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Organisationseinheit der BAM
Paper des Monats
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A silica residue from waste treatment of chlorosilane production was used together with solid sodium aluminate to test its applicability for the production of one-part geopolymers. The blend was activated with water and cured at 70 °C. The degree of reaction and strength were determined after 1, 3, and 7 days. The reaction products were analyzed by XRD and SEM/EDX. Until the third day of curing the degree of reaction of the residue reached 51 % and the strength was 8.9 MPa. The reaction product was identified as geopolymer containing zeolite A. Thus, the results confirmed that the residue may be used in the production of geopolymers. However, after 3 days of curing no further progress of reaction was observed and the strength slightly decreased, which was attributed to changes in the structure of the geopolymeric gel. It was further observed that even harsh vacuum drying left some water (presumably zeolitic water and surface hydroxyl groups) in the geopolymer.
Trotz der zahlreichen Möglichkeiten zur Beeinflussung der Mörteleigenschaften durch Mischungsmodifikationen ist es nahezu unmöglich, einzelne Eigenschaften unabhängig von anderen zu verändern. Bei einer Mischungsoptimierung muss im Einzelfall immer entschieden werden, welcher der gewünschten Eigenschaften die höchste Priorität zukommt. Anhand von Parameterstudien wird im vorliegenden Artikel verdeutlicht, wie es für bestimmte Anwendungen sinnvoll sein kann, die Verschlechterung einzelner Eigenschaften zu akzeptieren, wenn dadurch eine für den speziellen Einsatzfall essenzielle Eigenschaft verbessert werden kann. Die komplexen Wechselwirkungen der einzelnen Bestandteile fuhren dazu, dass auch scheinbar widersprüchliche Kombinationen von Zusatzmitteln im Einzelfall erforderlich werden können. Zur Anpassung der meisten Mörteleigenschaften gibt es verschiedene Möglichkeiten der Zielerreichung mit jeweils unterschiedlichen Nebeneffekten. Frisch- und Festmörteleigenschaften sind dabei gleichermaßen zu beachten.
Derzeit erfolgt in mehreren Arbeitsgruppen unter Einbindung interessierter Kreise die Überarbeitung der 2001 erschienenen Richtlinie 'Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen' (Instandsetzungsrichtlinie) des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton e.V. (DAfStb). Hierüber wird in dem nachfolgenden Beitrag berichtet, um der Fachwelt frühzeitig darzustellen, in welche Richtung die Fortschreibung des Regelwerkes geplant ist.
Die geplante neue Richtlinie wird nach derzeitigem Beratungsstand eine deutliche inhaltliche Erweiterung erfahren. Daher wird sie in 'Richtlinie für die Instandhaltung von Betonbauteilen' (Instandhaltungsrichtlinie) umbenannt und wird Festlegungen zu der grundsätzlichen Vorgehensweise bei der Instandhaltung unter Berücksichtigung der Komponenten Wartung, Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung in Anlehnung an DIN 31051 enthalten. Da diese umfassenderen Aufgaben deutlich präziser beschrieben werden, konkretisieren sich auch die Anforderungen an die erforderliche Qualifikation des sachkundigen Planers, der zukünftig verstärkt die 'Restnutzungsdauer' bei seiner Planung beachten und in entsprechende Maßnahmen umsetzen muss.
Mit den Ergänzungen und Änderungen wird die Richtlinie an die aktuellen Entwicklungen und Regelungen im Betonbau angepasst. Gleichzeitig gewinnt die Planungsleistung erheblich an Bedeutung. Für Instandsetzungsprodukte gemäß DIN EN 1504 werden, die Beseitigung derzeit noch enthaltener Unklarheiten und technischer Defizite auf europäischer Ebene vorausgesetzt, Verwendbarkeitsmöglichkeiten aufgezeigt. Die Ausführung von Instandhaltungsmaßnahmen wird durch die Einführung von Überwachungsklassen mit zugehörigen Anforderungen an die durchzuführenden Prüfungen spezifiziert und damit konkretisiert.
Errichtet aus Glas und Beton prägen heute unzählige Sakralbauten der 1950er- und 60er-Jahre unsere Stadtbilder. Nicht selten sind in diesen Kirchen erhebliche Schäden an den Betonglasfenstern zu verzeichnen. Diese fachgemäß zu erhalten, erfordert spezielles technisches und denkmalpflegerisches Know-how. An der Entwicklung geeigneter Instandsetzungsstrategien arbeitet derzeit ein interdisziplinäres Projektteam.
Wärmebehandlung und Autoklavierung von UHPC - Neue Perspektiven für die Betonfertigteilindustrie
(2011)
Das Gefüge von UHPC ist durch eine dicht gepackte und fehlstellenarme Matrix gekennzeichnet. Eine zusätzliche Optimierung ist durch eine Wärmebehandlung bzw. hydrothermale Nachbehandlung (Autoklavierung) unter einem Wasserdampfsättigungsdruck möglich. Die Wärmebehandlung von Beton ist ein in der Betonfertigteilindustrie geläufiges Verfahren, um die Erstarrungszeit zu verkürzen und höhere Frühfestigkeiten zu erreichen.
Although being a very promising area of concrete technology, computational modeling of fresh concrete flow is a comprehensive and time consuming task. The complexity and required computation time are additionally increased when simulating casting of heavily reinforced sections, where each single reinforcement bar has to be modeled. In order to improve the computation speed and to get closer to a practical tool for simulation of casting processes, an innovative approach to model reinforced sections is proposed here. The basic idea of this approach is to treat the reinforcement zone as a porous medium in which a concrete is propagating. In the present paper, the numerical implementation of this concept is described. A methodology allowing for the computation of the equivalent permeability of the steel bars network is suggested. Finally, this numerical technique efficiency is evaluated by a comparison with experimental results of model fluids casting in model formworks.
Reaction products and strength development of wastepaper sludge ash and the influence of alkalis
(2014)
Wastepaper sludge ash (WSA) from a newsprint paper mill was investigated for its mineralogical composition and its reaction products and strength development after activation with water and sodium and potassium hydroxide solutions. The results showed the WSA to consist of calcite, free lime, gehlenite, tricalcium aluminate, belite, talc, quartz and probably a glassy phase. The principle reaction product was monocarboaluminate (CO3–AFm) for the water- as well as for the alkali-activated WSA. Formation of monocarboaluminate and strength gain was more rapid for the alkali-activated WSA until 1 day of curing. However, afterwards reactions proceeded much slower when alkali solutions were used, leading to an about twice as high compressive strength for water-activated WSA mortars after 28 days of curing. The observed behavior is tentatively ascribed to a less uniform microstructure of the alkali-activated WSA. Significant differences between NaOH- and the KOH-activated WSA were not observed.
The thermal gravimetric analysis (TG) is a common method for the examination of the carbonation progress of cement-based materials. Unfortunately, the thermal properties of some components complicate the evaluation of TG results. Various hydrate phases, like ettringite (AFt), C-S-H and AFm decompose almost simultaneously in the temperature range up to 200 °C. Additionally, physical bound water is released in the same temperature range. In the temperature range between 450 °C and 600 °C the decomposition of calcium hydroxide and amorphous or weakly bound carbonates takes place simultaneously. Carbonates, like calcite, from limestone powder or other additives may be already contained in the noncarbonated sample material. For this research an attempt was made to minimise the influence of these effects. Therefore, differential curves from DTG-results of non-carbonated areas and areas with various states of carbonation of the same sample material were calculated and evaluated. Concretes based on three different types of cement were produced and stored under accelerated carbonation conditions (1 % CO2 in air). The required sample material was obtained by cutting slices from various depth of previously CO2-treated specimen and subsequent grinding. During the sample preparation, a special attention was paid that no additional carbonation processes took place. As reference method for the determination of the carbonation depth the sprayed application of phenolphthalein solution was carried out. Microscopic analysis where examined to confirm the assumptions made previously. Furthermore, the observed effect of encapsulation of calcium hydroxide by carbonates caused by the accelerated carbonation conditions was examined more closely.
Selbstverdichtender Beton verhält sich unter Temperatureinfluss anders als Normalbeton, da die Rheologie neben der fortschreitenden Hydratation zusätzlich durch die von der Zeit und dem Hydratationsfortschritt abhängige Adsorption von Fließmitteln beeinflusst wird. Anhand rheometrischer Betonversuche an SVB unterschiedlicher Entwurfskonzepte mit variierter anionischer Ladungsdichte im Fließmittel wird verdeutlicht, dass mehlkornreiche SVB bei niedrigen Temperaturen sehr robust sind, während bei hohen Temperaturen mehlkornärmere Entwürfe zu bevorzugen sind. Darüber hinaus wird gezeigt, wie sich unterschiedliche Fließmittelmodifikationen in bestimmten Temperaturbereichen verhalten. Anhand des Wasser-Feststoff-Verhältnisses und des Adsorptionsverhaltens von Fließmitteln werden die maßgeblichen Prozesse erläutert und Möglichkeiten für die Entwicklung robuster Mischungen für individuelle Temperaturbereiche aufgeführt.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Regarding the temperature dependent performance, self-compacting concrete (SCC) distinguishes from normal concrete, since its rheology does not only depend upon the hydration itself but supplementary upon the adsorption of superplasticizers, which is affected by the time and the hydration progress. Based on rheometric concrete investigations with different SCC mixture compositions and varied anionic charge densities of the superplasticizers, it is shown that SCC, which is rich in powder components, shows robust performance at low temperatures, while compositions with lower powder contents are favourable at high temperatures. Furthermore, the performance of different superplasticizer modifications at different temperature ranges is demonstrated. The relevant processes are explained by means of the water to powder ratio as well as the adsorption behaviour of superplasticizers, and options for the development of robust mixture compositions for individual temperature ranges are itemised.
Self-compacting concrete (SCC) differs substantially from normal concrete as regards the quantity of superplasticiser dosage. The functionality of superplasticisers, based on the polycarboxylate ether (PCE) superplasticiser customary with SCC, is nowadays very well understood at construction material research level. However, knowledge concerning pertinent correlations does not always permeate practice to an equal extent. PCEs are extremely polymorphic as opposed to earlier superplasticiser groups, which still possess a considerable proportion of the superplasticiser market. The geometry of polymers can be adjusted individually to performance characteristics required for certain uses. Yet, in selecting a superplasticiser for its specified rheological properties, a very strong influence can equally be exerted simultaneously on the subsequent hydration process. The charge density of the PCE employed also plays a key role in connection with both rheology and early hydration.
While today, engineers can choose from a wide range of rheology modifying admixtures, in some parts of the world, these are difficult to access, due to their complex processing. However, alternatives can be bio‐based polymers such as polysaccharides from various sources. These are easily accessible all over the world, do not demand for complicated processing, and typically they are more sustainable than many established materials, which are crude oil‐based.
The paper presents the effects of acacia gum, cassava starch and the gum of triumfetta pendrata A. Rich on the rheological performance of cementitious systems. It is shown that acacia gum can be as efficient as polycarboxylate based superplasticisers, cassava starch can reduce the yield stress slightly with little effect on the plastic viscosity, and the gum of triumfet ta pendrata A. Rich increases the thixotropy of cement pastes with plasticizing polymers significantly.
One-part alkali-activated (geopolymer) mortars based on three different silica-rich starting materials and sodium aluminate, with and without ground granulated blast furnace slag (GGBFS) addition, were tested regarding sulfuric acid resistance according to DIN 19573:2016-03 (70 days at pH = 1). Corresponding pastes were characterized by XRD, SEM, chemical analysis, 29Si MAS NMR and 1H-29Si CPMAS NMR after water storage and after acid exposure. The mortars exhibited a high resistance against sulfuric acid attack, with the best ones conforming to the requirements of DIN 19573:2016-03. The analytical results showed that this was due to precipitation of silica gel at the acid-mortar interface, which formed a mechanically stable layer that protected the subjacent mortar and thus inhibited further degradation. The addition of GGBFS decreased the acid resistance via formation of expansive calcium sulfate phases.
European and Germany regulations demand an elaborate waste management to save natural resources, reduce waste volumes deposited at landfills and enhance sustainable development by recycling of various residues. Research into the use of these materials in the construction sector and other fields is a positive step forward in achieving these objectives. BAM shares its latest findings.
One-part geopolymers offer advantages over conventional geopolymers with regard to handling and storage of feedstocks. However, they often suffer from a low degree of reaction, a high amount of crystalline byproducts, and consequently low strength. In this study, one-part geopolymers were produced from rice husk ash (RHA) and sodium aluminate, and investigated by XRD, ATR-FTIR, SEM and compressive strength testing. The compressive strength of the material was 30 MPa, i.e. significantly higher than for comparable one-part geopolymers. This is attributed to an almost complete reaction of the RHA and the absence of crystalline byproducts (zeolites) in the hardened geopolymer.
Mit Veröffentlichung der europäischen Normenreihe EN 1504 in den Jahren 2004 bis 2008 mussten in Deutschland die bisherigen nationalen Regelungen für die Instandsetzung von standsicherheitsrelevanten Betonbauteilen angepasst werden. Im vorliegenden Entwurf der neuen Instandhaltungs-Richtlinie wurden die Hinweise zur Planung und Durchführung von Instandsetzungsmaßnahmen aus der Instandsetzungsrichtlinie des DAfStb von 2001 entsprechend überarbeitet und aufgrund neuer Erkenntnisse ergänzt. Außerdem wurde das Regelwerk um Gesichtspunkte der Instandhaltung erweitert, sodass die Aspekte Wartung, Inspektion und Verbesserung nun in Anlehnung an DIN 31051 berücksichtigt werden. Zudem wurden Regelungen aus der ZTV-ING sowie der ZTV-W übernommen. Im ersten Teil dieses Artikels geben wir einen Überblick über die Gliederung und wesentliche neue Inhalte wie die Ausweitung der Instandsetzungsprinzipien.
In einer Artikelserie stellen wir die neue Instandhaltungs-Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) vor. Im zweiten Teil geht es um Betonersatz- und Oberflächenschutzsysteme sowie Rissfüllstoffe. Es werden als Folge des EuGH-Urteils vom Oktober 2014 zukünftig keine Anforderungen an Bauprodukte mit dem Nachweis über allgemeine bauaufsichtliche Prüfzeugnisse gestellt. Stattdessen werden auf Basis der Anforderungen individueller Bauwerke notwendige Merkmale von Bauprodukten für die Instandsetzung definiert. Außerdem wird Teil 3 der neuen Instandhaltungs-Richtlinie "Ausführung der Instandsetzung und Überwachung" vorgestellt. Neu ist hier die Einführung von Überwachungsklassen, die sich aus der Art des instand zu setzenden Betonbauteils (standsicherheitsrelevant oder nicht) und der auszuführenden Arbeiten ergeben, zum Beispiel Instandsetzung oder Verstärkung. Am Ende dieses Artikels wird kurz der 4. Teil der neuen Instandhaltungs-Richtlinie erläutert.