht immer ein zuve

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Für die Untersuchungen standen Proben von 3 Portlandzementen und einem Portlandhüttenzement (CEM II-S) aus unterschiedlichen Zementwerken zur Verfügung. Für jeden Zement - aus jeweils demselben Lieferwerk - waren maximal 6 Proben vorhanden, die verschiedenen Zulieferungen an 3 Transportbetonwerke über einen Zeitraum von einem halben Jahr entnommen wurden. Zusätzlich wurden in die Untersuchungen auch zwei Zementproben eines Zementwerkes einbezogen, von denen die Zusammensetzung der im Herstellungsprozess verwendeten Brennstoffe bekannt war. Entsprechend dem mit der Arbeitsgruppe abgestimmten Arbeitsplan wurden Untersuchungen am Ausgangsstoff Zement (Chemisch-mineralogische Zusammensetzung und Korngrößenverteilung), an Zementleimen (Wasseranspruch, Erstarrungsverhalten, Rheologie), an Mörteln (Rheologie, Konsistenz / Ansteifen, Druckfestigkeit) sowie an LP-Betonen (Luftporenkennwerte, Frost-Taumittelwiderstand) durchgeführt. Als Betonzusatzmittel wurden Fließmittel auf Basis PCE, Melaminsulfonat, Naphthalinsulfonat und Ligninsulfonat, ein Verzögerer auf Phosphat-Basis sowie ein LP-Bildner eingesetzt. Die Zusatzmittel stammten aus einer einzigen Liefercharge, sodass diesbezüglich Unterschiede ausgeschlossen werden konnten.

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