Schnelltest zur Bestimmung der Sedimentationsneigung selbstverdichtender Betone
Grundlagen, Versuchsbeschreibung und Ergebnisse von Laborversuchen
Lowke, Dirk / Schießl, Peter
Trotz seiner zahlreichen betontechnologischen Vorteile hinsichtlich Verarbeitbarkeit und Ausführungsqualität, die sich bei fachgerechtem Umgang auch wirtschaftlich niederschlagen, ist es den selbstverdichtenden Betonen in Deutschland bisher nicht gelungen, im angemessenen Umfang zur Anwendung zu kommen. Eine Ursache stellt sicherlich der hohe Überwachungsaufwand der Frischbetoneigenschaften dar. Schwankungen in der Mischungszusammensetzung oder Schwankungen in der Qualität der Ausgangsstoffe können zu einem Verlust der optimalen Eigenschaften des selbstverdichtenden Betons führen. Während die Verarbeitbarkeitseigenschaften wie Fließfähigkeit und Viskosität mit zahlreichen Versuchen aussagekräftig und schnell beurteilt und bei Bedarf korrigiert werden können, fehlt bisher ein einfach zu handhabender Schnelltest zur Bestimmung der Sedimentationsbeständigkeit. Am Centrum Baustoffe und Materialprüfung (cbm) der TU München wurde ein Schnellversuch zur Beurteilung der Sedimentationsneigung selbstverdichtender Betone entwickelt. Mit einem Kugel-Eindringversuch kann innerhalb weniger Minuten eine Aussage über die Gefügestabilität eines Betons gewonnen werden. Der Beitrag beschreibt das Verfahren und zeigt Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen. Die Idee des Kugeleindringversuchs liegt in der Bewertung des Eindringverhaltens von Kugeln mit definiertem Durchmesser und definierter Dichte in den Beton. Entgegen rheologischen Messverfahren, wie beispielsweise einem Kugelfallviskosimeter, ist dieser Test nicht dazu bestimmt, die Fließgrenze oder die Viskosität des Betons zu bestimmen. Es soll vielmehr das Sedimentationsverhalten der groben Gesteinskörnung simuliert werden. Aus diesem Grund entspricht die Dichte der Kugel der Dichte der groben Gesteinskörung. Der Durchmesser liegt ebenfalls im Bereich der groben Gesteinskörnung. So entsprechen die Kraft- und Geschwindigkeitsverhältnisse dem realen Vorgang der Sedimentation der groben Gesteinskörnung in der Mörtelmatrix. Im Rahmen der vorgestellten Untersuchungen wurden Kugeln mit einer Dichte von ρ = 2,7 g/cm³ und mit Durchmessern von d1 = 20 mm und d2 = 30 mm verwendet. Um eine Behinderung des Absinkens der Kugel durch die groben Gesteinskörner zu vermeiden, wird zunächst ein Käfig mit einer Maschenweite von 8 mm in den Beton eingeführt. Anschließend wird ein definierter Strukturbruch im SVB-Mörtel (d < 8 mm im Bereich des Käfigs) erzeugt und die Kugel von oben senkrecht vollständig in den Mörtel eingeführt. Der Strukturbruch erfolgt mithilfe einer Lochscheibe (d = 65 mm) mit 19 Rundlöchern (d = 8 mm) und einen konzentrisch angeordnetem Griff. Dazu wird die Lochscheibe parallel auf die Mörteloberfläche im Bereich des Käfigs aufgesetzt und innerhalb von 15 s zweimal vollständig in den Mörtel eingedrückt (Hubhöhe 400 mm) und wieder herausgezogen. Nach einer Ruhephase tp lässt man die Kugel frei in den Mörtel eindringen. In den durchgeführten Versuchen wurden Ruhephasen von tp = 120 s und tp = 360 s untersucht. Beim Einsinkvorgang werden Sinkgeschwindigkeit und Eindringtiefe aufgezeichnet. Aus den ermittelten Messwerten kann die Sedimentationsneigung bestimmt werden. Der vorgestellte Kugeleindringversuch bietet sowohl eine kurze Versuchsdauer als auch eine einfache Versuchsdurchführung. Damit kann die Gefügestabilität sicher bewertet werden. Der Kugeleindringversuch zeigt eine gute Korrelation zum Zylinder-Sedimentationsversuch und ermöglicht somit die Festlegung eines äquivalenten Grenzwertes zur Klassifizierung der Sedimentationsbeständigkeit von SVB entsprechend der Richtlinie „Selbstverdichtender Beton“ des DAfStb. Auf Basis der durchgeführten Untersuchungen wird für die Bewertung der Sedimentationsbeständigkeit mit dem Kugeleindringversuch ein Grenzwert von e ≤ 100 mm vorgeschlagen. Mit dem Kugeleindringversuch wird eine einfache und schnelle in-situ-Beurteilung der Sedimentationsbeständigkeit selbstverdichtender Betone möglich. Der Versuchsaufwand zur Bestimmung der Sedimentation der groben Gesteinskörnung wird deutlich reduziert. Wie heute die Fließfähigkeit mit Hilfe des Setzfließmaßes bestimmt wird, kann zukünftig die Sedimentationsbeständigkeit genauso schnell und unkompliziert bewertet werden. Letztendlich trägt dies zu einer Reduzierung des Überwachungsaufwands beim Einsatz von SVB bei und macht diesen innovativen Baustoff somit ein Stück weit attraktiver. – ----------------Rapid test for determining the resistance of self compacting concrete to sedimentation--------------- – Self compacting concretes have numerous concrete technology advantages with respect to workability and quality of execution, and if dealt with competently these advantages are also reflected in the profitability. However, these concretes are not yet widely used in Germany. One reason is undoubtedly the great effort involved in monitoring the fresh concrete properties. Fluctuations in the mix composition or fluctuations in the quality of the constituent materials can cause the self compacting concrete to lose its desirable properties. There are numerous tests for accurate and rapid assessment of workability properties like flowability and viscosity, which can then if necessary be corrected, but so far there has been no simple and rapid test for determining the resistance to sedimentation. A rapid test for assessing the tendency of self compacting concrete to sedimentation has been developed at the Building Materials and Materials Testing Centre at Munich Technical University. A ball penetration test can provide information about the stability of the microstructure of a concrete within a few minutes. This article describes the method and gives the results of the investigations that have been carried out. The concept behind the ball penetration test lies in evaluating how balls of defined diameter and density penetrate into the concrete. Unlike rheological test methods, such as the falling ball viscometer, this test is not for determining the yield value or the viscosity of the concrete. Instead of this the intention is to simulate the sedimentation of the coarse aggregate, so the density of the ball corresponds to the density of the coarse aggregate. The diameter also lies in the same range as the coarse aggregate. This means that the force and velocity relationships correspond to the real sedimentation process of the coarse aggregate in the mortar matrix. Balls with a density ρ = 2.7 g/cm3 with diameters of d1 = 20 mm and d2 = 30 mm were used during these investigations. A cage with an 8 mm mesh width is first inserted into the concrete so that the coarse aggregate particles cannot prevent the ball from sinking. The structure of the SCC mortar (d < 8 mm inside the cage) is then modified and the ball is inserted vertically into the mortar from above. The structure is modified using a perforated disc (d = 65 mm) with 19 circular holes (d = 8 mm) and a concentric handle. The perforated disc is placed on and parallel to the mortar surface inside the cage and is pressed twice fully into the mortar (depth of stroke 400 mm) and withdrawn again within 15 s. After a pause tp the ball is allowed to penetrate freely into the mortar. Pauses of tp = 120 s and tp = 360 s were investigated in these tests. The sinking velocity and depth of penetration are recorded during the sinking process. The tendency to sedimentation can be determined from the measurements. This ball penetration test takes a short time, is easy to perform and provides reliable evaluation of the stability of the microstructure. The ball penetration test shows good correlation with the cylinder sedimentation test and therefore makes it possible to define an equivalent limit for classifying the sedimentation resistance of SCC in accordance with the “Self Compacting Concrete” guidelines issued by the DAfStb (German Committee for Reinforced Concrete). On the basis of these investigations a limit of e  100 mm is proposed for evaluating the sedimentation resistance with the ball penetration test. The ball penetration test provides simple and rapid in-situ assessment of the sedimentation resistance of self compacting concretes. The effort involved in the test for measuring the sedimentation of the coarse aggregate is significantly reduced. In future it will be possible to evaluate the sedimentation resistance just as rapidly and straightforwardly as it is now possible to determine the flowability using the slump flow test. Ultimately this contributes to reducing the effort involved in monitoring during the use of SCC and therefore makes this innovative building material somewhat more attractive. –
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beton 3/2007 ab Seite 86
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