Untersuchungen zum Frost-/Frost-Taumittelwiderstand, dem autogenen Schwinden und der Gefügestruktur von UHPC
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Trotz ihrer Dichtigkeit unterliegen ultrahochfeste Betone einem gewissen Risiko unter klimatischen Bedingungen wie z.B einem Frost oder Frost-Taumittelangriff zu versagen oder zumindest eine Schädigung zu erfahren. Faktoren, die dazu führen, dass derart dichte Betone für aggressive Substanzen oder Feuchtigkeit zugänglich werden und damit Transportprozesse in Gang gesetzt werden, können Interaktionen zwischen den Ausgangsstoffen, autogenes Schwinden, mechanische Belastungen oder Spannungen infolge innerem oder äußerem Zwang sein. Die Auswirkungen der Variation der Zusammensetzung sowie der Rand- und Umgebungsbedingungen auf die Schädigungs- und Transportmechanismen galt es in dem Forschungsvorhaben zu untersuchen. Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte eine äußerst hohe Dauerhaftigkeit für die vom Koordinator vorgegebenen UHPC Zusammensetzungen bestätigt werden und zwar unabhängig vom Probenalter (Alterungseffekt), der untersuchten Zement-Fließmittelkombination, sowie der Nachbehandlungsart (ausgenommen WB1, WB2). Die Abwitterung lag bei allen UHPC Betonen weit unterhalb des für Normalbeton geltenden Grenzwerts. Eine innere Schädigung konnte bei den normal nachbehandelten Proben ebenfalls nicht beobachtet werden. Sowohl die kapillare Feuchteaufnahme als auch das Frostsaugen durch die Mikroeislinsenpumpe wiesen äußerst geringe Werte auf. Als Grund hierfür ist einerseits der durch die Klebrigkeit der Referenzmischungen M2Q und B4Q bedingte hohe Luftporengehalt (rd. 4 %) zu nennen, als auch andererseits die geringe gefrierbare Wassermenge. Beide Phänomene führen dazu, dass die Mikroeislinsenpumpe nicht aktiv ist und so zu einer Stagnierung der Feuchteaufnahme führen. Auch der durch Optimierung des Herstellprozesses (u.a. Verwendung eines Vakuummischers) erreichte niedrigere Frischbetonluftporengehalt von ≤ 1,5 % zeigte keine negativen Auswirkungen auf die Frostbeständigkeit der untersuchten UHPC Betone. Die UHPC Betone mit Bindemittelsubstitution (Hüttensand und Flugasche), nachbehandelt mit der vorgegebenen (Referenz-) Wärmebehandlung zeigten die gleichen Tendenzen wie auch alle übrigen Mischungen. Weder eine Zunahme der Abwitterungsmenge noch eine innere Schädigung konnte gemessen werden. Ein völliges anderes Verhalten zeigte sich allerdings bei den UHPC Betonen, die mittels thermischer Belastung eine Vorschädigung erfuhren. Damit sollten Praxisverhältnisse simuliert werden, bei denen Mikrorisse innerhalb des Gefüges schon während der Anfangsphase der Gefügeentwicklung d.h. zum Zeitpunkt des Frostangriffes bereits bestehen. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass in Abhängigkeit des Vorschädigungsgrades die Feuchteaufnahmegeschwindigkeit d.h. die Effektivität der Mikroeislinsenpumpe drastisch zunimmt. Hinzugefügt werden muss allerdings, dass neben der gezielten Mikrorissbildung infolge thermischer Behandlung, davon auszugehen ist, dass es auch zur Phasenumwandlung kommt. Andererseits lässt die gute Korrelation zwischen der „Schärfe“ des Nachbehandlungsregimes und des Abfalls des E-Moduls, als Maß für den Grad der Vorschädigung, den Schluss zu, dass die Rissbildung der maßgebliche Einfluss auf den veränderten Frostwiderstand ist. Hervorzuheben ist, dass keiner der durchgeführten schadensfördernden Nachbehandlungsregime bei der Mischung B4Q–75HÜS zur einer Vorschädigung führte. Entsprechend zeigte diese UHPC-Mischung einen sehr hohen Frost-Taumittelwiderstand. Unabhängig von der Art der Nachbehandlung wurde nach Prüfende auch keine innere Schädigung festgestellt. Darüber hinaus konnte bei den hüttensandhaltigen Mischungen eine gegenläufige Tendenz vom charakteristischen Abwitterungsverlauf für Betone mit hohem Hüttensandgehalt beobacht werden. Bei Substitution von Zement durch Flugasche konnte infolge thermischer Nachbehandlung ein so geringer Frost-Tausalzwiderstand gemessen werden, wie er typisch für Normalbetone mit w/z > 0.55 ist. Die positiven Eigenschaften des UHPC scheinen hier aufgehoben. UHPC Mischungen mit Stahlfasern wiesen zwar ebenfalls geringe Endabwitterungen auf und können damit nach dem derzeitigen Stand des Wissens ebenfalls als hoch Tausalzbeständig eingestuft werden. Dennoch stellt die Korrosion der durch die Abwitterung freigelegten Stahlfasern ein Anwendungsproblem dar und müsste demnach verhindert werden. Hier ist zukünftig über einen für UHPC angepassten Grenzwert nachzudenken.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Hochleistungsbeton unter Frost-Tau-Wechselbelastung (Schädigungs-u. Transportmechanismen). Dissertation. Duisburg-Essen, Universität, FB Bauwissenschaften, Essen, 2005
Palecki, Susanne
- Frost suction of high and ultra-high-performance concrete. In: Proceedings of TRANSCON 07. Universität Duisburg-Essen, Juni 2007
Palecki, Susanne; Setzer, Max J.
- Ultra-high-performance concrete under frost and de-icing salt attack. 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. 443–452, kassel university press, Kassel, 2008
Palecki, Susanne; Setzer, Max J.
- Veränderter Frost-Tausalzwiderstand von UHPC bei bestehender Vorschädigung. In: Stark, J. (Ed.): 17. Internationale Baustofftagung -Tagungsbericht. ibausil. Bauhaus Universität Weimar, September 23-26, 2009. 2 Bände, pp. 2-0433 - 2-0438, F.-A. Finger Institut für Baustoffkunde, Weimar, 2009
Palecki, Susanne; Bevanda, Ivanka
- Durability of Ultra-High Performance Concrete. 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 ID135
Müller, Christoph; Palecki, Susanne; Möser, Bernd; Franke, Lutz
