Herstellen und Verarbeiten von faserhaltigen ultrahochfesten Betonen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Peter Schießl (†)
• Subject Area: Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics
• Term: from 2005 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 14885223

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Zur Herstellung ultra-hochfester Betone werden in der Regel lange Mischzeiten benötigt. Dieser Umstand führt zu einer Verringerung der Produktionskapazität des Betonwerks und somit zu einer bedeutenden Kostensteigerung. Aus diesem Grund wurde der Einfluss der Betonzusammensetzung und der Werkzeuggeschwindigkeit des Mischers auf die notwendige Mischzeit ultra-hochfester Betone untersucht. An einem feinkörnigen ultra-hochfesten Beton wurden systematisch das Wasser/Mehlkorn-Verhältnis, die Mehlkornsieblinie, der Grobkorngehalt sowie der Fließmittelgehalt und die Fließmittelart variiert. Die notwendige Mischzeit (Stabilisationszeit) wurde anhand der während des Mischprozesses aufgezeichneten Leistungskurve des Mischwerkzeugs bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Verhältnis der aktuellen Feststoffkonzentration im Beton φ zur maximalen möglichen Feststoffkonzentration des Feststoffgemisches φmax (maximale Packungsdichte) sowie die eingesetzten Zement- und Fließmittelarten die Mischzeit wesentlich beeinflussen. Das Verhältnis φ/φmax wird auch als relative Feststoffkonzentration bezeichnet und bildet die Grundlage für einen empirischen Berechnungsansatz, mit dem gezielt einfacher herstellbare Hochleistungsbetone entwickelt werden können. Die Mischzeit von Hochleistungsbetonen kann danach durch folgende betontechnologische Maßnahmen verringert werden: • Erhöhung des maximal möglichen Feststoffanteils (maximale Packungsdichte) durch Optimierung der Korngrößenverteilung, z.B. Austausch von Zement und Quarzmehl durch Silikastaub, • Abstimmung der verwendeten Fließmittel- und Zementarten. In den Untersuchungen zum Einfluss der Werkzeuggeschwindigkeit wurde ein UHPC mit unterschiedlichen Werkzeuggeschwindigkeiten hergestellt und für jede Werkzeuggeschwindigkeit die Stabilisationszeit bestimmt. Durch eine Verdopplung der Werkzeuggeschwindigkeit verringerte sich die Stabilisationszeit um rd. 11 % und durch eine Vervierfachung um rd. 16 %. Die Ergebnisse zum Einfluss der Werkzeuggeschwindigkeit wurden in den Berechnungsansatz integriert. Hierdurch ist es möglich, in Abhängigkeit vom aktuellen und maximal möglichen Feststoffanteil sowie der Werkzeuggeschwindigkeit, die zur Erreichung einer optimalen Mischgüte erforderliche Mischzeit für UHPC zu berechnen.

Publications

• SCC and UHPC - Effect of Mixing Technology on Fresh Concrete Properties. In: Grosse, C. U. (Ed.): Advances in Construction Materials 2007, pp. 513–522, Springer Verlag, 2007
  Schießl, Peter; Mazanec, Oliver; Lowke, Dirk
  
• Improvement of UHPC Properties through an optimized Mixing Procedure. In: Taketo, U.; Sugano, S. (Ed.): Proc. of the 8th International Symposium on the Utilization of High-Strength and High-Performance Concrete. Toshi Center Hotel, Tokyo, Japan, Oktober 27-29, 2008. 2 Bände, pp. 307–313, 2008
  Mazanec, Oliver; Schießl, Peter
  
• Mixing Time of High Performance Concrete without Fibres. In: Eligehausen, R.; Gehlen, C. (Ed.): Proc. of 7th fib International PhD Symposium in Civil Engineering. Proc. of Stuttgart, September, 2008. IWB Universität Stuttgart, pp. 31–40, 2008
  Mazanec, Oliver
  
• Mixing Time Optimisation for UHPC. In: Fehling, E.; Schmidt, M.; Stürwald, S. (Ed.): Ultra High Performance Concrete (UHPC). Proc. of 2nd International Symposium on Ultra High Performance Concrete. University of Kassel, Germany, March 5-7, 2008 (Structural Materials and Engineering Series, 10), pp. 401–408, kassel university press, Kassel, 2008
  Mazanec, Oliver; Schießl, Peter
  
• Auswirkung der Fließmitteladsorption auf die Mischzeit und das Ansteifen von UHPC. In: Zilch, K.; Gehlen, C.; Heinz, D. (Ed.): DAfStb-Forschungskolloquium. Beiträge zum 50. Forschungskolloquium. München, 8./9. Oktober 2009. Technische Universität München, pp. 121–130, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton e. V., Berlin, 2009
  Mazanec, Oliver; Gehlen, Christoph
  
• Die zeitliche Entwicklung des Fließmaßes von UHPC in Abhängigkeit von der Fließmittelzugabe und dem Absorptionsverhalten von Polycarboxylatfließmittel. In: Stark, J. (Ed.): 17. Internationale Baustofftagung -Tagungsbericht. ibausil. Bauhaus Universität Weimar, September 23-26, 2009. 2 Bände, pp. 2-0615 - 2-0620, F.-A. Finger Institut für Baustoffkunde, Weimar, 2009
  Mazanec, Oliver; Gruber, Mirko; Schießl, Peter
  
• Reduzierung der Mischzeit von ultrahochfesten Betonen durch Optimierung der Betonzusammensetzung. In: BetonWerk International (2), pp. 58–64, 2009
  Mazanec, Oliver; Lowke, Dirk
  
• Fibre Dispersion, Rheology and Mixing Time of Fibre Reinforced UHPC. In: The International Federation for Structural Concrete (fib) (Ed.): Proc. of the 3rd International fib Congress and Exhibition. Incorporating the PCI Annual Convention and Bridge Conference. Washington, D. C., 2010, proceedings disk ID62
  Mazanec, Oliver; Schießl, Peter; Gehlen, Christoph
  
• Investigations on the workability and microstructure development of UHPC - part 1: Effect of superplasticizer and silica furne on rnixing and workability of UHPC (Untersuchungen zur Verarbeitbarkeit und Gefügeentwicklung von UHPC - Teil 1: Effekt von Hochleistungsverflüssigern und Silikastaub auf das Mischen und die Verarbeitbarkeit von UHPC). In: Cement International 8 (4), pp. 60–71, 2010
  Schießl, Peter; Mazanec, Oliver; Lowke, Dirk; Plank, Johann; Schröfl, Christof; Gruber, Mirko et al.
  
• Mixing of high performance concrete: effect of concrete composition and mixing intensity on mixing time. In: Materials and Structures 43, pp. 357–365, 2010
  Mazanec, Oliver; Lowke, Dirk; Schießl, Peter
  
• Rheology of UHPC-Effect of Superplasticizer and Silica Fume on Mixing and Workability of UHPC. In: The International Federation for Structural Concrete (fib) (Ed.): Proc. of the 3rd International fib Congress and Exhibition. Incorporating the PCI Annual Convention and Bridge Conference. Washington, D.C., 2010, proceedings disk ID61
  Schießl, Peter; Mazanec, Oliver; Lowke, Dirk; Plank, Johann; Schröfl, Christof; Gruber, Mirko et al.
  
• Adsorption behavior of PCE superplasticizer and UHPC rheology. In: Wallevik, Ó.; Khrapko, M. (Ed.): Proc. of the 9th International Symposium on High Performance Concrete. Rotorua, New Zealand, August 9-11, 2011, pp. 146, NZCS, Auckland, N.Z., 2011
  Mazanec, Oliver; Lowke, Dirk; Gehlen, Christoph
  
• Charakterisierung der Mischzeit und des rheologischen Verhaltens ultrahochfester Betone unter Einbeziehung interpartikulärer Wechselwirkungen. Dissertation. Technische Universität München, 2013
  Mazanec, Oliver