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Organisationseinheit der BAM
Paper des Monats
- ja (1)
Die Oberflächenrauheit eines Bauteils ist eine wichtige Kenngröße für zahlreiche seiner Eigenschaften. Der im Bauwesen übliche Rauheitsparameter ist die Rautiefe Rt bzw. MTD, die durch volumetrische Verfahren (Sandflächenverfahren) ermittelt wird und in zahlreichen Normen Verwendung findet. Laserbasierte Verfahren müssen deshalb eine Umrechnung der aus Oberflächenprofilen gewonnenen Informationen in Rt bzw. MTD ermöglichen. Hierzu wird i.A. ein empirischer Zusammenhang zwischen Parametern zur Beschreibung des Profils und der Rautiefe der entsprechenden Oberfläche verwendet. Der Aufsatz stellt verschiedene Rauheitsdefinitionen vor und vergleicht sie miteinander. Es wird ferner gezeigt, dass die nach verschiedenen Prüfvorschriften ermittelten Rautiefen voneinander abweichen. Das Vorgehen bei der Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Profilparametern und Rautiefen nach einem volumetrischen Verfahren wird demonstriert und der Stand der laufenden Entwicklung eines Prüfgeräts auf Basis eines Linienlasers vorgestellt.
Die Funktionalität und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs- und Verstärkungssystemen an Bauwerken hängt in einem hohen Maß von der Beschaffenheit der Bauteiloberfläche ab. Als aussagekräftiger Parameter bei der Instandsetzung dient hierbei die Rauigkeit oder Rautiefe. Die Bestimmung der Rautiefe wird im Baubereich seit vielen Jahrzehnten unter Verwendung des Sandflächenverfahrens durchgeführt. Dieses volumetrische Messverfahren hat sich als robust und sehr praktikabel erwiesen. Es ist vergleichsweise einfach und ohne größeren Kostenaufwand umsetzbar. Dennoch weist es einige Schwächen in der Anwendung auf. Der größte Mangel ist die Beschränkung auf horizontale, trockene Oberflächen. Sowohl auf vertikalen, geneigten oder gekrümmten Oberflächen als auch „über Kopf1 lässt sich dieses Verfahren nicht anwenden. Bedingt durch verschiedene nationale Normen und unterschiedliche Anwendungsbereiche, weichen sowohl die zu verwendenden Prüfmittel als auch die zu ermittelnden Kenngrößen stark voneinander ab. Dies macht eine genaue Kenntnis über die verschiedenen Vorschriften und deren Inhalte notwendig. Ein weiterer Nachteil ist die, durch das Verfahren bedingte, starke Streuung über den „Prüfereinfluss“ in den zu erzielenden Ergebnissen. Untersuchungen zur Wiederholgenauigkeit ergaben Schwankungen von bis zu 20 Prozent in Abhängigkeit von Prüfer und Prüfvorschrift. An der BAM wurde deshalb ein automatisiertes Messsystem entwickelt,
Die Bestimmung der Rauheit von Bauteiloberflächen stellt eine wichtige Messaufgabe im Bauwesen dar. Vor allem bei der Betoninstandsetzung, im Straßenbau und bei der Herstellung von Stahlbeton-Halbfertigteilen ist die Rauheit – gemessen als Rautiefe – eine wichtige Kenngröße. Zurzeit werden Messungen der Rautiefe mittels volumetrischer Verfahren (Sandflächenverfahren) durchgeführt. Diese bereits seit mehreren Jahrzehnten angewandten Verfahren sind jedoch auf horizontale bzw. wenig geneigte und trockene Oberflächen beschränkt. Darüber hinaus hängen die erzielten Ergebnisse sehr stark von der angewandten Prüfvorschrift, den darin vorgeschriebenen Prüfmitteln und Geräten und dem jeweiligen Anwender ab.
Als Alternative zu den volumetrischen Verfahren wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ein automatisiertes, laserbasiertes Messverfahren entwickelt, mit dem Rautiefen von Bauteiloberflächen in Anlehnung an bereits standardisierte Verfahren bestimmt werden können. Der vorliegende Beitrag befasst sich zunächst mit den konventionellen Prüfverfahren, beschreibt die wichtigsten Zusammenhänge und zeigt die Grenzen dieser Methoden auf. Im zweiten Teil wird das an der BAM entwickeltes Messsystem, als zielführendes Alternativverfahren für die konventionellen Methoden, vorgestellt und dessen Leistungsfähigkeit näher beschrieben.
The main objective of this work is to determine chloride migration coefficients for alkali activated fly ash-based mortars. The effect of various mixture composition is studied. The identified values will be used in simulations of chloride transport in the alkali-activated composites, mainly to determine a critical time span of exposition to chlorides causing corrosion of reinforcement. Rapid chloride migration experiments (RCM) are performed on cylindrical specimens, 100 mm diameter, 50 mm height. Low voltage electric field (10–30 V DC) is applied as a driving force for the accelerated chloride penetration. The chloride front in the sample is identified according to NT Build 492 standard after given time of penetration (depending on the electrical current ~ 3 hours) on a fracture surface using silver nitrate solution.
Further, accelerated diffusion experiments are performed in order to verify the migration coefficients obtained using RCM. The total chloride content is determined, and chloride profiles obtained on powder ground from separate layers of the specimen.
Alkali-activated materials such as geopolymers are currently receiving a lot of attention because of their potential to be used as binders for concrete with advantageous engineering properties and reduced manufacturing CO2 emissions. Knowledge of the durability of steel in these concretes and related properties of alkali-activated materials is a prerequisite for their application as building materials, if they are to be used for steel reinforced elements. However, to date only limited data exists on this topic. The present contribution focuses on durability-related transport properties of geopolymer-based mortars (as model systems for concrete). We report results of accelerated carbonation, rapid chloride migration (RCM) and air permeability measurements as well as porosity data for fly ash-based geopolymer mortars, including mixes containing ground granulated blast furnace slag (GGBFS). In addition, we report polarization resistance data and corrosion potential vs. time curves for carbon steel bars embedded in two of the fly ash-based geopolymer mortars and a CEM I-based mortar (as reference).
Despite comparable total porosities, the carbonation depths, the chloride migration coefficients and the air permeabilities of the mortars differed significantly. In general, the addition of GGBFS to the binders improved the performance (decreased transport coefficients); however, this was not found to be true for the air permeability in all cases. This latter effect can be explained by drying damage of the C-(A-)S-H gel in GGBFS-containing binders. On the other hand, low transport coefficients can also be achieved by optimization of the binder formulation without the addition of GGBFS, which is also reflected in the material’s air permeability. Thus, there exists no simple correlation between air permeability (of harshly dried mortars) and durability-related transport coefficients for the studied alkali-activated materials.
The corrosion potential vs. time curves in combination with polarization resistance values reveal that the steel reinforcement in geopolymer mortars assumed a passive state. However, this happened considerably later than for steel in CEM I-based mortars. The free corrosion potential of carbon steel reinforcement in the geopolymer mortars had different values than the free corrosion potential values for the CEM I-based mortar for both the active and the passive state; possible reasons for this behavior are discussed.
One-part alkali-activated (geopolymer) mortars based on three different silica-rich starting materials and sodium aluminate, with and without ground granulated blast furnace slag (GGBFS) addition, were tested regarding sulfuric acid resistance according to DIN 19573:2016-03 (70 days at pH = 1). Corresponding pastes were characterized by XRD, SEM, chemical analysis, 29Si MAS NMR and 1H-29Si CPMAS NMR after water storage and after acid exposure. The mortars exhibited a high resistance against sulfuric acid attack, with the best ones conforming to the requirements of DIN 19573:2016-03. The analytical results showed that this was due to precipitation of silica gel at the acid-mortar interface, which formed a mechanically stable layer that protected the subjacent mortar and thus inhibited further degradation. The addition of GGBFS decreased the acid resistance via formation of expansive calcium sulfate phases.
Alkali-activated slag materials are known for their high Chloride penetration resistance. This makes them potentially applicable as repair systems for damaged steel-reinforced concrete structures, which are exposed to chloride attack. For this purpose, the influence of the activator composition, i.e. the SiO2 and Na2O concentration of the alkaline solution on a) the compressive strength, b) shrinkage and mass change and c) the resistance against chloride penetration of four alkali-activated slag mortars (AASM) were studied. An ordinary Portland cement-based mortar was used as the reference sample. Increasing SiO2 and Na2O concentrations increased the strength, shrinkage and mass loss of the AASMs. The resistance of the mortars against chloride penetration was evaluated using the non-steady-state migration coefficient Dnssm obtained from NT BUILD 492. The results indicate that the Dnssm is related to differences in the pore solution of the AASMs rather than to differences in their microstructure. An upcoming study of the authors is going to evaluate this hypothesis by the accelerated chloride penetration (diffusion) test.
European and Germany regulations demand an elaborate waste management to save natural resources, reduce waste volumes deposited at landfills and enhance sustainable development by recycling of various residues. Research into the use of these materials in the construction sector and other fields is a positive step forward in achieving these objectives. BAM shares its latest findings.
Reaction products and strength development of wastepaper sludge ash and the influence of alkalis
(2014)
Wastepaper sludge ash (WSA) from a newsprint paper mill was investigated for its mineralogical composition and its reaction products and strength development after activation with water and sodium and potassium hydroxide solutions. The results showed the WSA to consist of calcite, free lime, gehlenite, tricalcium aluminate, belite, talc, quartz and probably a glassy phase. The principle reaction product was monocarboaluminate (CO3–AFm) for the water- as well as for the alkali-activated WSA. Formation of monocarboaluminate and strength gain was more rapid for the alkali-activated WSA until 1 day of curing. However, afterwards reactions proceeded much slower when alkali solutions were used, leading to an about twice as high compressive strength for water-activated WSA mortars after 28 days of curing. The observed behavior is tentatively ascribed to a less uniform microstructure of the alkali-activated WSA. Significant differences between NaOH- and the KOH-activated WSA were not observed.