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In the last years flowable concrete has become increasingly important in applications such as, for systems with highly reinforced concrete with a complicated formwork, or sprayed concrete and 3D-printing of concrete. For all these applications it is necessary to have tailored rheological properties. Rheology can be described by values of yield stress and plastic viscosity, which can be determined for example by evaluation of rheometer measurements. But for different materials various rheometers with different geometries and stirrers are being used. To see the effects from paste in concrete, it is necessary to investigate mixes of paste, mortar and concrete, stepwise. But currently there exists no device, which is calibrated for these different systems at once. Due to this fact, conventional tests such as V-funnel efflux-time and flow diameter were determined, as well as rheometer data in different cell sizes and geometries.
In this study the assessment of rheological effects in the binder on the rheology of mortar and concrete was investigated by using combination of two rheometers.
In the last years flowable concrete has become increasingly important in applications such as, for systems with highly reinforced concrete with a complicated formwork, or sprayed concrete and 3D-printing of concrete. For all these applications it is necessary to have tailored rheological properties. Rheology can be described by values of yield stress and plastic viscosity, which can be determined for example by evaluation of rheometer measurements. But for different materials various rheometers with different geometries and stirrers are being used. To see the effects from paste in concrete, it is necessary to investigate mixes of paste, mortar and concrete, stepwise. But currently there exists no device, which is calibrated for these different systems at once. Due to this fact, conventional tests such as V-funnel efflux-time and flow diameter were determined, as well as rheometer data in different cell sizes and geometries.
In this study the assessment of rheological effects in the binder on the rheology of mortar was investigated by using combination of two rheometers.
With ongoing innovation in process technology, the challenges of concrete technology are more and more focused on the rheological optimisation for these processes, since improper mixture stability or poor compaction ability negatively affect the concrete homogeneity and quality. However, along with the increasing complexity of today’s concrete mixture compositions, concrete becomes more prone to failure regarding the casting process. Variable properties of the raw materials typically cause changing workability. The reasons can be found among others in scattering water contents, physical or chemical properties of the cement or varying environmental temperatures. Robustness in the delicately adjusted rheology, however, is of utmost importance for modern and future process technology, from sprayed concrete over pumpable concrete towards 3D-printing, with regard to the long-term strength, the function and the durability. Typically, material induced changes cannot be identified easily due to the complex interactions of concrete constituents. Therefore, a precise and prompt counteraction is impossible. However, it is known that the yield stress can be controlled by addition of supplementary superplasticizer or stabilising agent. In combination with computerized process observation tools that can rapidly interpret and react on changes in the rheology, it is therefore thinkable, that only these two admixture types can adjust the rheology steadily and permanently, regardless of the actual root cause for observed macroscopic rheology change. The presentation will firstly give a comprehensive overview of effects at the interface between pore solution, particles and hydrates, which affect the rheology of fresh concrete. Secondly, ways are recommended how the rheology can be actively manipulated before eventually computerized methods are demonstrated that help to actively and rapidly assess and counteract performance scatter during steady casting processes.
Die Rheologie von fließfähigen zementären Systemen mit Fließmitteln wird durch eine Vielzahl parallel stattfindender Effekte beeinflusst. Zu diesen Effekten zählen Wechselwirkungen zwischen den Polymeren und Ionen in der Porenlösung, frühe Phasenbildung, zeitabhängige und kompetitive Adsorption zwischen anionischen Polymeren und Sulfationen, Bildung von Phasen in der Porenlösung sowie Morphologieänderungen an Partikeloberflächen. Die frühe Hydratation von Zement, die durch Lösungs- und Fällungsprozesse angetrieben wird, beeinflusst diese Effekte erheblich. Das permanente Ungleichgewicht der Porenlösung führt zu Veränderungen der Partikeloberflächen, welches widerum zur Folge hat, dass rheometrische Messungen dieser Zementleime anfällig für Streuungen sind. Um die Einflüsse aus der Zementhydratation zu minimieren, wurden die rheometrischen Untersuchungen mit Zement in Porenlösung durchgeführt. Die Experimente wurden mit verschiedenen Feststoffvolumenfraktionen durchgeführt und mit den Ergebnissen identischer Systeme mit Wasser anstelle von Porenlösung verglichen. Zusätzlich wurden die gleichen Systeme mit Zugabe von Polycarboxylatethern untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Leime mit Wasser niedrigere Werte für Fließgrenze und plastische Viskosität aufweisen, als die Systeme mit Porenlösung. Während die Polymere eine Verminderung der Fließgrenze zur Folge hatte, war die Wirkung von Polymeren auf die plastische Viskosität vernachlässigbar. Zusätzlich wurde die frühe Hydratation unter Verwendung von Wärmeflusskalorimetrie, Rasterelektronenmikroskopie und Nadeleindringtiefe beobachtet.
Die Rheologie von fließfähigen zementären Systemen mit Fließmitteln wird durch eine Vielzahl parallel stattfindender Effekte beeinflusst. Zu diesen Effekten zählen Wechselwirkungen zwischen den Polymeren und Ionen in der Porenlösung, frühe Phasenbildung, zeitabhängige und kompetitive Adsorption zwischen anionischen Polymeren und Sulfationen, Bildung von Phasen in der Porenlösung sowie Morphologieänderungen an Partikeloberflächen. Die frühe Hydratation von Zement, die durch Lösungs- und Fällungsprozesse angetrieben wird, beeinflusst diese Effekte erheblich. Das permanente Ungleichgewicht der Porenlösung führt zu Veränderungen der Partikeloberflächen, welches widerum zur Folge hat, dass rheometrische Messungen dieser Zementleime anfällig für Streuungen sind. Um die Einflüsse aus der Zementhydratation zu minimieren, wurden die rheometrischen Untersuchungen mit Zement in Wasser, wässriger Phase von Zementleim bzw. mit vorhydratisiertem Zement durchgeführt. Zusätzlich wurden die gleichen Systeme mit Zugabe von Polycarboxylatethern untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Leime mit Wasser niedrigere Werte für Fließgrenze und plastische Viskosität aufweisen, als die Systeme mit der wässrigen Phase von Zementleim. Während die Polymere eine Verminderung der Fließgrenze zur Folge hatte, war die Wirkung von Polymeren auf die plastische Viskosität vernachlässigbar. Zusätzlich wurde die frühe Hydratation unter Verwendung von Wärmeflusskalorimetrie, Rasterelektronenmikroskopie und Nadeleindringtiefe beobachtet.
The paper presents rheometric results and hydration curves for cementitious systems based on cement mixed with different aqueous phases at solid volume fraction of = 0.45. The varied aqueous phases were deionized water, limewater, the filter residue of a cement paste mixed at w/c = 2.0, and the filtrate of cement paste at solid volume fraction of 0.45. Each cementitious system provided different amounts and sizes of particles formed in the aqueous phase. The pastes were observed with and without polycarboxylate ether based superplasticizer. It was observed that the presence of particles causes higher PCE saturation dosages to achieve a minimum value, but the minimum value is only affected in the case of large particles. In all cases with and without PCE, the presence of small particles causes increased plastic viscosity. In addition, with decreased number and size of hydrates in the aqueous phase the hydration was retarded, which was specifically pronounced in the presence of PCE
In urbanen Zentren schreitet die Versiegelung von Oberflächen voran. Ursache ist die stetige Zunahme moderner Infrastruktur. Straßen und Plätze heizen sich stärker auf und begünstigen die Entstehung von Hitzeinseln (Urban Heat Island Effect). Dies wirkt sich zunehmend negativ auf die Lebensqualität innerhalb dieser Städte aus. Einen möglichen Lösungsansatz zur Abschwächung dieses Effekts bietet die Entwicklung von Betonpflastersteinen mit erweiterten Leistungsmerkmalen. Der Einsatz von wasserspeichernden Materialien kann zur Verringerung der Oberflächentemperatur durch Ausnutzung von Verdunstungskälte einen Beitrag leisten. Die speziellen Anforderungen an die Pflastersteine bedürfen genauerer Untersuchungen, wobei diese über den Umfang der Standardprüfungen hinausgehen und eine entsprechende Anpassung der Messtechnik zum Nachweis der Wirksamkeit erforderlich machen. Da die selbstkühlenden Pflastersteine nach dem Prinzip der Verdunstung arbeiten, ist sowohl die Fähigkeit der Speicherung als auch die Fähigkeit zur kontinuierlichen Abgabe von Wasser nachzuweisen. Der kühlende Effekt in Bezug auf Oberfläche und Umgebung steht dabei im Vordergrund. Des Weiteren sind Untersuchungen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen sowohl unter Laborbedingungen als auch im Freifeldversuch durchzuführen. Die Prüfung der Druckfestigkeit und der kapillaren Wasseraufnahme und des sind ebenfalls Bestandteil der umfangreichen Untersuchungen. Durch den Einsatz von thermischer Messtechnik sowie mechanischer Prüfungen und Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit ist es möglich eine Charakterisierung der Pflastersteine vorzunehmen und deren prinzipielle Funktionalität nachzuweisen. In diesem Beitrag werden die verschiedenen Möglichkeiten und die daraus resultierenden Ergebnisse vorgestellt und so Schlüsse zur Funktion und Anwendbarkeit von derartig modifizierten Betonpflastersteinen gezogen.
Das Forschungsprojekt "RC-Leichtgranulate" umfasst die Optimierung des Herstellungsprozesses von Leichtgranulaten aus heterogenen und teilweise feinkörnigen Bau- und Abbruchabfällen und Applikationsuntersuchungen dieser Granulate. Aufgrund der großen Verwertungsdefizite von Mauerwerkbruch im Vergleich zu Betonbruch, wird das Hauptaugenmerk auf den Einsatz von Mauerwerkbruch als Ausgangsmaterial für die Leichtgranulate gelegt. Dabei wird das Rohstoffpotential des Mauerwerkbruchs genutzt, das heißt die chemisch-mineralogische Zusammensetzung des Ausgangsmaterials ist von entscheidender Bedeutung. Die Produktion der Leichtgranulate erfolgt durch einen mehrstufigen Herstellungsprozess mit abschließender thermischer Erhärtung.
Die Leichtgranulate sollen sowohl im Beton als auch in Spezialmörteln in der Denkmalpflege Anwendung finden. Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit dem Einsatz von RC-Leichtgranulaten mit Korngrößen kleiner als 2 mm in Restauriermörteln und Steinersatzmassen. In einem ersten Schritt wird eine für Restauriermörtel entwickelte Basismischung mit Natursand im Hinblick auf den Einsatz leichter Gesteinskörnungen modifiziert. Ziel ist es, einen gut verarbeitbaren Leichtmörtel herzustellen, der aber Ähnliche Festigkeiten wie die Basismischung erreicht. Die Anforderungen an die Mörtel, die Mischungszusammensetzungen und die Ergebnisse aus den Frisch- und Festmörtelprüfungen werden vorgestellt.
Zur Untersuchung der Wirkungsweise von ST ohne und in Gegenwart von FM wurden Untersuchungen an Zementleimen mit unterschiedlichen Φρ und variierten St-Modifikationen durchgeführt. Folgendes kann zusammengefasst werden:
Mit zunehmendem Φρ nimmt der Einfluss aller beobachteten ST auf To und Πpl gegenüber dem wässrigen System ab. Bei hohem Φρ reduzieren alle ST Πpl. Diutan Gum und die hochmodifizierte Stärke können aber ein erhöhtes -r0 bewirken. In Gegenwart von FM werden ST insbesondere bei höheren FM-Dosierungen wirksam mit Bezug auf erhöhtes Πpl. Erhöhtes t0 erzielten nur ST-DG und ST-npg. Setzfließmaßversuche konnten darüber hinaus zeigen, dass Stärken besonders effektiv wirken, wenn der Feststoffgehalt sehr hoch ist, während Diutan Gum eine höhere Wirksamkeit aufweist, wenn höhere Wassergehalte im System sind. Die Wirkungsweise von ST ist sehr stark von <l>p und der Gegenwart von FM abhängig. Die Ergebnisse zeigen. dass für Stärken die Modifikation eine sehr große Rolle spielen kann und dass weitere Untersuchungen zeigen müssen, inwieweit ST auf bestimmte Anwendungen maßgeschneidert werden können.
The paper showed that the STAs behave completely different in pastes with LSF and cement, respectively, as well as with or without PCE. While STA can affect plastic viscosity and yield stress in LSF and cement pastes, the addition of PCE causes that the STA have mainly an impact on plastic viscosity, except DGUM and ST-low. The performance of STA in LSF and cementitious systems can vary greatly due to different ionic strengths of the liquid phase. The charges due to modification of the starches have an intense influence on the rheological properties in pastes. The combined use of PCE and STA can lead to a significant increase of the plastic viscosity without a strong effect to the yield stress. For the evaluation of the effectivity of STA the ionic strength of the liquid phase and the solid volume fraction of the binder have to be taken into account. Further influences can arise from grain size and aggregate content as well as the temperature, which were not discussed in this paper.