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

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Panel 11
| Proceedings 54 th BetonTage
Development and testing of new acid-resistant special concretes for pipe production
Entwicklung und Prüfung neuer säurewiderstandsfähiger Spezialbetone
für die Rohrproduktion
Autoren
Prof. Dr.-Ing. Karsten Körkemeyer,
Technische Universität
Kaiserslautern
koerkeme@rhrk.uni-kl.de
Geb. 1965; 1990 Abschluss
des Dipl.-Ing. Fachrichtung
Bauingenieurwesen Ruhr-Universität
Bochum; 1991–1993
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Ruhr-Universität Bochum; 2003
Promotion RWTH Aachen;
2001–2003 Wirtschaftswissenschaften
für Ingenieure Fernuniversität
Hagen; 1993–2004
Mitgründung und Geschäftsführender
Gesellschafter
Ingenieurbüro Prof. Dr.-Ing.
Stein & Partner; 2004–2005
Technischer Leiter Züblin Rohrwerke
Schermbeck; 2005–2007
Leiter Technik und Entwicklung
Werke NRW Berding
Beton, Rohrwerk Schermbeck;
2004–2009 Lehrbeauftragter im
Fachbereich Bauingenieurwesen
Hochschule Bochum; seit
2007 Zerna Ingenieure GmbH
und CPC consultants; seit 2009
Professor für Baubetrieb und
Bauwirtschaft TU Kaiserslautern;
Mitgliedschaft in
diversen ATV-Arbeitsgruppen.
Introduction
In the past few years, considerable progress has been
made in the fi eld of concrete technology, which has extended
the area of application of concrete far beyond the
previous limits. For sewer systems in particular, there is
an increasing demand for highly durable concretes.
Objective
Berding Beton commissioned CPC Consultants with the
development, testing and evaluation of acid-resistant concretes
(SWB ® , registered trademark of Berding Beton
GmbH) especially for the use in combined and sanitary
sewers. Apart from meeting defi ned acid resistance criteria
[1;2] in compliance with legal regulations and directives,
the development of SWB was to concentrate on
achieving optimal workability characteristics in the series
production of premium manhole units and pipes at the
concrete plant.
Concrete design:
» Highest aggregate packing density,
» Limitation of binder content,
» Limitation of w/c or w/b ratio,
» Optimal adjustment of all concrete raw materials,
interaction
Cement grade
Previously, CEM I with an increased sulfate resistance
(HS) was often used for the production of acid-resistant
concretes. It is also known that the concrete properties
with regard to acid attack can be improved signifi cantly by
using cements containing blast-furnace slag, as opposed
to pure Portland cements. For this reason, such Portland
slag or blast-furnace cements (CEM II/S or CEM III) have
been used for many years for concretes highly resistant to
chemical attack [3]. CEM I was thus deliberately excluded
during the development of the mix design. Instead, CEM
II/S and CEM III were used. Since the main constituents
of these cements include not only Portland cement clinker
but also blast-furnace slag, which is a steel production byproduct,
they have a lower environmental impact due to
the reduction in carbon emissions during clinker production
and tend to be more cost-effi cient than a CEM I cement
grade.
Additives
Fly ash, microsilica and an aluminosilicate were used as
concrete additives because of their pozzolanic reactivity
that enhances the structural impermeability of the concrete
by the formation of additional C-S-H phases, which
is triggered by the reaction with a portion of the acid-sensitive
Ca(OH) 2 .
Prior to commencement of production, the additives
were tested for their eff ectiveness, workability and compatibility
with the other mix components.
For the mixes with normal compactibility, both microsilica
or aluminosilicate and fl y ash were to be used because
it is well-established that microsilica has a signifi -
Einleitung
Auf dem Gebiet der Betontechnologie haben in den letzten
Jahren erhebliche Fortschritte stattgefunden, die den
Anwendungsbereich von Beton weit über die bis dato üblichen
Grenzen ausgedehnt haben. Speziell im Bereich
der abwassertechnischen Anlagen besteht zunehmend
Bedarf an Betonen mit einer hohen Dauerhaftigkeit.
Zielstellung
Die Firma Berding Beton beauftragte die CPC consultants
mit der Entwicklung, Prüfung und Beurteilung säurewiderstandsfähiger
Betone (SWB ® , eingetragene Marke der
Berding Beton GmbH) speziell für den Einsatz in Misch-
und Schmutzwasserkanälen. Neben defi nierten Kriterien
bezüglich der Säurewiderstandsfähigkeit [1;2] und Normkonformität
sollte bei der Entwicklung der SWB besonderes
Augenmerk auf optimale Verarbeitungseigenschaften
im Zuge der werksmäßigen Serienfertigung hochwertiger
Schachtfertigteile und Rohre gelegt werden.
Betonkonzept:
» dichteste Packung der Gesteinskörnung
» Begrenzung des Bindemittelgehalts
» Begrenzung des w/z- bzw. des w/b-Wertes
» optimale Abstimmung aller Betonausgangsstoff e
Zementart
Bisher wurde für die Herstellung säurewiderstandsfähiger
Betone oft CEM I mit erhöhtem Sulfatwiderstand
(HS) verwendet. Darüber hinaus ist bekannt, dass die Betoneigenschaften
hinsichtlich eines Säureangriff s durch
den Einsatz hüttensandhaltiger Zemente gegenüber
reinen Portlandzementen deutlich verbessert werden
können. Infolgedessen werden derartige Portlandhütten-
bzw. Hochofenzemente (CEM II/S bzw. CEM III) seit vielen
Jahren für Betone mit hohem Widerstand gegen chemischen
Angriff verwendet [3]. Aus diesen Gründen
wurde bei der Rezepturentwicklung bewusst auf CEM I
verzichtet und stattdessen CEM II/S und CEM III verwendet.
Da diese Zemente als Hauptbestandteile neben Portlandzementklinker
auch das bei der Stahlproduktion entstehende
Nebenprodukt Hüttensand beinhalten, sind sie
zum einen durch die Reduzierung des CO 2 -Ausstoßes bei
der Klinkerherstellung ökologischer und zum anderen
auch zumindest tendenziell kostengünstiger als ein CEM
I-Zement.
Zusatzstoff e
Als Zusatzstoff e wurden Flugasche und Mikrosilika sowie ein
Alumosilikat verwendet, weil sie durch ihre puzzolanische
Reaktivität die Gefügedichtheit des Betons infolge der Bildung
zusätzlicher CSH-Phasen durch die Reaktion mit einem Teil
des säureempfi ndlichen Ca(OH) 2 verbessern. Die Zusatzstoff
e wurden vor Herstellungsbeginn auf ihre Wirksamkeit,
Verarbeitbarkeit und Harmonisierung mit den übrigen
Mischungskomponenten überprüft. Bei den
normalverdichtbaren Rezepturen sollten sowohl Mikrosilika
bzw. Alumosilikat als auch Flugasche verwendet wer-
BFT 02/2010