Herstellung von UHFB mit verschiedenen Zementsorten

Abstract

Ultrahochfester Beton (UHFB) ist eine Betonsorte, die sich durch eine sehr hohe Dichtigkeit und Festigkeit auszeichnet. Die wesentliche Unterscheidung zu Normalbetonen ist eine Druckfestigkeit von über 150 N/mm², sowie ein w/z-Wert < 0,25. Der wichtigste Bestandteil von Beton ist die Zementsteinmatrix, welche im Wesentlichen aus dem Bindemittel Zement und Wasser hergestellt wird. Der Zementleim umhüllt die Zuschläge wie z.B. natürliche Gesteinskörnungen und verklebt diese miteinander. Die Kornzusammensetzung des Feinstkorns beeinflusst die Festigkeit der Zementsteinmatrix wesentlich. Es muss granulometrisch so zusammengesetzt sein, dass eine möglichst dichte Kornpackung entsteht. Die hohe Festigkeit des UHFB wird in erster Linie dadurch erreicht, dass die Porosität des Zementsteins gesenkt und der Anteil an Feinstkorn im Zementstein erhöht werden. Das heisst, dass Je dichter und porenfreier die Zementsteinmatrix ist, desto dichter, fester und anschließend beständiger wird der Beton. Weitere Maßnahme zur Optimierung der Eigenschaften von UHFB ist spezielle Wärmenachbehandlungen. Die Druckfestigkeit wärmebehandelter Proben aus sonst gleichem Beton ist generell deutlich höher als bei Normalluftlagerung. Neben einer sorgfältigen Auswahl der Wärmenachbehandlungen und besonderes Zusammensetzung hat dabei auch der Zementsort einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von UHFB. Über den Zement selbst, dessen Einfluss auf die Eigenschaften von UHFB im Zusammenwirken mit unterschiedlichen Wärmenachbehandlungsmethoden, sowie dem Einsatz von verschiedene Zementsorte liegen erst wenige Untersuchungen vor, woraus sich die Motivation für diese Arbeit ableiten lässt. In umfangreichen Versuchsreihen wurden daher als wesentliche Parameter des Betons, sowie Art des Zementes variiert und die Auswirkungen auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften untersucht. Die Einflüsse des Zementes auf die Eigenschaften von UHPC in Kombination mit unterschiedlichen Wärmenachbehandlungsmethoden konnten durch Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften des Betons charakterisiert werden. Dabei wurden neben der Biege- und Druckfestigkeit auch der Frischbeton Kenngrößen, sowie Rohdichte, Luftgehalt im Beton und Trichterauslaufzeit und Ausbreitmaßes des Betons untersucht.

Ultra-high-performance concrete is a new type of concrete that is being developed by agencies concerned with infrastructure protection. UHPC is characterized by being cement composite material with compressive strengths in excess of 150 MPa, up to and possibly exceeding 250 MPa. UHPC is also characterized by its constituent material make-up: typically fine-grained sand, silica fume, small steel fibers, and special blends of high-strength Portland cement. Note that there is no large aggregate. The current types in production (Ductal, Taktl, etc.) differ from normal concrete in compression by their strain hardening, followed by sudden brittle failure. Ongoing research into UHPC failure via tensile and shear failure is being conducted by multiple government agencies and universities around the world. In addition to a careful selection of heat post-treatments and special composition, the cement site also has a major influence on the properties of UHFB. Only a few studies have been carried out on the cement itself, its influence on the properties of UHFB in combination with different heat aftertreatment methods, as well as the use of different cement types, from which the motivation for this work can be derived. Extensive series of experiments have therefore varied the essential parameters of the concrete, as well as the type of cement, and examined the effects on the fresh and hardened concrete properties. The influence of the cement on the properties of UHPC in combination with different heat aftertreatment methods could be characterized by investigations of the mechanical properties of the concrete. In addition to the bending and compressive strength, the fresh concrete parameters, as well as the raw density, air content in the concrete and hopper discharge time and slump of the concrete were investigated.