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Today, concrete engineers can vary consistencies between very stiff and self-compacting. The possibility to tailor rheological properties of concrete eventually opened up the path to multiple new technologies, where design criteria are no longer limited to the Young’s modulus and the compressive strength, but often comprise additional added value. It can therefore be concluded that the capability to control the rheology of concrete systems can be considered as the catalyst for concrete innovations such as polymer modified cementitious composites (PCC) self-compacting concrete (SCC), high-performance concrete (HPC), ultra-high performance concrete (UHPC) or strain hardening cement based composites (SHCC). In the same way rheology modifying admixtures will become key parameters in mastering the challenges of the next decades such as:
- Additive manufacturing/3D-printing
- Overcoming pumping height limitations
- Casting at extreme temperatures
- Tailored rheology at delivery
In many regions in the Southern hemisphere, and particularly in Africa, the effective use of chemical admixtures for concrete could significantly contribute to solve problems induced by the challenging climatic conditions, but particularly in Africa it is difficult to use them, due to lacking local supply and supply infrastructure. For Africa, concrete admixtures are largely shipped or transported from Europe, the Arabian Peninsula, or Asia. The long distance transportation of chemicals is not very environmentally friendly and the economic consequences are dramatic: the agents are difficult to purchase, expensive, and there is not a large variety of products available in the market.
However, bio-based chemicals have been used in construction for ages effectively. Due to the enormous relevance of rheology modifying admixtures it is worthwhile to recollect that nature provides an enormous variety of chemicals that can be used readily or with low processing. Today, the use of petrol based polycarboxylate ether superplasticizers has become quite common in concrete technology due to their versatility, but their uncomplicated and cost efficient availability is limited in most countries in Africa. However, alternatives are available, which can be found in many regions.
Plant extracts have been used to modify the properties of concrete for long time. These plants are typically regionally abundantly available, cheap, and they are environmental friendly. They do not require special caring for seedlings, weeding or manuring to grow since they grow wildly.
The talk will present an overview of various options for rheology modifying admixtures, that can be found in nature, and that may become a real alternative, once their interaction within the complex cementitious system is well understood.
Während für die Bauwirtschaft in den meisten Ländern der nördlichen Halbkugel die Instandhaltung bestehender Strukturen und Infrastruktur im Vordergrund steht, geht es in vielen Ländern der Südhalbkugel in der Hauptsache um die Schaffung von Bauwerken und Infrastruktur zur Verwirklichung angemessener Lebensbedingungen, was wiederum das schnelle Wirtschaftswachstum weiter befeuert.
Beton ist als Massenbaustoff, trotz landläufig anderer Bewertung, aufgrund seines im Vergleich zu anderen Baustoffen günstigen CO2-Footprints und der globalen Verfügbarkeit hierbei aktuell ohne Alternative. Allerdings ist Beton nach Wasser das am zweithäufigsten genutzte Produkt auf Erden [1] und die globale Nachfrage und Produktion steigt dramatisch. Dies hat Konsequenzen für das globale Klima, denn gerade die als Bindemittel eingesetzten Portlandzemente verursachen bei ihrer Herstellung selbst unter modernsten Produktionsbedingungen große Mengen an CO2.
Deshalb müssen für zukünftige nachhaltigere Technologien neuartige Betone entwickelt werden, die bei gleicher oder verbesserter Leistungsfähigkeit, einen geringeren Bedarf an Portlandzement aufweisen.
Um den CO2-Ausstoß, der mit der Betonherstellung verbunden ist zu minimieren, müssen Anteile an Portlandzement im Bindemittel reduziert und durch nachhaltigere Ersatzstoffe ausgetauscht werden. Darüber hinaus muss das eingesetzte Bindemittel im Beton so effizient wie möglich ausgenutzt werden. Das heißt, ein Bauteil oder Bauwerk sollte gerade so viel Bindemittel enthalten, wie für die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit erforderlich ist. Hierfür erscheint der Einsatz von leistungsfähigen bauchemischen Produkten unumgänglich. Diese können zum einen die veränderten Verarbeitungseigenschaften, die Zementersatzstoffe mit sich bringen, ausgleichen und gleichzeitig helfen, den Gesamtwassergehalt zu minimieren, so dass das Bindemittel seine maximale Leistungsfähigkeit erzielt. Fließmittel sind aktuell die wichtigsten Zusatzmittel für Beton. Sie reduzieren den Wasserbedarf und ermöglichen, Zement im Beton effizienter auszunutzen. Darüber hinaus sind Stabilisierer wichtig zur Erhöhung der Robustheit, insbesondere im Hinblick auf die bautechnischen Herausforderungen der Zukunft – vom Pumpen über weite Distanzen, dem Spritzen, dem Betonieren bei extremen Klimabedingungen bis hin zum 3D-Druck.