Investigation on cement slurries infiltration for the manufacturing of light weight concrete

Abstract

Unsere Studie konzentriert sich auf die Analyse der Infiltration eines Zementleims in ein körniges Gerüst aus Blähtonkügelchen, bekannt als Leca. Ziel der Arbeit ist es, eine Mischung und ein Herstellungsverfahren zu entwickeln, die im Vergleich zu herkömmlichem Beton ein geringeresGewicht, gute thermische Eigenschaften und Beständigkeit aufweist. Wir standen vor experimentellen Herausforderungen wie der Porosität der Leca-Kugeln und ihrer Wasseraufnahme sowieder Zusammensetzung des Zementleims mit verschiedenen Zusatzmitteln und der Packungsdichte des Korngerüsts. Um dies zu untersuchen, haben wir eine Versuchsanordnung entwickelt, beider wir die Zementsuspension durch ein mit Leca gefülltes Rohr von unten nach oben gepumpt haben. Es wurden mehrere umfassende Tests durchgeführt, wobei bei jeder Iteration geringfügige Änderungen vorgenommen wurden, um die strukturelle Integrität des Versuchsaufbaus gegenüber dem während des Pumpvorgangs erzeugten Drücken und den ausgeübten Kräften zu gewährleisten. Wir untersuchten Parameter wie die Leca-Perlengröße, die Wassersättigung, den Wasser-Zement-Wert, den Dichtetest, die Wärmeleitfähigkeit und die rheologischen Eigenschaften des Zementschlamms, um die für eine erfolgreiche Infiltration erforderlichen Eigenschaften besser zu verstehen. Die zusätzliche Untersuchung des Zementleimes, insbesondere die Verwendung einer LC3-Mischung, führt zu einer weiteren positiven Entwicklung in diesem Versuch, da diese Mischung eine geringere CO2-Belastung aufweist. Durch Variation des Wasser-Zement-Wertes,des PCE-Gehaltes, der Zusatzmittel und der Additive ist es möglich, einen Zementstein mit geringerer Entmischung und höherer Packungsdichte und damit verbesserter Fähigkeit zum Eindringen in die Hohlräume sowohl zwischen der Matrix als auch in die Oberflächenporen der Perlen zu erzielen. Eine Reduzierung des Wasser-Zement-Wertes und eine Erhöhung des PCE-Gehaltes sowie die zusätzliche Verwendung von Metakaolin und Mikrosilika waren hilfreich.

Our study focuses on the analysis of the infiltration of a cement paste into a granular framework of expanded clay beads known as Leca. The aim of the work is to develop a mixture and a manufacturing process that have lower weight, good thermal properties and resistance compared to conventional concrete. We faced experimental challenges such as the porosity of the lecaspheres and their water absorption, as well as the composition of the cement paste with differentad mixtures and the packing density of the grain skeleton. To investigate this, we have developed a set-up in which we pump the cement slurry through a pipe filled with Leca from the bottom to the top. Multiple comprehensive tests were conducted, incorporating slight modifications during each iteration, with the overarching goal of guaranteeing the structural integrity of the experimental setup against the pressures generated and the forces exerted during the pumping process. We examined parameters such as the Leca bead size, water saturation, water-cementratio, density test, thermal conductivity and rheological properties of the cement slurry to better understand the properties required for successful infiltration. The additional investigation of the cement paste, especially the use of a LC3 mixture, could lead to a further positive development in this experiment, due to a lower CO2 load induced by this mixture. By varying the water-cementratio, PCE content, ad mixtures, and additives, it is possible to achieve a cement paste with lower segregation and a higher packing density and thus improved ability to penetrate intothe voids both between the matrix and into surface pores of the beads. A reduction of the water-cement ratio and an increase of the PCE content as well as the additional use of metakaolin and microsilica were helpful.