Kriechen von SAP-modifiziertem Beton
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Superabsorbierende Polymere (SAP) speichern im Beton Wasser und geben es während der Hydratation des Zements ab, was eine innere Nachbehandlung darstellt, oder stellen es zur Aktivierung von nicht hydratisierten Zement in Mikrorissen zur Verfügung, was einer Selbstheilung gleichkommt. Der zweite Effekt liegt den Untersuchungen zu Grunde, da Kriechen von Beton, neben viskosen Verformungen des Zementsteins, auch durch Mikrorisse verursacht wird. Fünf Betonzusammensetzungen wurden untersucht, die paarweise denselben Gesamtwassergehalt aufwiesen, einmal mit superabsobierenden Polymeren (SAP) und einmal ohne. Die Mischungen hatten also paarweise denselben Gesamtwasserzementwert. Die Betone wurden auf das Kriechverhalten (Trocknungskriechen und Grundkriechen) sowohl im Druckversuch als auch im Zugversuch über einen Zeitraum von 270 Tagen untersucht. Begleitend wurden die Festigkeiten ermittelt. Als wesentliches Ergebnis hat sich gezeigt, dass das spezifische Kriechen und damit die Kriechzahl im Druck- als auch im Zugversuch durch geringe Mengen von SAP signifikant vermindert werden kann. Dies gilt sowohl für das Grundkriechen, das an versiegelten Prüfkörpern gemessen wurde, wie auch für das Trocknungskriechen von austrocknenden Prüfkörpern. Als Ursache für die Reduktion des Kriechens werden zwei Möglichkeiten betrachtet: Einerseits wird der These von ROSSI gefolgt, nach der das Kriechen maßgeblich durch das Entstehen von Mikrorissen verursacht wird und andererseits wurde experimentell nachgewiesen, dass Mikrorisse durch SAP geheilt werden können. Zur Bestätigung beider Annahmen wurde eine räumliche Computertomografie (Röntgen-3D-CT) durchgeführt. Dazu wurden Betone mit und ohne SAP-Modifizierung verwendet, die unter Druck- und Zugkriechen standen. Begleitend wurden Untersuchungen sowohl am Polarisations- als auch im Rasterelektronenmikroskop an Dünnschliffen durchgeführt. Diese Untersuchungen dienten zur Identifizierung rissheilender Produkte und Gefügeschädigungen (Risse < 8 µm), welche nicht mit der Computertomografie erfasst werden können. Um in der Praxis das Kriechen von Beton mit SAP wirklichkeitsgetreu abschätzen zu können, sollte das Finite-Element-Programm MASA verwendet werden. Dafür wurde ein rheologisches Modell für das Grund- und Trocknungskriechen im Druck- als auch im Zugversuch entwickelt, welches das Last-Verformungsverhalten veranschaulicht. Es besteht aus der Hintereinanderschaltung eines Maxwell- Elements und von zwei Voigt-Kelvin-Elementen. Die Übereinstimmung aus Experiment und Modell ist sehr gut. Neu und für die Erreichung des Forschungsziels ist die Bestätigung der These von ROSSI, dass das Kriechen nicht nur von den viskosen Verformungen des Zementsteins abhängig ist, sondern auch von den Mikrorissen im Zementstein. Insgesamt ist aber die Anzahl der durchgeführten Versuche (zwei pro Parameterkombination) zu gering, um fundierte Schlussfolgerungen ziehen zu können. Es müssten viel mehr Versuche durchgeführt werden, um die offensichtlichen Trends zu validieren. Das würde zukünftig eine weitere Befassung mit dem Thema rechtfertigen. Durch die Bestätigung der These von ROSSI lässt sich ableiten, dass sich Schadensprozesse im Zementstein, wie sie z. B. bei einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion entstehen, u. a. durch die Ermittlung des Kriechverhaltens gut beschreiben lassen und dadurch auch wirklichkeitsgetreu in Finiten-Element-Programmen abgebildet werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2018): Einfluss von Superabsorbern auf das Druckkriechen von Beton. 20. Internationale Baustofftagung, 12.-14. September 2018, Weimar, Tagungsband 1, S.1041-1047
Reinhardt, H.W.; Müller, B.; Mielich, O.; Markert, M.; W Asel, D.; Ulsamer, P.
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(2019): Time-dependent deformation behaviour of SAP-modified concrete. Otto Graf Journal, Vol. 18, University of Stuttgart, pp. 209-220
Müller, B.
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Zum Kriechen von Beton mit Superabsorbierenden Polymeren unter Druckbeanspruchung. Beton- und Stahlbetonbau 114 (2019), H. 7, S. 448-453
Reinhardt, H.W.; Mielich, O.; Müller, B.
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(2020): On the effect of superabsorbent polymers on compressive creep of concrete. Otto Graf Journal, Vol. 19, University of Stuttgart, pp. 241-248
Reinhardt, H.W.; Mielich, O.
