Umsetzung alternativer Konzepte der Betonherstellung unter Sicherstellung der Dauerhaftigkeit
Einleitung
Um das Verhalten von derzeit eingesetzten Betonen besser zu verstehen bzw. auch für zukünftige Betonsorten Aussagen treffen zu können, untersucht die Smart Minerals GmbH im Forschungsprojekt Betonkonzepte die Eigenschaften üblicher Transportbetone in Österreich hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften bzw. der physikalischen und chemischen Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen. Im soeben abgeschlossenen 3. Forschungsjahr des insgesamt 4-jährigen Projektes wurde der Widerstand gegen mechanischen Abrieb (XM – Widerstand gegen Verschleiß, gem. ÖNORM B 4710-1) sowie gegen das Eindringen von Wasser (XW – Wasserundurchlässigkeit, gem. ÖNORM B 4710-1) untersucht. Dabei wurde bei der Zusammensetzung der Betone darauf geachtet, die Mindestanforderungen gem. ÖNORM B4710-1 einzuhalten, um mit diesen Versuchen eine untere Benchmark der Eigenschaften zu definieren.
Ergebnisse
Ermittlung von Grenzwerten – Bestimmung der Wassereindringtiefe
Abbildung 1: Prüfung der Wasserdurchlässigkeit
Für die Untersuchungen wurden Betone mit 5 unterschiedlichen, für die Transportbetonbranche typischen Zementen (CEM II/A) sowohl als Reinzement ohne der Zugabe von Zusatzstoffen gem. ÖNORM B 3309 als auch mit der gem. ÖNORM B 4710-1 maximalen Zugabemenge von aufbereiteten hydraulisch wirksamen Zusatzstoffen (AHWZ) herangezogen und verglichen.
Abbildung 2: Mittelwerte der Wassereindringtiefen Standardabweichungen
Abbildung 2 zeigt den Vergleich der geprüften Wassereindringtiefe von Reinzement (CEM II A-M) im Vergleich zu mit Bindemittelsystemen aus Zement und AHWZ.
Die hergestellten Betone halten bei Einhaltung der Mindestanforderungen an die Betonrezeptur die jeweils gültigen Grenzwerte für die Wassereindringtiefe ein. Es zeigt sich, dass die Betone mit Bindemittelkombinationen aus Zement und AHWZ eine im Durchschnitt um 30 % bei XW1 und 17 % bei XW2 verringerte Eindringtiefe gegenüber Betonen mit Reinzementen haben. Der Grund dafür liegt im erhöhten Bindemittelgehalt der Betone mit AHWZ (verringerte Anrechnung des AHWZ über k-Wert Faktor 0,8) und somit erhöhten Mehlkornanteil der Betone. Diese Erhöhung beträgt bei Betonen der Expositionsklasse XW1 11 kg/m³ und bei XW2 12 kg/m³. Der kleinere Unterschied zwischen den Betonen mit/ohne AHWZ bei der Expositionsklasse XW2 liegt am ohnehin schon erhöhten Bindemittelgehalt gegenüber XW 1 (+20 kg/m³; 300 gegenüber 280 kg/m³). Insgesamt sind für die Ausbildung eines wasserdichten Gefüges mit möglichst geringen Eindringtiefen eine gute Verarbeitbarkeit und ein entsprechender Mehlkorngehalt entscheidend.
Ermittlung von Grenzwerten – Widerstand gegenüber Verschleißbeanspruchung
Abbildung 3: Versuch nach Böhme
Die Bestimmung des Verschleißwiderstandes erfolgt gemäß ÖNORM EN 14157 („Verschleiß nach Böhme“, trocken) jedoch mit einer Trocknungstemperatur von 105 °C.
Abbildung 4: WU Prüfstand
Als Bindemittel wurden für die Untersuchungen Betone mit 10 unterschiedlichen, für die Transportbetonbranche typischen Zementen (CEM II/A) mit der gem. ÖNORM B 4710-1 maximalen Zugabe von Zusatzstoffen gem. ÖNORM B 3309 sowie 5 Zemente in Reinform herangezogen und verglichen. Die für die Prüfung herangezogenen Rezepturen inklusive Wahl der Gesteinskörnung orientieren sich an den Mindestanforderungen gem. ÖNORM B 4710-1. Bei XM1 und XM2 wurde eine Normalgesteinskörnung (Institutsgesteinskörnung) gewählt und der Nachweis gem. ÖNORM B 4710-1 über die Prüfung nach Böhme (Anforderung: XM1<20 cm³/50 cm² und XM2<15 cm³/cm²) erbracht. Zusätzlich erfolgte die Herstellung der Klasse XM2 mit Hartgestein (Wert der Anforderung LA20 und PSV50 erfüllt).
Abbildung 5: Verschleiß nach Böhme: Vergleich der unterschiedlichen Expositionsklassen
Die Instituts-Gesteinskörnung zeigt bei XM1 und XM2 einen mittleren Verschleiß von 14,2 cm³/50cm² bzw. 10,3 cm³/50cm². Damit werden die Grenzwerte für die Expositionsklasse XM1 und XM3 eingehalten. Durch die Verwendung einer Hartgesteinskörnung (also XM3) lassen sich die Abriebwerte von XM2 nochmal um rund 17 % auf 8,5 cm³/50cm² verbessern. Der Unterschied zwischen den Betonen mit AHWZ und ohne AHWZ ist in diesen Expositionsklassen vernachlässigbar.
Zusammenfassung
Im dritten Forschungsjahr gelang es der Smart Minerals GmbH eine weitere Datengrundlage für zukünftige Beurteilung von Betonen, die nach dem Prinzip der gleichwertigen Leistungsfähigkeit hergestellt werden, zu schaffen.
Mit diesem Ergebnis ist die Dauerhaftigkeit von allen Betonen, die mit alternativen Konzepten hergestellt werden, gesichert und es wird somit ein indirekter Beitrag zur Nachhaltigkeit des Baustoffs Beton geleistet. Damit leistet Smart Minerals einen Beitrag zur Sicherstellung des hohen Qualitätsanspruchs an die österreichischen Betone.
Autoren: DI Gerald Maier, Dr. Martin Peyerl, Dr. Stefan Krispel
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