Zum Jahresbericht 2009 - Fachbereich - Bauingenieurwesen ...

Panta rhei – Optimierung von Anfang an
Wo l fgang Bre i t | Christian Heese
Eine wesentliche betontechnologische Aufgabe besteht in
der weiteren Optimierung von ultrahochfestem Beton UHPC
hinsichtlich seiner Praxistauglichkeit und Wirtschaftlichkeit.
Dem widmen sich mehrere aktuelle Forschungsvorhaben an
der TU Kaiserslautern. Zum Erreichen der gewünschten hohen
Festigkeiten wird eine optimale Abstimmung der feinen
Inhaltsstoffe erforderlich. Wesentliches Ziel ist es, im Beton
eine möglichst dichte Packung der Partikel zu erreichen.
Hierzu werden die verschiedenen Ausgangsstoffe insbesondere
bezüglich ihrer Kornform und Korngrößenverteilung
charakterisiert und die Packungsdichte des Korngemisches
mittels bekannter Algorithmen optimiert.
Bei der Auswahl der Ausgangsstoffe sollen darüber hinaus
wirtschaftliche und ökologische Aspekte beachtet werden.
Neben der Optimierung der Packungsdichte spielt dabei die
Untersuchung von Möglichkeiten zum teilweisen Ersatz von
Zement durch neuartige Zusatzstoffe eine wesentliche Rolle.
Für eine zielsichere Herstellung fi ligraner Konstruktionen
kommt dabei einer Reduzierung des Größtkorns große
Bedeutung zu. Weiterhin ist eine optimale Einstellung der
Frischbetoneigenschaften und hier insbesondere der Fließeigenschaften
unabdingbar.
Die erforderlichen Festbetoneigenschaften wie z. B. Druckfestigkeit,
Biegezugfestigkeit und E-Modul sowie eine ausreichende
Dauerhaftigkeit eines Bauteiles können nur dann
erreicht werden, wenn der Baustoff im frischen Zustand
entsprechend fl ießfähig, pumpbar, verdichtbar und formbar
ist. Diese Eigenschaften werden im Wesentlichen durch die
Rheologie – also dem Deformations- und Fließverhalten des
verwendeten Baustoffs – bestimmt.
F r isch b e t o n i m Rotationsviskomete r
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Da mit herkömmlichen Prüfmethoden wie Bestimmung von
Ausbreit- oder Setzfl ießmaß das Materialverhalten von UHPC
nicht mehr hinreichend genau beschrieben werden kann,
werden zur Optimierung der Eigenschaften umfangreiche
rheologische Untersuchungen an einem Rotationsviskometer
durchgeführt. Hierzu wird eine speziell für Baustoffsuspensionen
entwickelte Baustoffprüfzelle verwendet. Durch
ihre spezielle Geometrie wird ein bei herkömmlichen Messgeometrien
häufi g auftretendes „Wandgleiten“ verhindert.
Nach Herstellung der Feinkornbetone im Labor werden
neben den üblichen Frischbetoneigenschaften wie Luftporengehalt
und Setzfl ießmaß auch die erforderlichen rheologischen
Kennwerte wie die Fließgrenze und Viskosität
ermittelt. Dadurch werden die Einfl üsse der verschiedenen
Ausgangsstoffe und deren gegenseitige Wechselwirkungen
erkennbar. Eine Kenntnis dieser Wechselwirkungen ist
Voraussetzung für eine auf den speziellen Anwendungsfall
ausgerichtete Optimierung der Betonzusammensetzung.
Für viele der im Verbund durchgeführten Projekte im Konstruktiven
Ingenieurbau ist diese Optimierung unverzichtbare
Voraussetzung zum Erfolg. Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes
mit dem Fraunhofer Institut ITWM sollen
darüber hinaus mathematische Modelle zur Vorhersage des
rheologischen Verhaltens von Baustoffen erarbeitet werden.