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PANEL 1 → Proceedings
AUTHOR
Dr.-Ing. Michael Haist; Institut für Massivbau und Baustofftechnologie, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
michael.haist@kit.edu
Oberingenieur am Institut für Massivbau und Baustofftechnologie; Tätigkeitsschwerpunkte: Betontechnologie,
insbesondere Leichtbeton und Selbstverdichtender Beton, Rheologie von Frischbeton, Geotechnische Betone
1 → Required minimum packing
density (defining the ratio of the
volume of solids to the total volume
of a particle mix) of a cement/
fly ash mix for various fly ash percentages
in the binder depending
on the equivalent w/c ratio
Mindestens erforderliche Packungsdichte
(diese bezeichnet das Verhältnis
des Volumens der Feststoffe
zum Gesamtvolumen eines Kornhaufwerks)
eines Zement-Flugasche-Gemischs
für unterschiedliche
Flugascheanteile am
Bindemittel in Abhängigkeit vom
äquivalenten w/z-Wert
Req. compactness
erf. Packungsdicht φ p,min
[-]
designing the mix, this means
that the w/c ratio must remain
identical to, or be lower than, that of a reference concrete despite
the reduced cement content. The key to producing sustainable concrete
is thus to ensure a sufficient workability of the concrete at a
significantly reduced water ratio. However, the fact that concrete
is a particle mix permits a reduction in the water content only if
the porosity of the mix is minimized by optimizing its packing
density (all voids must be completely filled with mixing water
during concrete production).
Fig. 1 shows that replacing Portland cement clinker with fly ash
(k=0.40) at an identical equivalent w/c ratio but reduced hydraulic
performance of the binder considerably reduces the water content of
the mix that results from the w/c ratio. For the reduced amount of
water to be sufficient to fill all the voids between the particles of the
mix, its packing density must be increased accordingly. Fig. 1 shows
the minimum packing density required for the mix depending on the
desired equivalent w/c ratio.
In principle, the concrete technologist can use two different
methods to optimize the packing density of the concrete mix:
The simplest approach is to adjust the particle size distribution
to standard grading curves. In contrast to the method commonly
applied today, all granular constituents (i.e. both aggregate and
binders or ultrafine particles) must be considered for the purpose
of optimizing the particle size distribution when developing more
environmentally compatible concretes. Suitable grading curves include
the curves developed by Fuller or Funk and Dinger, which
also establish the basis for the standard grading curves specified
in DIN 1045-2 [4]. Although these methods are easy to apply, they
are not capable of predicting the actual porosity of the particle
den. Für den planenden Betontechnologen
bedeutet dies, dass
trotz reduziertem Zementanteil
im Beton der w/z-Wert im Vergleich
zu einem Referenzbeton
gleich bleiben oder sinken muss.
Der Schlüssel zur Herstellung
nachhaltiger Betone liegt somit
in der Gewährleistung einer
ausreichenden Verarbeitbarkeit
des Betons bei stark reduziertem
Wassergehalt. Da es sich bei Beton
jedoch um ein Kornhaufwerk
handelt, ist eine Reduktion des
Wassergehalts nur dann möglich,
wenn gleichzeitig der Hohlraumgehalt
im Kornhaufwerk – dieser
muss bei der Betonherstellung
vollständig mit Anmachwasser
aufgefüllt werden – durch eine
Optimierung der Packungsdichte des Korngemischs minimiert wird.
Abbildung 1 zeigt am Beispiel Flugasche, dass bei einem Austausch
von Portlandzementklinker durch Flugasche (k-Wert = 0,40)
bei gleichbleibendem äquivalentem w/z-Wert, jedoch reduzierter
hydraulischer Leistungsfähigkeit des Bindemittels der aus dem w/z-
Wert resultierende Wassergehalt der Mischung stark zurückgeht.
Damit die so reduzierte Wassermenge ausreicht, um alle Hohlräume
zwischen den Partikeln des Korngemischs aufzufüllen, muss dessen
Packungsdichte entsprechend gesteigert werden. Die für das Gemisch
mindestens erforderliche Packungsdichte in Abhängigkeit vom gewünschten
w/z equ.
kann Abbildung 1 entnommen werden.
Für die Optimierung der Packungsdichte der Betonmischung stehen
dem Betontechnologen prinzipiell zwei verschiedene Methoden
zur Verfügung: Der einfachste Ansatz besteht in der Anpassung der
Kornzusammensetzung an Regelsieblinien. Im Gegensatz zur heute
üblichen Vorgehensweise müssen bei der Entwicklung ökologisch
optimierter Betone alle granularen Bestandteile – d. h. sowohl die
Gesteinskörnung als auch die Bindemittel bzw. das Mehlkorn – in der
Korngrößenoptimierung berücksichtigt werden. Geeignete Kornverteilungskurven
liefern beispielsweise die Ansätze von Fuller oder von
Funk und Dinger, die auch die Grundlage für die Regelsieblinien der
DIN 1045-2 bilden [4]. Diese Ansätze zeichnen sich zwar durch eine
einfache Anwendbarkeit aus, jedoch sind sie nicht in der Lage, den
tatsächlichen Hohlraumgehalt im Kornhaufwerk – der dann entsprechend
durch Zugabewasser aufgefüllt werden muss – vorherzusagen.
Hierzu eignet sich stattdessen das sogenannte Compressible Packing
Model oder das Compressible Interaction Packing Model [4]. Die Anwendung
dieser Modelle erfordert jedoch in der Regel den Einsatz
Fly ash ratio
Flugaschenanteil FA/(FA+Z) [M.-%]
24 BFT INTERNATIONAL 02·2013 ↗ www.bft-international.com