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Grenzen der Anwendbarkeit von Puzzolanen im Beton

Bauforschung, Band T 2795
Birgit Meng
TH Aachen, Institut für Bauforschung -ibac-
1996, 219 S.
Fraunhofer IRB Verlag

Inhalt

Das Forschungsvorhaben hatte die Erarbeitung neuer Erkenntnisse über den Einfluß von Steinkohlenflugasche (SFA) und Silicastaub als Zusatzstoff im Beton auf das Alkalitätsdepot und das Betongefüge mit besonderem Hinblick auf die Grenzen der Anwendbarkeit und die Randbedingungen für eine optimale Wirkung zum Ziel. Die Versuchsreihen bezogen sich auf den Einfluß der Puzzolane auf die Reaktionsmechanismen bei der Zementerhärtung und erfaßten den Einfluß extremer Randbedingungen unter Variation der Zementart, der Puzzolanart, des Puzzolangehaltes, des Wasserbindemittelwertes und der Lagerungsbedingungen. Es wurden 2 verschiedene Portlandzemente und ein Hochofenzement untersucht. Als Puzzolane wurden 2 Steinkohlenflugaschen mit unterschiedlicher Korngrößenverteilung und ein Silicastaub verwendet. Bei SFA wurde der Puzzolangehalt bis zu einem Extremwert von 60 Masseprozent variiert, während der untersuchte maximale Silicastaub 25 Masseprozent betrug. Die untersuchten Wasserbindemittel-Werte lagen zwischen 0,35 und 0,65. Es wurde der praxisrelevante Temperaturbereich zwischen 5 und 40 Grad C und der Luftfeuchtebereich oberhalb von 76% relativer Feuchte einbezogen. Bei SFA besteht bis zu einem Flugaschegehalt von 60 Masseprozent kein Anlaß, die Anwendung zu begrenzen. Bei Silicastaub hingegen scheint die in der Praxis gängige Größenordnung der Anwendungsgrenze durchaus berechtigt.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG 1
2 PROBLEMSTELLUNG 4
2.1 Prinzipielle Wirksamkeit von Puzzolanen 4
2.2 Ablauf der puzzolanischen Reaktion 5
2.3 Gefügeveränderungen infolge der puzzolanischen Reaktion 8
2.4 Forschungsbedarf 9
3 VERSUCHSPROGRAMM UND -DURCHFÜHRUNG 12
3.1 Generelle Vorüberlegungen 12
3.2 Versuchspläne 15
3.2.1 Prinzipielle Wirkung von Puzzolanen 15
3.2.2 Wirkung von Puzzolanen in der Frühphase 19
3.2.3 Einflussgrößen auf das Reaktionsvermögen 21
3.2.4 Reaktionskinetik 26
3.2.5 Grenzen der Anwendbarkeit 26
3.3 Ausgangsstoffe 27
3 3.1 Auswahl der Ausgangsstoffe 27
3.3.2 Untersuchung der Ausgangsstoffe 27
3.4 Versuchsdurchführung 29
3.4.1 Herstellung von Zementsteinprüfkörpern 29
3.4.2 Beurteilung des Reaktionsgrades von Puzzolanen 30
3.4.2.1 Vorversuchsserie zur Auswahl der Prüfverfahren 30
3.4.2.2 Verfahrensbeschreibung: Thermogravimetrie (TG) 33
3.4.2.3 Verfahrensbeschreibung: Bestimmung reagierter Flugascheanteil 37
3.4.3 Zusammensetzung des Porenwassers 38
3.4.4 Porosität und Porenstruktur 38
3.4.5 Hydratationswärme 39
4 PRINZIPIELLE WIRKUNG VON PUZZOLANEN (VERÄNDERUNGEN IM ZEMENTSTEIN) 41
4.1 Prinzipieller Verlauf der puzzolanischen Reaktion 41
4.2 Separierung des Füllereffektes 46
4.3 Stöchiometrie der CSH-Phasen 50
4.4 Veränderung des pH-Wertes der Porenlösung und des Alkalitätsdepots 55
4.5 Porosität und Porenstruktur 71
4.6 Zusammenfassung 78
5 WIRKUNG VON PUZZOLANEN IN DER FRÜHPHASE 80
5.1 Hydratationswärme 80
5.1.1 Allgemeine Betrachtungen 80
5.1.2 Wirkung von Steinkohlenflugasche 80
5.1.3 Wirkung von Silikastaub 84
5.2 Reaktionsprodukte 88
5.2.1 Steinkohlenflugasche 88
5.2.2 Silikastaub 90
5.3 Zusammenfassung 94
6 EINFLUSSGRÖßEN AUF DIE REAKTION VON PUZZOLANEN 96
6.1 Bedeutung der Puzzolanart 96
6.2 Bedeutung der Zementart für das Reaktionsverhalten von Puzzolanen 97
6.2.1 Einflussgröße Ca(OH)2-Angebot 97
6.2.2 Einflussgröße Alkaligehalt 104
6.2.3 Zusammenfassung / Bewertung der verschiedenen Einflussgrößen 115
6.3 Bedeutung des Wasserzement- bzw. Wasserbindemittelwertes 115
6.3.1 Einflussgröße Porenstruktur 115
6.3.2 Einflussgröße pH-Wert der Porenlösung 121
6.3.3 Zusammenfassung / Bewertung der verschiedenen Einflussgrößen 123
6.4 Äußere Einflüsse auf das Reaktionsverhalten von Puzzolanen 124
6.4.1 Temperatur 124
6.4.2 Relative Luftfeuchte 127
7 REAKTIONSKINETIK 133
7.1 Beginn der puzzolanischen Reaktion 133
7.2 Zeitpunkt mit höchster Reaktionsrate 133
7.3 Gründe für das Abschwächen der puzzolanischen Reaktion 137
7.4 Übergang löslichkeits- zu diffüsionskontrolliertem Prozess 137
7.5 Maßnahmen zur Förderung der puzzolanischen Reaktion 139
7.6 Verlust des Alkalitätsdepots 139
8 GRENZEN DER ANWENDBARKEIT 141
8.1 Wirkung bei extrem hohen Puzzolangehalten 141
8.2 Klimatische Randbedingungen 145
8.3 Mögliche Einflüsse auf die Betonqualität 146
9 ZUSAMMENFASSUNG 148
10 LITERATUR 152
Tabellen A1-A54

Publikationslisten zum Thema:
Puzzolan, Einsatzgrenze, Anwendungsgrenze, Betonzusatzstoff, Steinkohlenflugasche, Flugasche, Silicastaub, Portlandzement, Hochofenzement, Klinker, Hüttensand, Alkalität, Reaktion, Zementstein, Alkaligehalt, Versuchsreihe, Betonqualität,

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