Schwinden von klinkerarmen Betonen aus Zementen mit hohem Kalksteingehalt

• Antragsteller: Dr.-Ing. Tilo Proske
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355027212

Die Verwendung von gemahlenem Kalkstein zur Herstellung klinkerreduzierter Zemente und Betone ermöglicht eine signifikante Reduzierung der mit der Betonbauweise verbundenen Umweltwirkungen, insbesondere der CO2-Emission. Infolge der reduzierten Anteile an Portlandzementklinker und Wasser in sehr kalksteinreichen Systemen verringert sich die Menge an Hydratationsprodukten und die Packungsdichte des Kolloidsystems steigt. Die inerten Kalksteinpartikel werden in die Matrix eingebunden und behindern deren Kontraktion. Dies legt zunächst eine Verringerung des Schwindpotentials nahe. Auf der anderen Seite erfolgt durch die Zugabe des gemahlenen Kalksteins eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung und der Partikelwechselwirkungen in der gesamten Zement- bzw. Bindemittelmatrix was zu einem Anstieg der Schwindverformungen führen kann. Als eine besondere Herausforderung hinsichtlich der Bewertung des Verformungsverhaltens ist die große Variation der chemisch-mineralogischen Zusammensetzung des verfügbaren Kalksteins zu betrachten. Daher ergeben sich bei der Anwendung sehr kalksteinreicher Zemente und Betone wichtige Fragestellungen bezüglich des Schwindens, die bislang nicht hinreichend erforscht wurden.Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen die wissenschaftlichen Grundlagen zum Schwindverhalten von wasserarmen Betonen aus kalksteinreichen Zementen erarbeitet werden, um das Verformungsverhalten derartiger Betonbauteile präzise vorhersagen zu können. Systematisch untersucht werden insbesondere die Anteile aus autogenem Schwinden und Trocknungsschwinden. Zunächst erfolgen die Untersuchungen an erhärteten Zementleimproben unter Verwendung verschieden zusammengesetzter Zemente aus Klinker und Kalkstein. Dabei wird insbesondere eine Variation der Kalksteinanteile und der Kalksteinqualitäten (chemische-mineralogische Zusammensetzung) vorgenommen. Untersucht werden weiterhin der Einfluss der Vorlagerung, des w/z-Wertes und der Umgebungsfeuchten.Um die Schwindmechanismen beschreiben und modellieren zu können, werden an den erhärteten Zementleimproben verschiedene mechanische Eigenschaften ermittelt und Untersuchungen am Gefüge durchgeführt. Weiterhin soll das Schwindverhalten direkt an Betonen aus kalksteinreichen Zementen untersucht werden. Dabei sind neben dem Einfluss der Zementzusammensetzung auch die Auswirkungen der Probengeometrie und des Leimgehaltes zu analysieren. Ebenfalls sind Untersuchungen zu schwindrelevanten mechanischen Eigenschaften, zur Kontaktzone und Transportprozessen vorgesehen.Auf Basis der experimentellen Untersuchungen sollen die bestehenden Vorhersagemodelle zum Schwindverhalten sowohl von Zementstein als auch von Beton hinsichtlich der Anwendung für Betone aus kalksteinreichen Zementen angepasst und erweitert bzw. neue Modellansätze entwickelt werden. Erarbeitet werden abschließend Konzepte zur Berücksichtigung des Schwindverhaltens von Betonen aus kalksteinreichen Zementen bei der Bemessung von Betonbauteilen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen