Hochleistungs- beton Hauptseminarvortrag am 21.06.2011 Jessica Goller.

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1 Hochleistungs- beton Hauptseminarvortrag am Jessica Goller

2 Gliederung · Beton · Herstellung von Zement · Brennen von Zement · Abbinden von Zement · Hydrolyse von Portlandzement · Veränderungen der Viskosität, der Erstarrungsgeschwindigkeit und der Festigkeit · Hochleistungsbeton · Motivation · Bauen mit UHFB – Einsatzbereiche · Zusammensetzung von UHFB · Zusammenfassung

3 Beton Drei wichtige Bestandteile: · Zement · Wasser · Füllstoff (z.B. Sand / Kies) Betonzusatzstoffe und –zusatzmittel: · Betonstahl -> Stahlbeton · Fasern -> Faser- / Stahlfaserbeton · Verflüssiger · Beschleuniger

4 Herstellung von Zement

5 Brennen von Zement Wichtige Bestandteile: CaO SiO2 Al2O3

6 Brennen von Zement Wichtig: Ca2Si -> Dicalciumsilicat Ca2SiO4 Ca3Si -> Tricalciumsilicat Ca3SiO5 -> Inselsilikate

7 Brennen von Zement Inselsilikate hcp der Sauerstoffionen
Schichtfolge (ABAB) grün: Ca in ½ der OL rot: Si in 1/8 der TL isolierte [SiO4]-Tetraeder Schicht A Schicht B

8 Abbinden von Zement · Hydrolyse von Portlandzement · Veränderungen der Viskosität, der Erstarrungsgeschwindigkeit und der Festigkeit · Beispiel: Betonverflüssiger

9 Hydrolyse von Portlandzement
1. Phase: 3 CaSO H2O + Ca3Al2O6 -> 3 CaO · Al2O3 · 3 CaSO4 · 32 H2O Ettringit (kleine faserförmige Kristalle) Ohne CaSO4 – Zugabe: Ca3Al2O6 + H2O -> Ca3Al2O6 · 6 H2O große Kristalle führen zu schnellem Erstarren

10 Hydrolyse von Portlandzement
2. Phase: lange Ettringit-Kristalle bilden mit Silicaten ein festes Netzwerk Erhärtungsphase: Ettringit reagiert während der Zementhärtung mit Tricalciumaluminat: 3 CaO ·Al2O3 · 3 CaSO4 · 32 H2O + Ca3Al2O6 + 4 H2O -> 3 (3 CaO · Al2O3 · CaSO4 · 12 H2O)

11 Hydrolyse von Portlandzement
Erhärtungsprozess: 2 Ca3SiO5 + nH2O –> Ca3Si2O7 · nH2O + 3 Ca(OH)2 -in Tagen abreagiert Tobermonit-Phasen (z.B. Jaffeit) 2 Ca2SiO4 + nH2O –> Ca3Si2O7 · nH2O + Ca(OH)2 -in Monaten abreagiert Weiterhin Reaktion mit CO2 aus der Luft: Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O Volumenvergrößerung

12 Hydrolyse von Portlandzement

13 Veränderungen der Viskosität, der Erstarrungsgeschwindigkeit und der Festigkeit
durch Zugabe von Zusatzstoffen: · Beschleuniger: beschleunigt Erhärtungsprozess Anwendung: Betonieren bei tiefen Temperaturen/ in fließendem Gewässer · Verzögerer: verzögert den Erhärtungsprozess Anwendung: Betonieren bei hohen Temperaturen Transport über große Distanzen

14 Veränderungen der Viskosität, der Erstarrungsgeschwindigkeit und der Festigkeit
Beispiel: Betonverflüssigern Anwendung: · Pumpbetone · Beton mit sehr hohen Druckeigenschaften Vorteile: · Erhöhung der Druckfestigkeit/Dichtigkeit · vermindert Wasseranspruch Nachteil: · starke Verzögerung beim Abbinden

15 Veränderungen der Viskosität, der Erstarrungsgeschwindigkeit und der Festigkeit
Beispiel: Betonverflüssigern Polycarboxylate mit Seitenketten

16 Hochleistungsbeton - Motivation
· steigende Gebäudehöhe Petronas Towers in Kuala Lumpur

17 Hochleistungsbeton - Motivation
· Offshore-Bauwerke

18 Hochleistungsbeton - Motivation
· Großbrücken Salginatobelbrücke bei Schiers

19 Hochleistungsbeton - Motivation
· Klima Burj Dubai (>800 m) Temperaturen um 45 °C im Sommer

20 Bauen mit UHFB – Einsatzbereiche
·druckbeanspruchte Bauteile, z. B. hoch beanspruchte Stützen · biegebeanspruchte Bauteile, z. B. Brückenträger, Balken · Bauteile zum Schutz vor umweltgefährdenden Stoffen, z. B. Auffangwannen, Chemikalienlager · chemisch hoch beanspruchte Bauteile, z. B. Kühltürme, landwirtschaftliche Bauteile

21 Hochleistungsbeton Beton: Ultrahochfester Beton (UHFB):
Druckfestigkeit: 40 N/mm² (~ 250 Kleinwagen) Zugfestigkeit: 4 N/mm² Ultrahochfester Beton (UHFB): Druckfestigkeit: 200 N/mm² (~ Stahl) Zugfestigkeit: 15 N/mm² Biegzugfestigkeit: 50 N/mm²

22 Zusammensetzung von UHFB
· Reaktive SiO2 erhöhte Keimbildungsrate · Kontrolle der Morphologie der Hydratphasen · Fuller – Verteilung der Füllstoffe mikrofeine mineralische Feinstoffe, z. B. Quarzmehl + 6 bis 17 mm lange Stahl- oder Kunststofffasern

23 Reaktive SiO2 Silicastaub: SiO2 + Ca(OH)2 + nH2O -> Ca3SiO5 + mH2O SiO2 im Überschuss, dient als Nukleierungsmittel -> Bildung vieler kleiner Kristallite anstatt weniger großer Kristallite

24 Fuller - Verteilung

25 Zusammenfassung - UHFB
· höhere/ größere Bauwerke · Druckfestigkeit: 200 N/mm² · Optimierte Inhaltsstoffe · Einsatzgebiete: · druck- und biegebeanspruchte Bauteile · chemisch beanspruchte Bauteile · Forschung an erhöhter Festigkeit

26 Literaturverzeichnis
· · · · · Manfrinetti P., Fornasini M.L., The phase diagram of the Ca-Si-system, 1999 · ·

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !