Einfluss von Pflanzenkohle auf das Schwindverhalten von Beton mit Hochofenzement

Abstract

Diese Masterarbeit untersucht den Einfluss der Menge und der Vorsättigung der Pflanzenkohle mit Wasser auf das Schwindverhalten verschiedener Mörtelmischungen mit Hochofenzement. Hierfür wurde die Pflanzenkohle „Sonnenerde“, die zu 100 % aus pflanzlichen Abfällen besteht, verwendet. In Voruntersuchungen wurden mit einem Heliumpyknometer und einem Trichterversuch die Reindichte, Rohdichte und Wasseraufnahmefähigkeit der Pflanzenkohle bestimmt und berechnet. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden die Mischungen in Bezug auf die Menge der Pflanzenkohle so festgelegt, dass das Global Warming Potential (GWP) der Mischungen möglichst neutral gehalten wird. Es wurden Mörtelmischungen mit Pflanzenkohleanteilen von 5 %, 10 % und 15 % sowie Vorsättigungszeiten von 0 Minuten, 10 Minuten und 24 Stunden hergestellt. Zur besseren Vergleichbarkeit wurden außerdem Kalksteinmehlmischungen mit denselben Anteilen (5 %, 10 %, 15 %) angesetzt. Zwei Arten von Schwinden wurden untersucht. Die erste Art war das autogene Schwinden, die zweite das Trocknungsschwinden. Beim autogenen Schwinden wurde jede Mischung in zwei Plastikröhrchen gefüllt. Das Schwinden wurde mithilfe von Wegaufnehmern und einer Datenerfassungssoftware gemessen. Nach dem Ausschalen der Probekörper wurde anschließend das Trocknungsschwinden untersucht. Die Auswertung des autogenen Schwindens sowie die Bestimmung des Zeitpunkts t0 („Time Zero“) wurden mithilfe zweier Auswertungsmethoden durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse des autogenen und des Trocknungsschwinden zeigen, dass eine höhere Menge an Pflanzenkohle das Schwinden erhöht, während eine längere Vorsättigung diesen Effekt mindert und somit die zugrunde liegenden Annahmen bestätigt.

This thesis studies how the amount and water pre-soaking time of biochar in water affects shrinkage in different mortar mixes made with blast furnace cement. The biochar used, sourced from “Sonnenerde” is made entirely from plant waste. In preliminary tests, the density and water absorption capacity of the biochar was measured using a helium pycnometer and a customized funnel test. Based on these results, we adjusted the amounts of biochar in the mixes to minimize the Global Warming Potential (GWP). We prepared mortar mixes with biochar amounts of 5%, 10%, and 15%, and with pre-soaking times of 0 minutes, 10 minutes, and 24 hours. For comparison, we also prepared limestone powder mixes with the same amounts (5%, 10%, 15%). Two types of shrinkage were examined. The first type was autogenous shrinkage, the second was drying shrinkage. For autogenous shrinkage, each mixture was filled into two plastic tubes. The shrinkage was measured using displacement transducers and data acquisition software. Afterward, the drying shrinkage was investigated following the demolding of the specimens. The analysis of autogenous shrinkage and the determination of the time point t0 (“Time Zero”) were conducted using two evaluation methods. The results of the investigations into autogenous and drying shrinkage indicate that higher biochar contents lead to increased shrinkage, whereas extended pre-saturation reduces this effect, thereby confirming the underlying assumptions.