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Im Rahmen von MICROCON, einem europäischen CRAFT-Projekt,
besteht eine wesentliche Zielsetzung in der Optimierung von selbstverdichtendem Beton (SVB) im Hinblick auf Kosten und Leistungsfähigkeit durch den Einsatz von teilweise puzzolanischen Microfillern. Um die Puzzolanität bei der Beurteilung besser bewerten zu können, wird ein Referenzbeton benötigt, der aus weitestgehend inerten Zusatzstoffen besteht. Die Entwicklung eines solchen Referenzbetons fand an der BAM nach der japanischen Methode nach Okamura statt.
Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts Microcon wurden wirtschaftliche und ökologische Ansätze zur Verwendung von Feinstfüllstoffen so genannten Microfillern in Bauprodukten, die auf zementgebundenen Systemen basieren, untersucht. Hauptzielsetzung war die Entwicklung von modifizierten Bindemitteln und Zusätzen für die Transportbeton- und Fertigteilindustrie bis hin zur Marktreife. Eine der Neuentwicklungen war eine leicht handhabbare Werktrockenmischung für selbstverdichtenden Beton (SVB), die alle Schlüsselkomponenten bis auf das Bindemittel und die grobe Gesteinskörnung enthält und eine hohe Robustheit in der Anwendung gewährleistet.
Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften fließfähiger Betone bei veränderlichen Temperaturen
(2010)
In Produktionspausen können in Betonwerken nennenswerte Lagerungsintervalle entstehen. Auf Baustellen und in den Instandsetzungen werden Zement- und Trockenmörtelsäcke teilweise über längere Zeiträume gelagert. Auch im Zusammenhang mit Zementimporten und zunehmend filigran abgestimmten Betonrezepturen die bereits bei kleinen Änderungen der Ausgangsstoffe sensibel reagieren, nimmt die Relevanz der Zementlagerung zu. Aus diesem Grund wurde der Einfluss der Zementlagerung auf die Eigenschaften von Betonen in einer Versuchsreihe an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ermittelt.
Varying ambient temperatures in plants or on construction sites during casting of SCC can cause serious problems affecting the fresh concrete performances, such as rheological properties and setting time, with consequences for the hardened properties in the structure. By sensible choices of the components, the robustness of SCC mixtures against temperature variations can be improved. However, this aspect has not been the focus of intensive research yet. In this study the effects of varied ambient temperatures on the early performance of differently composed SCC mixtures are investigated, with emphasis on changes in rheology, early deformations, heat evolution and setting. Focus is placed on the study of the influence of the polycarboxylate ether molecule type as well as different viscositymodifying agents on the temperature robustness. Effects on the relevance for practical concrete applications are evaluated, which will provide a reliable framework of possible actions on the appropriate use of admixtures for SCC.
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.
Selbstverdichtender Beton (SVB) findet kaum Anwendung als Transportbeton. Ein wesentlicher Grund hierfür ist, dass die Außentemperaturen auf der Baustelle nicht gesteuert werden können. Während des Betonierens können allerdings Schwankungen in der Umgebungstemperatur die rheologischen Eigenschaften aber auch das Erstarrungsverhalten signifikant beeinflussen, wodurch in der Folge auch Veränderungen im Festbeton auftreten können. Durch geeignete Wahl der Komponenten kann die Robustheit von SVB gegenüber Einflüssen aus den Umgebungsbedingungen deutlich verbessert werden.
In der vorgestellten Arbeit werden anhand von Untersuchungen am Betonrheometer, am Setzfließmaß und am Erstarren nach Vicat die Einflüsse von veränderlichen Umgebungstemperaturen auf die frühen Eigenschaften von SVB dargestellt. Der Fokus liegt auf Effekten, die durch die Modifikation von Polycarboxylatether-Fließmitteln und durch Stabilisierer eingetragen werden. Darüber hinaus wird der Einfluss des Mischungsentwurfes gezeigt. Die Ergebnisse werden mit Relevanz für praktische Betonanwendungen analysiert und es werden die wichtigen Einflussgrößen zur Verbesserung der Robustheit von SVB gegenüber Temperaturschwankungen herausgearbeitet.
Stabilising admixtures are commonly used additives in repair mortars and grouts. Beyond this, such type of admixture is increasingly used in concrete and other cementitious materials. In particular when fresh mortar or concrete properties have to be adjusted reliably, stabilising agents can be beneficially used to improve workability and robustness of the mixture. The mode of operation of these admixtures varies, rather affecting either the liquid phase or the solid particles in the dispersion, both causing strong interactions with the mortar or concrete system, and significant changes in their rheological behaviour. Furthermore, these are strongly affected by the environmental temperature during the casting process. In the paper the effect of temperature on the performance of stabilising agents in cementitious systems is presented and how performance changes affect fresh and hardening mortar or concrete properties. Particular attention is placed on interactions between stabilising agents and superplasticizers. Results are discussed with special focus on self-compacting concrete.
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.
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.
Innovative admixture technology has significantly widened up the ränge of possibilities of concrete engineers. For many decades the water to cement ratio (w/c) was the major influencing factor for the performance of concrete. Due to the need to adjust a consistency, which still allowed reasonable workability, the w/c was typically significantly higher than technologically reasonable. Rheology modifying admixtures Support adjusting the concrete consistency largely independent of the w/c. It was only after the invention of the first superplasticizers that modern concrete technology significantly evolved in terms of flowability, strength, and durability, and only due to the steady evolution of the technology modern innovations, such as Self-Compacting Concrete, Ultra-High-Performance Concrete, or Engineered Cementitious Composites were made possible. Today’s superplasticizers are extremely versatile and can be adjusted to individual technologicalspecifications. However, the other side of the coin of versatility is that cementitious Systems incorporating superplasticizers have become more sensitive against environmental influences, such as the environmental temperature, which may cause unwanted effects or demand for supplementary admixture use such as stabilizing admixtures. Hence, concrete mixture composition with admixtures demands for a high level of expertise and offen there is lack of awareness about the mode of Operation of rheology modifying admixtures among concrete technologists. The paper gives a comprehensive overview about rheology modifying admixtures such as superplasticizers or stabilizing agents, and how they can be used depending upon the application in the most favourable way. Based on experiences with the sub-Saharan African concreting boundary conditions, which exhibit many challenges in terms of environmental boundary conditions and construction site logistics, conclusions are finally drawn, how admixtures can be used in the most beneficial way to improve the concrete casting Situation.
Im Hinblick auf die Konformitätsbewertung der Druckfestigkeit von Beton wird es in der für 2014 geplanten Fassung der EN 206 signifikante Änderungen geben. Neben den bisher bekannten Verfahren werden auch sogenannte Kontrollkartensysteme als Konformitätsnachweis zugelassen. Dabei können beliebige Kontrollkartensysteme verwendet werden, sofern nachgewiesen werden kann, dass der maximale Durchschlupf (Average Outgoing Quality Limit, AOQL) 5 % beträgt. Im informativen Normenanhang werden zwei grundlegende Verfahren, das sogenannte Shewhart-Verfahren sowie das CUSUM-Verfahren (Cumulative Sum) beschrieben, welche beide die Forderung an das AOQL erfüllen.
Kontrollkartensysteme sind eigentlich Werkzeuge zur Prozesssteuerung. Sie können effektiv dabei helfen, die Produktion technisch, ökonomisch und ökologisch zu optimieren. Allerdings sind Kontrollkarten deutlich komplexer in der Anwendung als die bisher normativ erfassten Methoden. Der vorliegende Beitrag stellt die neuen Verfahren und deren Besonderheiten anhand von Beispielen vor. Darüber hinaus werden der Zusatznutzen bei sachgerechter Anwendung im Vergleich und Vor- und Nachteile zu den bisherigen Verfahren dargestellt und diskutiert.--------------------------------------------------------------------------------------
With regard to the conformity assessment of the compressive strength of concrete, there will be significant changes in the EN 206, which is scheduled for publication in 2014. So called control chart systems will be approved supplementary to the existing methods. Any control chart can be used as long as the system can grant an average outgoing quality limit (AOQL) of 5 %. The informative appendix of the standard presents two fundamental control chart methods, the so called Shewhart method and the CUSUM method (cumulative sum), both of which fulfill the required AOQL.
Control card systems are actually tools for process control. They can effectively help to optimise production processes technically, economically, and ecologically. However, control charts are much more complex to use than the methods known from the recently applied standard. This paper presents these new methods and their characteristics using examples. Furthermore, the additional benefit of these systems is illustrated and advantages and disadvantages are discussed in comparison to existing methods.
In Europe a multi-national research project was initiated entitled “Rational Production and
Improved Working Environment through Using Self-Compacting Concrete”, followed by
another project entitled “Testing SCC”, which helped spreading the benefits of SCC to a wide
range of appliers. This project was also the basis of a widely accepted European guideline
on Self compacted concrete published by the European industry association bibm,
CEMBUREAU, EFCA, EFNARC, ERMCO, which again builds the basis of the European
standards for the testing of SCC (EN 12350, Parts 8 to 12) as well as for the actual
modernisation of the European concrete standard EN 206-1.
During the last three decades concrete has emerged from a rather simple mass construction material based on only the three components cement, water, and aggregates towards 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. Hence, mineral additions and in particular Chemical admixtures have been the most influential factors for the technological boost since approximately the 1980s.
The incorporation of superplasticizers into concrete mixture compositions eventually facilitated concrete engineers to improve the workability properties without need to increase the water-cement-ratio (w/c) and furthermore to significantly reduce the w/c without loss of workability. This finally resulted in concrete with higher performance and specified properties. Fillers are basically used to improve the particle packing of cementitious Systems, but they can also be used beneficially to support the rheology, since they modify the water demand and may interact with superplasticizers as well.
Finally, supplementary admixtures like polysaccharides have become more populär in the field of mortar, plaster, and grout technology. They can have a variety of rheological effects on cementitious Systems, which can be used to individually adjust their performance.
The possibility to control the rheology and the significantly widened ränge of consistencies that can be adjusted opened up the gates for modern concrete and any type of high performance concrete. Therefore, without doubt, it can be concluded that the capability to control the rheology of concrete Systems can be considered as the catalyst for the invention of the many recent mortar and concrete innovations such as polymer modified cementitious composites (PCC) self-compacting concrete (SCC), high-performance concrete (HPC), ultra-high performance concrete (UHPC) or engineered cementitious composites (ECC).
Therefore, understanding the rheology of cementitious Systems and how to control the workability by the use of Chemical admixtures is the key to innovations in concrete technology.
However, the other side of the coin of versatility is that sophisticated cementitious Systems have become more sensitive. Hence, concrete mixture composition with admixtures demands for a high level of expertise and often there is lack of awareness about the mode of Operation of rheology modifying admixtures among concrete technoiogists. The paper gives a comprehensive overview about rheology modifying constituents such as superplasticizers, stabilising agents, and mineral fillers, and how they can be used depending upon the application in the most favourable way.
Cement proficiency testing scheme for Africa / Programm zur Eignungsprüfung von Zement in Afrika
(2014)
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.
Supplementary Cementitious Materials an Admixtures - Part I: Supplementary Cementitious Materials
(2014)
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.
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.
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.
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.
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.
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 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.