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Organisationseinheit der BAM
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.
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.
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.