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In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Betonbauweise beträchtlich von einer Massenanwendung hin zu einer innovativeren, zukunfts- und leistungsorientierten Werkstofftechnologie weiterentwickelt. Heutzutage besteht Beton nicht mehr länger nur aus Zement, Wasser und Gesteinskörnungen, sondern kann unter Anwendung von Zusatzstoffen und chemischen Zusatzmitteln erheblich verbessert werden. Gleichzeitig beschränken die Betonspezifikationen sich nicht mehr auf den Elastizitätsmodul und Druckfestigkeit, sondern Beton kann ebenfalls zur Erfüllung zahlreicher Anwendungskriterien wie Dauerhaftigkeit, Verarbeitbarkeit, Ästhetik, Brandverhalten und vieler anderer mehr beitragen. Gleichzeitig ist jedoch die Zusammensetzung von Beton wegen der Vielzahl an interagierenden Mischungskomponenten komplizierter geworden. Das Verständnis der Auswirkungen der veränderten Mischungskomponenten ist eine Herausforderung, aber auch der Schlüssel zu einer innovativen Betontechnologie.
Steuerung der Mischung
(2015)
Concrete of today has only little in common with the traditional concrete used a few decades ago. It has become a high performance material, which can be adjusted for high performance applications and according to ultimate user specifications. The reason for the rapid evolvement was the increasing awareness about how the rheology of concrete can be improved without negatively affecting the mechanical properties of concrete by chemical admixtures.
The study introduces the porous medium model for the simulation of concrete flow through highly-reinforced sections. It shows that numerical simulations can predict concrete behavior during casting and help to avoid expensive mistakes.
Polysaccharides are incorporated into cement based systems in order to modify the rheological properties. Typically cellulose ethers, sphingan gums 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 shows more divers performances. Often stabilising admixtures like polysaccharides are used, when sophisticated rheological properties are adjusted. Therefore, polysaccharides are often used in combination with superplasticisers. 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 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.
Over the course of the last decades, concrete construction has significantly changed from mass application towards sophisticated more innovative, future oriented, and performance based materials technology. Today concrete no longer consists of cement, water, and aggregates, but can be enhanced significantly by using supplementary additions and chemical admixtures. At the same time the concrete specifications are no longer limited to Young’s modulus and compressive strength, but concrete may need to be designed for a multiple of application criteria such as durability, workability, optics, fire behaviour, and many more. However at the same time, the composition of concrete has become more complex due to the higher number of mutually interacting mixture constituents. Understanding the effects of changed mixture constituents is challenging but a good understanding is the key to innovative concrete technology.
Seit Juli 2014 liegt die EN 206:2014 als neue Betonnorm vor. Neben kleineren Änderungen ergibt sich hierdurch als einschneidende Änderung zur Vorgängerversion EN 206-1:2008 ein ergänzendes Konzept zur Konformitätsbewertung der Druckfestigkeit von Beton. An dieser Stelle werden neben dem bekannten Mittelwertkriterium alternativ sogenannte Kontrollkartenverfahren möglich. Für die Konformitätsbewertung stellt in diesem Zusammenhang insbesondere die Kusum-Methode (kumulierte Summen, aus dem Englischen cusum – cumulative sum) ein Novum dar. Weiterführende Informationen zu Kusum-Methode in der Konformitätsbewertung können der Literatur entnommen werden. Eigentlich ist die Kusum-Methode aber nicht für die Konformitätsbewertung entwickelt worden, sondern vielmehr für die Produktionskontrolle. Der Unterschied zwischen Konformitätsbewertung und Produktionskontrolle ergibt sich daraus, dass die Konformitätskontrolle eine Bedeutung für die öffentliche Sicherheit hat und dass eindeutige technische Grenzwerte vorliegen müssen, die nicht unterschritten werden dürfen, während die Produktionssteuerung ein Werkzeug mit frei wählbaren Grenzwerten für Hersteller ist. Der Handlungsbedarf ist für die Produktionskontrolle optional und ergibt sich in der Regel aus Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen.
Die Schallemissionsanalyse (SEA) ist ein passives zerstörungsfreies Prüfverfahren. mit dem Rissbildung, Risswachstum und andere Gefügeveränderungen delektiert und lokalisiert werden können. Anhand von zwei Beispielen aus der Forschung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wird gezeigt welche Möglichkeiten die SEA beim Bauwerksmonitoring und bei der Untersuchung von Baustoffen bietet. Im ersten Beispiel wird die Ortung von Schallemissionen zur Verfolgung des Risswachstums in Beton eingesetzt. Weiterhin wird mit Zugversuchen an Faserbeton illustriert, dass mit der SEA Versagensmechanismen identifiziert werden können.
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.
Over the last decades concrete has evolved from a simple mass construction material towards a sophisticated multi-component system. The design parameters for the mixture composition of concrete have significantly increased from strength based towards overall or specific performance based. As a result the variety of concrete has increased yielding a number of special concrete technologies such as Self-Compacting Concrete (SCC), High-Performance Concrete (HPC), Strain Hardening Cement Based Composites (SHCC), and many others. Due to their complex mixture compositions and a multitude of possible interactions between constituents, these concrete types are preferably composed of special components like well-defined powders and sophisticated chemical admixtures. This makes such concrete technology expensive and limits their application to regions with the required material supply chains. The paper puts focus on materials, which are less well studied in conjunction with high performance concrete, but which are available in many developing countries, and in particular sub-Saharan Africa. The paper shows how sec can be designed without polycarboxylate ether superplasticizer and well defined fillers, but with lignosulphonate, cassava starch and rice husk ash. The positive effect of well processed rice husk ashes is demonstrated. Furthermore results are presented of SHCC where typical components like polyvinyl alcohol fibres and fluy ash are replaced by sisal fibres and limestone filler, respectively. The results point out that high performance concrete applications do not have to be limited to a boundary framework with availability of well-defined raw material supply structures and sophisticated admixtures or fibres. Concepts are presented how innovative concrete technologies can be developed based on indigenous materials.
Polysaccharides modify the rheological properties of cement based systems. Depending upon their chemistry, molecular architecture, and adsorption tendency, they have different modes of action. Some polysaccharides like diutan gum have strong effect on the fluid phase; others like starch strongly interact with particles. This paper presents effects of diutan gum and starches in presence of polycarboxylates. Rheometric investigations with varied particle volume fractions and increasing coarse aggregate diameters were conducted. The results show that starches have stronger influence on the rheology at high particle volume fractions than diutan gum. At lower particle volume fractions this trend is inverted. Experiments with aggregates sizes up to 16 mm (0.63 in.) indicate that stabilizing agent influences on the effects of aggregates on yield stress were small; however up to 1.0 mm (0.04 in.), a significant effect on the plastic viscosity could be observed, which levelled off at larger diameters.
Flowable concretes can differ significantly from traditional vibrated concrete. Concrete types like self-compacting concrete (SCC), ultra high performance concrete (UHPC) and high performance fibre reinforced cementitious composites (HPFRCCs) require novel mix design approaches. This has consequences for the production and the performance in the hardened state. Mix designs for flowable concretes can incorporate a wide variety of innovative admixtures or components: e.g. superplasticisers increase the flowability and allow for significant reduction of the water content, shrinkage compensating admixtures or superabsorbent polymers support sound and damage free curing processes, viscosity modifying admixtures enhance the robustness, and new fibre types allow for sophisticated and tailored structural performance.
The new Model Code has limitations regarding the application of flowable concrete, e.g. thresholds for the minimum aggregate size and the maximum strength. Provisions are added to include fibres for structural design. fib Task Group 4.3 aims at facilitating the use of innovative flowable materials for designing concrete structures and considers three aspects of flowable concrete: material properties, production effects and structural boundary conditions and performance. This paper reports about the progress of fib TG 4.3 related to the mix design of flowable concrete and discusses the present state-of-the-art concerning admixtures and robustness.
Since the 1980s the range of additives available to modify the behaviour and performance of concrete has greatly expanded. For many applications, control of concrete rheology is critical to obtaining the best performance. The impact of different concrete admixtures on rheology and other factors affecting their selection are discussed.
Hochduktiler Beton eröffnet neue Möglichkeiten bei der Instandsetzung von Bauwerken, der Herstellung dünnwandiger Bauelemente oder dem Einsatz von Dämpfungselementen in stoßartig beanspruchten Bauwerken (z.B. in Erdbebengebieten).
Die Steigerung der Duktilität kann durch die Zugabe von Kurzfasern erreicht werden. Im Falle einer Rissbildung in der Zementsteinmatrix überbrücken die Fasern den Riss, nehmen die Spannung vollständig auf und stoppen lokal das Risswachstum. Bei weiterer Steigerung der Last reißt die Matrix an anderer Stelle. Auf diese Weise wird die Rissbildung fein verteilt und es werden große Dehnungen erreicht, bevor das Bauteil versagt. Zur Optimierung der Festbetoneigenschaften müssen die Matrixfestigkeit und die Faserart sowie deren Gehalt aufeinander abgestimmt werden. Dabei sind auch die Verarbeitungseigenschaften des Frischbetons zu berücksichtigen.
Anhand der Schallemissionen kann die Rissbildung in der Matrix und die Interaktion mit den Fasern analysiert werden. So konnte in ersten Zugversuchen gezeigt werden, dass sich Schallereignisse dem Versagen der Zementsteinmatrix bzw. dem Auszug der Fasern aus der Matrix zuordnen lassen. Damit steht zur Beurteilung des mechanischen Verhaltens von hochduktilem Beton neben der Spannungs-Dehnungs-Linie ein weiteres Verfahren zur Verfügung.
The economic use of chemical admixtures depends on supply chains. Therefore, in most regions ins sub-Saharan Africa (SSA), the use of admixtures is not common practice. This amplifies the unfavorable framework for concrete construction such as fragmentary supply chains, high local cement prices, and unfavorable construction site facilities in this region significantly. The use of superplasticizer (SP) and stabilizing agents (STA) can enhance the concrete technology in SSA, since they can disassociate the concrete quality from external boundary influences. After providing a general overview of the peculiarities of the SSA boundary framework, economic concepts are provided, how existing material solutions can be significantly improved by the use of SPs and STAs based on locally available materials such as lignosulphonates and cassava starch. Finally a three step optimization process is described that helps developing flowable concrete based on materials that can be accessed in most locations in SSA.
This paper presents the analysis of crack propagation in strain-hardening cement-based composite (SHCC) under tensile and flexural load by using acoustic emission (AE). AE is a non-destructive technique to monitor the development of structural damage due to external forces. The main objective of this research was to characterise the cracking behaviour in SHCC in direct tensile and flexural tests by using AE. A better understanding of the development of microcracks in SHCC will lead to a better understanding of pseudo strain-hardening behaviour of SHCC and its general performance. ARAMIS optical deformation analysis was also used in direct tensile tests to observe crack propagation in SHCC materials. For the direct tensile tests, SHCC specimens were prepared with polyvinyl alcohol (PVA) fibre with three different volume percentages (1%, 1.85% and 2.5%). For the flexural test beam specimens, only a fibre dosage of 1.85% was applied. It was found that the application of AE in SHCC can be a good option to analyse the crack growth in the specimens under increasing load, the location of the cracks and most importantly the identification of matrix cracking and fibre rupture or slippage.