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Einfluss der Kornform von Feinststoffen auf die Packungsdichte und das rheologische Verhalten von UHPC


Project Details
Project duration: 10/200512/2007


Abstract
Übliche Rezepturansätze zur Mischungszusammensetzung von Normalbetonen sind für UHPC nicht ausreichend genau, um die erforderlich hohe Festigkeit und Dichtigkeit im erhärteten Beton zu erreichen. Die Packungsdichte des Feinstkorns in der Matrix muss mit berücksichtigt werden. Sie wird derzeit aus der Kornzusammensetzung der Einzelkomponenten errechnet. Es zeigte sich jedoch, dass dieses Vorgehen nicht ausreichend genau ist, um tatsächlich im Einzelfall die optimale Kornzusammensetzung individueller Korngemische zu bestimmen, die rheologisch und in Hinblick auf die Festigkeit und die Dichtigkeit des Betons optimal ist. Demzufolge sind nach wie vor i. d. R. umfangreiche experimentelle Vorversuchsreihen notwendig. Dies erschwert die verbreitete Anwendung von UHPC und grenzt sie auf 'Standardmischungen' ein. Mittelfristiges, in der Ausschreibung zum Schwerpunktprogramm verankertes Ziel ist es, ein Expertensystem zu entwickeln, welches die Mischungsberechnung mit UHPC vereinfacht. Dazu ist es im ersten Schritt erforderlich, die bisherigen, stark vereinfachenden Berechnungsalgorithmen um den sehr wichtigen Einfluss der Kornform zu erweitern.

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es daher, den Einfluss der Kornform von Feinstoffen auf die theoretische und die tatsächlich erreichbare Packungsdichte und das rheologische Verhalten von UHPC zu ermitteln, zu modellieren und damit die Voraussetzungen zu schaffen, um die Kornform als zusätzlichen Parameter in die vorhandenen numerischen Berechnungsmodelle zu implementieren. Dadurch können UHPC aus individuellen Ausgangsstoffen numerisch optimal zusammengesetzt und der derzeitige erhebliche experimentelle Aufwand vermieden werden.

Zunächst wird mit den dargestellten Messmethoden die Kornform verschiedener Feinstoffe erfasst. Beim Zement wird nicht nur die Kornform des unhydratisierten Zementes, sondern ggf. auch die zeitliche Veränderung während des anfänglichen Hydratationsprozesses bis zu dem Zeitpunkt festgehalten, zu dem die Körner ihre endgültige Position erreicht haben.

In einem weiteren Schritt werden - zur gegenseitigen Überprüfung und Absicherung - mit verschiedenen Verfahren die Packungsdichten sowohl der Ausgangsstoffe als auch verschiedener Kornmischungen ermittelt, die wie bei UHPC üblich zusammengesetzt sind. Zudem werden aus diesen Ausgangsstoffen und deren Mischungen Leime und Feinbeton-Probekörper hergestellt, die rheologisch oder auf ihre Druckfestigkeit hin untersucht werden.

Des weiteren soll mit Hilfe der Bildanalyse die im erhärteten Feinbeton tatsächlich vorhandene Packungsdichte festgestellt und mit den Modellannahmen verglichen werden, die ja von einer homogenen Verteilung der Körnungen ausgehen und davon, dass die Füllkörner tatsächlich den Weg zwischen die jeweils größeren Partikel finden und die Hohlräume füllen. Wenn die Feinstoffe die ihnen zugedachten Positionen im Gefüge nicht oder nur unvollkommen einnehmen, muss auch der Rechenalgorithmus an sich angepasst werden.

Auf Basis der Erkenntnisse aus den experimentellen Untersuchungen werden dann Korrelationen und Modelle abgeleitet, die den Einfluss unterschiedlicher Kornformen real wiedergeben und die sich in die Algorithmen zur Berechnung der Packungsdichte sowie der Rheologie einarbeiten lassen. Sie können dann als eine Grundlage für ein Expertensystem zur Mischungsberechnung von UHPC dienen.


Principal Investigator

Last updated on 2017-11-07 at 13:41