Mischen von Hochleistungsbetonen

Der aktuelle betontechnologische Kenntnisstand ermöglicht die Entwicklung von Hochleistungsbetonen, die unterschiedlichste Merkmale wie Selbstverdichtung, Festigkeiten deutlich über dem Niveau von Normalbeton und eine deutlich gesteigerte Dauerhaftigkeit aufweisen. Das für die Herstellung von Normalbetonen bekannte 4‐Stoffsystem muss dabei einem 5‐ oder 6‐Stoffsystem weichen, das sich zudem durch eine deutlich reduzierte Wasserzugabe auszeichnet. Entsprechend der komplexeren Mischungszusammensetzung stellen die Hochleistungsbetone höhere Anforderungen an den Mischprozess. Mit konventionellen Mischsystemen, die bei Normalbetonen selbst innerhalb kürzester Mischzeit eine sehr hohe Mischgüte erreichen, erfordert die Herstellung von Hochleistungsbetonen einen deutlich intensiveren Mischenergieeintrag, um die gewünschten Frischbetoneigenschaften zu erzielen. Untersuchungen am Fachgebiet Werkstoffe im Bauwesen (WIB) an der TU Darmstadt belegen die Vorteile erhöhter Werkzeuggeschwindigkeiten auf die Frischbetoneigenschaften von Hochleistungsbeton. Durch den intensiven und schnellen Aufschluss von Zement können die rheologischen Eigenschaften verbessert und über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden. Der Suspensions‐Mischer ermöglicht bei geringem Energieeinsatz eine deutliche Verkürzung der Mischzeit. The Mixing Process of High Performance Concrete Based on the current knowledge it is feasible to develop high performance concretes with special features such as self compacting ability, a compressive strength significantly above the average of standard concrete and a noticeable increased durability. The 4‐materials system, a basic principle of the standard concrete production, is substituted by a 5‐ or 6‐materials system that is characterized by a considerable reduced amount of water. Due to their complex mix composition high performance concretes show enhanced requirements concerning the mixing process. Conventional mixing systems are able to produce a high quality outcome for standard concretes within a short time. In contrast to that, a proper prediction of high performance concretes requires a more intensive input of mixing energy in order to deliver a concrete with the desired fresh concrete properties. Current research activities at the Department of Building Materials, Building Physics and Building Chemistry at the TU Darmstadt prove considerable advantages of higher agitator velocity concerning the fresh concrete characteristics of HPC. An intensive and fast disintegration of cement particles significantly improves rheological attributes of the concrete and sustains them over a longer period of time. The usage of a suspension mixer enables a noticeable reduction of the mixing time and simultaneously decreased energy consumption.     

Verhalten von hochduktilem Beton unter Impaktbelastung

In diesem Aufsatz wird das Materialverhalten von Hochduktilem Beton (engl.: Strain Hardening Cementitious Composite – SHCC) bei Impaktbelastung beschrieben. Dazu werden Ergebnisse aus hochdynamischen Spallations‐Experimenten an einem Hopkinson‐ Bar mit Dehnraten > 140 1/s den Resultaten aus quasi‐statischen, zentrischen Zugversuchen mit Dehnraten von 0,001 1/s gegenübergestellt. Die Auswirkungen hoher Dehnraten auf das Materialverhalten erfolgt anhand eines Vergleiches der zentrischen Zugfestigkeit, des E‐Moduls sowie der Bruchenergie. Die experimentellen Ergebnisse werden zudem mit den Kennwerten anderer Betone in Beziehung gesetzt. Unterschiede im Materialverhalten werden auf Grundlage von Phänomenen der Rissbildung und des Faserauszuges erklärt. Mechanical Behaviour of SHCC under Impact This paper describes the material behaviour of Strain Hardening Cementitious Composite (SHCC) at high strain rates. The results of high dynamic spall experiments using a Hopkinson Bar at strain rates > 140/sec were arrayed against the results of quasistatic, centric tensile tests at strain rates of 0,001/sec. This comparison is based on the parameters of tensile strength, elastic modulus, and fracture energy of the specimens. In addition, the experimental results of SHCC are related to the characteristic values of other concrete types. Differences in material behaviour are explained by the phenomena of crack formation and fibre pullout force.     

Ein einheitliches dreiaxiales Bruchkriterium für alle Betone

Die Auswertung zahlreicher mehraxialer Versuche hat ergeben, dass die auftretenden Versagensmechanismen unter mehraxialer Beanspruchung für alle Betonarten prinzipiell gleich sind. Dies gilt sowohl für Normal‐ bis ultrahochfesten Beton, für Leichtbeton als auch für Faserbeton. Das vorgestellte Bruchkriterium orientiert sich an diesen Versagensarten und wird über eine entsprechende Kalibrierung an das Verhalten des jeweiligen Betons angepasst. Im Zuge der Aktualisierung des CEB‐FIP Model Codes 90 wird es Einzug in die Bemessungsvorschriften finden. A Unified Multiaxial Fracture Criterion for all Concretes The evaluation of numerous multiaxial tests has shown that the occurring failure mechanisms under a multiaxial load are basically the same for all types of concrete. This is true for normal to ultra high performance concrete, lightweight concrete, as well as for fibre concrete. The presented fracture criterion is based on these failure types and is adjusted by a corresponding calibration to the behaviour of each concrete. In the course of the upgrade of the CEB‐FIP Model Code 90, it will find entry into the dimensioning specification.     

Richtungsanalyse von Fasern in Betonen auf Basis der Computer‐Tomographie

Für die Festbetoneigenschaften von Faserbetonen sind die Fasermenge, Faserorientierung und Faserverteilung ausschlaggebend. Dies macht eine Überwachung dieser Parameter notwendig, sei es zur Qualitätssicherung auf der Baustelle oder im Bereich der Forschung zur Weiterentwicklung solcher Betone. Gegenüber bisher angewendeten Methoden zur Untersuchung dieser Einflussgrößen eröffnet die Computer‐Tomographie die Möglichkeit, für Betone mit Fasern und Gelegen aller Art die Faserorientierung und Faserverteilung im gesamten Volumen eines Probekörpers zu betrachten und zu analysieren. Direction Analysis of Fibres in Concrete on Basis of Computed Tomography Decisive factors for the improvement of the hardened concrete characteristics of fibre reinforced concrete are the fibre‐volumeratio, fibre‐orientation and fibre‐distribution. The application of fibre reinforced concrete mixtures requires an appropriate control of these characteristics in the context of quality control at the building site as well as in research work done to improve this kind of concretes. Compared to the methods used up to now, the computed tomography offers the possibility to examine and analyze fibre‐orientation and fibre‐distribution in the entire volume of a specimen.     

UHPC mit alternativen Zusatzstoffen – Rheologie und Faserverbund

Im Rahmen der vorliegenden Studie wurde der Einfluss von Zusatzstoffen auf das Herstellen sowie die rheologischen und mechanischen Eigenschaften von UHPC untersucht. Zum Einsatz kamen Quarz‐, Kalkstein‐ und Hüttensandmehl sowie zwei Silikastäube. Die Zusatzstoffe beeinflussten die Mischzeit und den zur Erreichung der Zielfließfähigkeit notwendigen Fließmittelgehalt deutlich. Auch bei den rheologischen Eigenschaften, welche für die praktische Anwendung wichtig sind, konnte ein deutlicher Einfluss des verwendeten Zusatzstoffes nachgewiesen werden. Am günstigsten erwiesen sich hier der Silikastaub mit geringerer spezifischer Oberfläche sowie das feine Kalksteinmehl. Auf Seiten der mechanischen Eigenschaften, vor allem aber bei dem Faserverbund‐ und dem Biegetragverhalten der faserbewehrten Betone konnte kein nennenswerter Einfluss der Zusatzstoffe festgestellt werden. Demnach ist der Austausch unter mechanischen Gesichtspunkten unproblematisch. UHPC Made with Alternative Additions – Rheology and Fibre Bonding The effect of additions on the production of UHPC and its rheological and mechanical properties was investigated. Quartz, limestone and granulated blast‐furnace slag flour as well as two silica fumes were used. The additions affected significantly mixing time and amount of superplasticizer needed to achieve target flowability. A pronounced affect of the additions on the rheological properties relevant to practical application was also observed. Silica fume with low specific surface and limestone flour proved to be the most favourable additions. Regarding the mechanical properties, no appreciable effect of the additions was observed on, in particular, fibre bonding and flexural strength of fibre reinforced concretes. Thus additions replacement is unproblematic from a mechanical point of view.