Leistungsultraschall zur energie- und ressourcenschonenden Herstellung von Betonen - erstes Upscaling der Laborversuche

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst-Michael Ludwig
• Subject Area: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Term: from 2013 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 235800518

Die bisher durchgeführten, DFG geförderten Grundlagenuntersuchungen zum Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen belegen, dass PUS ein großes Potential besitzt die Betonherstellung zu verändern. Die Vorstellung der Ergebnisse auf Ta-gungen und in Zeitschriften traf auf ein sehr großes Interesse von Seiten der Industrie und Forschung. Limitierend muss allerdings gesagt werden, dass alle bisherigen Untersuchungen im Labormaßstab erfolgten. Der zur Verfügung stehende Ultraschallprozessor erlaubt es nicht, großmaßstäblich zu ar-beiten, d.h. bisher wurden lediglich Zementsuspensionen zur Herstellung von Mörtelrezepturen be-schallt. Um stichhaltige Angaben zur Übertragbarkeit der bisherigen Ergebnisse in die Praxis geben zu können, fehlen Versuche im Technikumsmaßstab sowie die Übertragung der Technikumsversuche auf Werksversuche im Transportbeton und Fertigteilwerk (sog. Upscaling). Im hier beantragten Projekt sollen Versuche im Technikumsmaßstab durchgeführt werden. Das bedeutet, es wird ein leistungsfä-higerer Ultraschallgenerator mit speziell entwickeltem Pumpkreislauf beantragt, der es ermöglicht, größere Volumina zu beschallen und effizient und praxisnah Betone herzustellen. Aus den beschallten Suspensionen sollen dann Betonprüfkörper hergestellt und hinsichtlich Verarbeitbarkeit, Festigkeits-entwicklung, Dauerhaftigkeit und Verformungsverhalten untersucht werden. Vergleiche mit den jewei-ligen Betonen, die durch konventionelle Mischverfahren und Suspensionsmischverfahren hergestellt wurden, erlauben es dann, die PUS-Behandlung für die Praxis zu empfehlen. Diese Untersuchungs-ergebnisse sind die Grundlage für die Durchführung von Werksversuchen mit PUS.Das erste Ziel im beantragten Projekt ist es, für diesen vergrößerten Ultraschallkreislauf noch weitere Einflussgrößen wie den Druck im Leitungssystems des Pumpkreislaufs sowie Leistungseintrag und Amplitude so zu optimieren, dass eine maximale Beschleunigung der Betonfrüh-/frühstfestigkeit erzielt wird. Im zweiten Abschnitt sollen die Frischbetoneigenschaften, die Porenstruktur, die Festigkeit, das Verformungsverhalten und die Dauerhaftigkeit von Betonen (hergestellt mittels konventioneller Misch-technik, Suspensions- und PUS-Mischverfahren) verglichen werden. Im dritten Teil der Untersuchungen soll das im ersten Teil definierte optimale Beschallungsregime (Pumpdruck und PUS-Leistung) genutzt werden, um die Frühfestigkeit von fünf Standardbetonen (bei gleichbleibender Verarbeitbarkeit) zu steigern. Die Zusammensetzung der Betone wird dabei so gestaltet, dass ersichtlich wird, ob PUS einerseits in der Lage ist eine effiziente Reduktion der Zementfestigkeitsklasse (Einsparung von Mahlenergie) bei gleichbleibender Festigkeitsentwicklung zu gewährleisten. Andererseits soll geprüft werden, inwieweit PUS eine Einsparung von Portlandzementklinker durch Flugasche, Hüttensand bzw. Kalkstein ermöglicht.

• DFG Programme: Sachbeihilfen (Transfer Project)
• Major Instrumentation: Ultraschallgenerator und Pumpkreislauf
• Instrumentation Group: 0080 Ultraschall-Generatoren, -Schwinger und -Meßgeräte (außer 229, 390 und
• Beteiligte Institution: Dyckerhoff AG; Wilhelm Dyckerhoff Institut für Baustofftechnologie; Hielscher Ultrasonics GmbH