Untersuchungen zur Reduktion des Elastizitätsmoduls bei gleichzeitiger Erhöhung der Biegezugfestigkeit und der möglichen Durchbiegung von Beton

Abstract

Die nachfolgende Arbeit unterstützt die Entwicklung eines flexiblen Betons, welcher in dünnen Platten zur Verkleidung von Möbeln hergestellt werden soll. Zu diesem Zweck muss der E-Modul reduziert werden, um die Durchbiegung der Platten zu ermöglichen, und sich gleichzeitig die Biegezugfestigkeit erhalten oder erhöhen. Die in dieser Arbeit zusammengefassten Arbeitsschritte umfassen: 1.Literarturrecherche (Fasern und Polymere in Beton) 2.Versuchsdurchführung (Versuchsvorbereitung, Probenherstellung, Untersuchung) 3.Auswertung und Interpretation. In der angeführten Literatur wurden grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften genannt: (i) das Beimengen von Polymeren in die Betonmischung, und (ii) die Zugabe von Fasern. Beide lieferten vielversprechende Daten zur Verbesserung der entsprechenden Betoneigenschaften [1] - [18].Zur Bewertung der Eigenschaften der neu entwickelten Betonmischungen, welche sich an der Literaturrecherche orientieren, wurden Versuche an prismatischen Probekörpern nach 24 Stunden, 7 Tagen und 28 Tagen geprüft.Im ersten Schritt wurden, nach (i), die Betonrezepturen mit Polymer-Anteilen untersucht. Es wurden zwei unterschiedliche Polymere (ADH - MasterLife ADH 120 und VP - Vinnapas LL 6999) gewählt und der Betonmischung zu 5, 15 und 30 Gew.-% beigemischt.Bei Verwendung von ADH konnte die Druckfestigkeit um bis zu 24% und der E-Modul um bis zu 27% verringert werden, während die Biegezugfestigkeit um bis zu 23% und die Durchbiegung um ca. 60% (0,33 mm), im Vergleich zur Nullmischung, erhöht werden konnte, siehe auch (Abb. 061 und Abb. 087).Bei Verwendung von VP konnte die Druckfestigkeit um bis zu 50% und der E-Modul um bis zu 45% verringert werden, während die Biegezugfestigkeit um bis zu 14% und die Durchbiegung um ca. 44% (0,37 mm), im Vergleich zur Nullmischung, erhöht werden konnte, siehe auch (Abb. 062 und Abb. 099).Im zweiten Schritt wurden Betonrezepturen mit Fasern untersucht, sowohl ohne (ii) als auch mit Polymeren (i) + (ii). Bei den Betonrezepturen mit Fasern (Engineered Cementitious Composites oder ECC genannt) -ergibt sich folgender Auswertung.Bei Verwendung von reinem ECC konnte die Druckfestigkeit um bis zu 41%, der E-Modul um bis zu 43% und die Biegezugfestigkeit um bis zu 17% verringert werden, während die Durchbiegung um ca. 32% (0,27 mm), im Vergleich zur Nullmischung, erhöht werden konnte.Bei Verwendung von ECC+30%VP konnte die Druckfestigkeit um bis zu 59% und der E-Modul um bis zu 62% verringert werden, während die Biegezugfestigkeit um bis zu 11% und die Durchbiegung um ca. 256% (0,74 mm), im Vergleich zur Nullmischung, erhöht werden konnte, siehe auch (Abb. 056 und Abb. 109).Darüber hinaus wurde der E-Modul unter verschiedenen Belastungen bestimmt. Es wurde fest-gestellt, dass sich die E-Module unter Druck- und Zugbelastung ähnlich sind, jedoch der E-Modul unter Biegebelastung eine größere Variabilität aufweist (Abb. 046).Ergänzend wurden Versuche an Proben nach Trocknung sowie eine spezielle Fertigmischung (SVI) durchgeführt. Diese sind von untergeordneter Relevanz für die Erreichung der Zielsetzung und werden an dieser Stelle nicht näher beschrieben.Die durch die Untersuchung sowie durch die Literaturrecherche ausgewerteten Erkenntnisse wurden zum Schluss interpretiert. Abschließend kann festgehalten werden, dass das Beimengen von Polymeren oder Fasern in die Betonmischung die Biegezugfestigkeit erhöhen und den E-Modul sowie die Druckfestigkeit senken kann. Des Weiteren kann man durch das Beimengen von Fasern die Durchbiegung beträchtlich erhöhen.

The following work supports the development of a flexible concrete that could be produced in thin sheets to cover furniture. To fulfil this objective the modulus of elasticity needs to be reduced to allow sheet deflection while at the same time maintaining or increasing the flexural strength. The word steps summarized in this report include: 1.Literature research (fibers and polymers in concrete)2.Test execution (test preparation, sample production, examination)3.Evaluation and interpretation. The literature listed addressed two possibilities to achieve the desired properties: (i) the addi-tion of polymer admixture into the concrete mix, and (ii) the addition of fibers. Both provided promising data for improving the corresponding concrete properties [1] - [18]. To assess the properties of the newly designed concrete mixtures, with recipes inspired by the literature results, tests were carried out on prismatic test specimens. at 24 hours, 7 days and 28 days. In the first step, following (i), the concrete formulation with polymer proportions were investigated. Two different polymers (ADH - MasterLife ADH 120 and VP - Vinnapas LL 6999) were selected and incorporated into the concrete mix at 5, 15 and 30 wt%, respectively. Using ADH admixture the compressive strength could be reduced by up to 24% and the modulus of elasticity by up to 27%, while the flexural strength could be increased by up to 23%, and the deflection by about 60% (0.33 mm) compared to the mixture without admixture, see also (Abb. 061 und Abb. 087). Using VP admixtures the compressive strength could be reduced by up to 50% and the modulus of elasticity by up to 45% while the flexural strength could be increased by up to 14% and the deflection by approx. 44% (0.37 mm) compared to the mixture without admixture, see also (Abb. 062 und Abb. 099). In the second step, concrete formulations containing fibers were investigated following both without (ii) and with polymer admixture (i) + (ii). For the concrete formulations containing fi-bers (referred to as Engineered Cementitious Composites or ECC) the following evaluation occurs. Using pure ECC the compressive strength could be reduced by up to 41%, the modulus of elasticity by up to 43% and the flexural strength by up to 17%, while the deflection could be increased by about 32% (0.27 mm) compared to the mixture without admixture. Using ECC+30%VP the compressive strength could be reduced by up to 59% and the modulus of elasticity by up to 62%, while the flexural strength could be increased by up to 11% and the deflection by about 256% (0.74 mm) compared to the mixture without admixture, see also (Abb. 056 und Abb. 109). In addition, the modulus of elasticity was determined under different loads. It was found that the moduli of elasticity under compressive and tensile loads are similar, but the modulus of elasticity under bending load displays more variability (Abb. 046). In addition, tests were carried out after drying the samples and a special ready mix (SVI) was tested. These are of secondary relevance to the achievement of the objective and are not described in detail here. The findings evaluated by the study as well as by the literature research were interpreted at the end. In conclusion, it can be stated that the addition of polymers or fibers to the concrete mix can increase the flexural strength and decrease the modulus of elasticity and compressive strength. Furthermore, the addition of fibers can considerably increase the deflection.