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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.
Industrial wastes (bottom ash, crushed concrete fines, filter residue, paper ash and lignite fly ash) have potential for use in building materials, for instance as raw materials for clinker production, as supplementary cementitious materials (SCMs) or mineral additions in concrete. The properties of the products are dependent on the reactivity of the waste materials used, which can be classified as inert, latent hydraulic or pozzolanic. In this study, waste materials were first characterised. This was followed by theoretical considerations of the mentioned application options. Experiments were limited to evaluation of potential as SCMs and, for this purpose, activity index measurements and calorimetric and thermogravimetric analyses were performed. Finally, the synergetic effects of various waste materials were considered. Paper ash (calcium oxide source) and filter residue (amorphous silicon dioxide source) showed the best prospects for use as cementitious material components.
Hochfeste und ultrahochfeste Stahlfaserbetone eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften für den Einsatz bei extremen mechanischen Beanspruchungen. Das für diesen Einsatz erforderliche duktile Bruchverhalten unter Zugbeanspruchung wird ausschließlich durch die Zugabe von geeigneten Stahlfasern und deren Wirkung in der Zementsteinmatrix erreicht. Für eine gezielte stoffliche Optimierung des Systems sind fundierte Kenntnisse zur Wirkungsweise der Stahlfasern notwendig, die bei bisherigen Untersuchungen lediglich auf Basis von klassischen Messverfahren zerstörender Prüfungen gewonnen wurden. Durch das Einbeziehen von Methoden der zerstörungsfreien Materialcharakterisierung können das Bruchverhalten hochfester und ultrahochfester Stahlfaserbetone orts- und zeitaufgelöst untersucht und die einzelnen Phasen des Schädigungsprozesses identifiziert werden. Anhand der vorliegenden Ergebnisse von Zugversuchen eines ultrahochfesten Stahlfaserbetons wird der kombinierte Einsatz von Methoden der zerstörungsfreien Materialprüfung gezeigt und deren Anwendbarkeit in der Analyse des Bruchverhaltens diskutiert. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Charakterisierung der ausschlaggebenden Versagensmodi unter Zugbelastung durch die einzelnen Verfahren und dem Vergleich zu klassischen Messmethoden (z. B. Extensometer). Die Zugversuche wurden dazu parallel durch optische Verformungsanalyse mittels Bildkorrelation (DIC), Schallemissionsanalyse (SEA) und 3-D-Computertomografie (CT) begleitet.
Die Herausforderung einer anspruchsvollen Natursteininstandsetzung liegt in der richtigen Zusammensatzung der Steinersatzmassen. Dabei müssen vielerlei, teilweise gegenläufige Interessen miteinander vereinbart werden: Mechanische und bauphysikalische Belange müssen genauso beachtet werden wie denkmalpflegerische und gestalterische Aspekte. Auf die konkreten Anforderungen und Voraussetzungen einer Restaurierungsaufgabe reagieren zu können, ist die Grundvoraussetzung für ein gutes Gelingen. Hilfreich sind hier Mischungen, die modular aufgebaut sind und sich individuell und flexibel an die Erfordernisse anpassen lassen.
This contribution presents the results of structural and compressive strength investigations on cured andhigh-temperature treated silica-based one-part geopolymer-zeolite composites. The specimens weresynthesized from two different silica sources, sodium aluminate and water. The phase content as well asthe compressive strength of the cured composites varied depending on the starting mix-design and thesilica feedstock. Besides geopolymeric gel, A-type zeolites and hydrosodalites were the major reactionproducts. One of the silica feedstocks yielded significantly higher compressive strength (19 MPa), whilethe other one appears to cause less variation in phase content. Strength testing indicated an improvementon heating up to
200–400 °C (28 MPa) followed by a moderate decrease up to 700 °C. Above 700 °C the sys-tems underwent new phase formation and shrinkage (volume decrease) deformations. After exposureat 1000 °C the different mixes consisted of a mix of several stuffed silica phases, almost pure hexago-nal nepheline or amorphous phase. Depending on the mix-design, the onset temperature of the hightemperature phase transformations varied.
Die Bestimmung der Rauheit von Bauteiloberflächen stellt eine wichtige Messaufgabe im Bauwesen dar. Vor allem bei der Betoninstandsetzung, im Straßenbau und bei der Herstellung von Stahlbeton-Halbfertigteilen ist die Rauheit – gemessen als Rautiefe – eine wichtige Kenngröße. Zurzeit werden Messungen der Rautiefe mittels volumetrischer Verfahren (Sandflächenverfahren) durchgeführt. Diese bereits seit mehreren Jahrzehnten angewandten Verfahren sind jedoch auf horizontale bzw. wenig geneigte und trockene Oberflächen beschränkt. Darüber hinaus hängen die erzielten Ergebnisse sehr stark von der angewandten Prüfvorschrift, den darin vorgeschriebenen Prüfmitteln und Geräten und dem jeweiligen Anwender ab.
Als Alternative zu den volumetrischen Verfahren wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ein automatisiertes, laserbasiertes Messverfahren entwickelt, mit dem Rautiefen von Bauteiloberflächen in Anlehnung an bereits standardisierte Verfahren bestimmt werden können. Der vorliegende Beitrag befasst sich zunächst mit den konventionellen Prüfverfahren, beschreibt die wichtigsten Zusammenhänge und zeigt die Grenzen dieser Methoden auf. Im zweiten Teil wird das an der BAM entwickeltes Messsystem, als zielführendes Alternativverfahren für die konventionellen Methoden, vorgestellt und dessen Leistungsfähigkeit näher beschrieben.
Polysaccharides are incorporated into cement based Systems in order to modify the rheological properties. Typically, cellulose ethers, sphingan gums, guar gum or starch ethers are applied. Depending upon their chemistry, molecular architecture, and adsorption tendency, polysaccharides interact differently with the entire cementitious system. Some stabilising agents like diutan gum mainly affect the cementitious paste; other stabilising agents like starch tend to interact with the sand fraction and even with the coarse aggregates. Cellulose and guar gum shows more diverse performances.
Typically stabilising admixtures like polysaccharides are used, when sophisticated rheological properties are adjusted. Therefore, polysaccharides are often used in combination with superplasticisers, which are added to reduce the yield stress of concrete. This can cause interactions, particularly when the stabilising Agent shows a strong tendency to adsorb on particle surfaces. Adsorptive stabilising agents may reduce the amount of adsorbed superplasticisers, thus affecting both viscosity and yield stress, while non-adsorptive stabilising agents mainly affect the plastic viscosity independently of the superplasticiser. Due to the strong influence of superplasticisers on the yield stress, influences of the stabilising agent on the yield stress retreat into the background, so that their major effect is an increase of the plastic viscosity.
The paper provides a comprehensive overview of how different polysaccharide superplasticisers affect cementitious flowable systems and points out the challenges of the combined use of polysaccharides and superplasticisers. Based on rheometric experiments and observations of the hydration process, time dependent effects on the workability as well as of the hydration of cement are presented and discussed.
In this work, engineered recycled mineral admixtures were obtained from four different industrial residues: basic oxygen furnace slag, iron ore tailings, quartz mining tailings and quartzite mining tailings.
The grinding performance was evaluated in two different programs and the characterization included chemical and mineralogical composition, particle morphology, and physical properties. Performance evaluations were carried out in blended pastes and mortars, including flow properties, hydration kinetics, soundness, pozzolanic activity, and compressive strength. Coarser-than-cement admixtures allowed better flow performance, greater dimensional stability and more economical production, while finer-thancementn admixtures improved mechanical performance by both filler effect and cementing activity.
Nachdem vor ca. 20 Jahren in Japan die Entwicklung der selbstverdichtenden Betone begann, dauerte es weitere 10 Jahre, bis diese Entwicklung auch Europa erreichte. Obwohl im Fertigteilsektor bereits deutlich mehr SVB zum Einsatz kommt als im Transportbetonbereich, bleiben die Produktionsmengen hinter dem zurück, was die Potenziale und Chancen dieser Technologie eigentlich erwarten ließen. Eine Ursache für die geringe Marktverbreitung sind die stark schwankenden und teilweise nur schwer beherrschbaren Frischbetoneigenschaften dieser Betone.