Concrete Plant + Precast Technology Betonwerk ... - BFT International

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Panel 7
| Proceedings 54 th BetonTage
Composite fl oor slabs made of self-compacting pumpable lightweight concrete
– Concrete engineering
Verbunddecken mit selbstverdichtendem pumpbarem Leichtbeton
– Betontechnik
Autoren
Prof. Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine,
Technische Universität Dresden
mechtcherine@tu-dresden.de
Geb. 1964; Studium des
Bauingenieurwesens an der
Universität für Bauwesen und
Architektur St. Petersburg;
anschließend Tätigkeit in
Ingenieurbüros, Bauwerksuntersuchungen
und Planung von
Instandsetzungsmaßnahmen;
ab 1992 wissenschaftl. Angestellter
und ab 1998 Oberingenieur
und stv. Institutsleiter
am Institut für Massivbau und
Baustoff technologie an der
Universität Karlsruhe (TH); ab
2003 Professor und Leiter des
Fachgebiets Baustoff technologie
und Bauschadenanalyse
an der TU Kaiserslautern; seit
2006 Direktor des Instituts
für Baustoff e und Inhaber des
Lehrstuhls für Baustoff e an
der TU Dresden; Mitglied in
RILEM, fi b, DAfStb und DBV;
Sachverständiger des Deutschen
Instituts für Bautechnik
(DIBt). Chairman des RILEM
Technical Committee “Application
of Superabsorbent Polymers
in concrete construction”.
Dipl.-Ing. Arndt-Eike Brüdern,
Technische Universität Dresden
Geb. 1973; Studium des
Bauingenieurwesens an der
Bauhaus-Universität Weimar;
seit 2003 wiss. Mitarbeiter am
Institut für Baustoff e der Technischen
Universität Dresden.
Reason for project
Light and easy-to-manufacture fl oor systems are frequently
specifi ed for building works on existing structures in
order to minimize the eff ects on the existing loadbearing
structure. Comparable requirements also placed on highrise
structures. Against this background, a suitable lightweight
concrete was developed in a joint research project
conducted by the Technical Universities of Dresden and
Kaiserslautern. The loadbearing behavior of various composite
fl oor slabs made with this concrete were also investigated.
Requirements made on the concrete and
concrete development
In this project, concretes of density classes D1.4, D1.6 und
D1.8 were developed, which were conceived as pumpable
lightweight concretes (SCLC) to facilitate optimized construction
progress. In this paper, only the D1.6 concrete
will be briefl y presented. A concrete composition [1] that
was worked out within the scope of an earlier project
served as basic mix design. Expanded clay of particle size
fraction 2/10 mm and quartz sand 0/2 mm were used as
aggregates. The binder consisted of cement CEM II/A-LL
32.5 R and hard-coal fl yash. The slump fl ow, depending
on the mix composition variety used, ranged between 680
and 730 mm, the slump fl ow rate t 500 was 2 to 3 seconds. In
order to ensure good composite action with the sheet metal
of the slab construction, the SCLC should have a modulus
of elasticity as high as possible, high tensile strength
and low shrinkage deformation. An optimization of the
ratio of the modulus of elasticity to the density was
achieved by adjusting the combination of the aggregate
types; the leeway for this being restricted owing to the
marked dependence of the modulus of elasticity on the
density of the material. For the SCLC of density class D1.6,
the modulus of elasticity amounted to approx. 20 GPa. An
increase of the average tensile strength to 2.8 MPa was
attained mainly through the addition of silica fume. The
average compressive cylinder strength of concrete after 28
days was 39 MPa for this concrete composition.
Reduction of the inclination to cracking due to
shrinkage
In order to reduce cracking in the concrete due to restrained
shrinkage deformation, so-called shrinkage-reducing
admixtures (SRA) were added. These admixtures
consist primarily of higher alcohols that reduce the surface
tension of the water in the concrete micro-structure
and in this way the proneness to shrinkage. This eff ect has
been verifi ed in appropriate tests on free shrinkage of
SCLC. The crack formation under restrained shrinkage
deformation was studied with the aid of DMS-instrumented
ring tests, where the inner steel ring restrains the
volume change of the surrounding concrete ring (Fig. 1).
The positive infl uence of the shrinkage reducers showed
Veranlassung
Leichte und einfach zu erstellende Deckensysteme sind
eine häufi g anzutreff ende Anforderung beim Bauen im
Bestand, um die Auswirkungen auf das bestehende Tragwerk
zu minimieren. Vergleichbare Anforderungen gibt
es auch im Hochhausbau. Vor diesem Hintergrund wurde
in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben der
Technischen Universität Dresden und der Technischen
Universität Kaiserslautern ein geeigneter Leichtbeton
entwickelt und das Tragverhalten verschiedener Verbunddecken
mit diesem Beton untersucht.
Anforderungen an den Beton und
die Betonentwicklung
In diesem Vorhaben wurden Betone der Rohdichteklassen
D1.4, D1.6 und D1.8 entwickelt, die im Interesse
eines optimierten Bauablaufs als selbstverdichtende
pumpbare Leichtbetone (SVLB) konzipiert worden sind.
Hier soll nur der D1.6-Beton kurz vorgestellt werden. Als
Basisrezeptur diente eine im Rahmen eines früheren Projektes
erarbeitete Betonzusammensetzung [1]. Für die
Gesteinskörnung fand Blähton mit der Körnung 2/10
mm und Quarzsand 0/2 mm Verwendung. Das Bindemittel
bestand aus Zement CEM II/A-LL 32,5 R und Steinkohlefl
ugasche. Das Setzfl ießmaß betrug je nach Variation
der Zusammensetzung zwischen 680 und 730 mm bei
einer Setzfl ießzeit t 500 von 2 bis 3 Sekunden. Um eine gute
Verbundwirkung mit den Stahlblechen der Deckenkonstruktion
sicherzustellen, sollte SVLB einen möglichst
hohen E-Modul, eine hohe Zugfestigkeit und eine
geringe Schwindverformung aufweisen. Eine Optimierung
des Verhältnisses E-Modul zu Rohdichte wurde
durch Anpassung der Kombination der Gesteinskörnungen
vorgenommen, wobei hier der Spielraum wegen
der ausgeprägten Abhängigkeit des E-Moduls von der
Materialrohdichte relativ gering war. Für den SVLB der
Rohdichteklasse D1.6 betrug der E-Modul ca. 20 GPa.
Eine Steigerung der mittleren Zugfestigkeit auf 2,8 MPa
erfolgte hauptsächlich durch Zugabe von Silikastaub. Die
mittlere Zylinderdruckfestigkeit im Alter von 28 Tagen
betrug für diese Betonzusammensetzung 39 MPa.
Reduzierung der Rissneigung infolge Schwindens
Zur Reduzierung der Rissbildung im Beton infolge behinderter
Schwindverformungen wurden sog. schwindreduzierende
Additive (SRA) zugegeben. Diese Zusatzmittel
bestehen hauptsächlich aus höheren Alkoholen,
welche die Oberfl ächenspannung des Wassers im Betongefüge
und hiermit seine Schwindneigung herabsetzen.
Dieser Eff ekt ist durch entsprechende Versuche zum freien
Schwinden von SVLB bewiesen worden. Die Rissneigung
bei behinderter Schwindverformung wurde mithilfe
von mit DMS instrumentierten Ringversuchen
durchgeführt, bei denen der innen liegende Stahlring die
Volumenänderung des umhüllenden Betonringes behin-
BFT 02/2010