Quantification of the grain form influence on self-compacting concrete
Final Report Abstract
Die Sensibilisierung der Bauindustrie für eine ökonomische und ökologische Ressourcennutzung ermöglicht die hochwertige Verwertung bisher ungenutzter Baumaterialien. Bei der Herstellung von Schotter und Splitt entstehen durch mechanische Zerkleinerungsverfahren bis zu 20 M.-% Brechsand, welcher einen Mehlkornanteil von 15 bis 20 M.-% enthält. Brechsand wird derzeit entweder für untergeordnete Bodenverfüllungen, als Kabelsand oder für Frostschutzschichten verwendet oder auf Halden deponiert. Als Alternative hierzu steht ein Einsatz als Füller für selbstverdichtende Betone (SVB) im Vordergrund der durchgeführten Forschungsarbeit. Die spezifischen Eigenschaften der SVB, wie hohe Fließfähigkeit und selbstständiges Entlüften, werden u.a. durch einen hohen Anteil an Füllerkomponenten mit einer Korngröße < 125 µm und dem Einsatz von Fließmitteln realisiert. Derzeit werden als Füller und feine Gesteinskörnung vorrangig Materialien mit einer möglichst runden Kornform, wie Flugasche, Silikastaub und Natursande, eingesetzt. Zudem wird bisher die Packungsdichte häufig als einziges Merkmal zur summarischen Beschreibung aller granulometrischen Kennwerte genutzt. Granulometrische Eigenschaften sind neben der Korngrößenverteilung aber auch Kornform und Oberflächenbeschaffenheit, wie beispielsweise die Rauigkeit und beeinflussen ebenfalls die Packungsdichte und damit zusammenhängende Eigenschaften. Mittels Kopplung von Laserbeugung und dynamischer Bildanalyse konnte das gesamte Kornband der Sande von 2 mm bis 0,04 µm analysiert werden. Die Kornform der Sande konnte mittels statischer Bildanalyse bis zu einer Korngröße von 2 µm gemessen werden. Probleme ergaben sich bei der Zusammensetzung der Messungen einzelner Korngrößenbereiche zu einem gesamten Kornband. Hier konnte ein Lösungsalgorithmus zur Kopplung der einzelnen Bereiche gefunden werden. Die Packungsdichte als Bindeglied zwischen den granulometrischen Eigenschaften des Schüttgutes und den Verarbeitungseigenschaften von Mörteln zeigte eine starke Korrelation sowohl zur Breite der Korngrößenverteilung als auch zur Kornform des verwendeten Sandes. Zusammen mit der Packungsdichte nimmt auch die Kornform Einfluss auf das Ein-Punkt-Messverfahren Trichterauslaufzeit. Mit steigender Packungsdichte und mit runder werdender Kornform verbessern sich die Fließfähigkeiten der Mörtel. Bezüglich der rheologischen Eigenschaften konnte die Rauigkeit oder Kantigkeit der Partikel als maßgeblicher Einflussfaktor ermittelt werden. Aber auch die Rundheit (Sphärizität) und das Länge/Breite-Verhältnis der Schüttgüter zeigen Korrelationen zu den Kennwerten Fließgrenze und plastische Viskosität. Zudem konnte eine deutliche Differenzierung bei der Verwendung von gerundetem oder gebrochenem Mehlkorn festgestellt werden. Mörtel mit gut gerundeten Feinanteilen zeigen unabhängig von der Art des Grobanteils deutlich bessere Verarbeitungseigenschaften als Mörtel mit gebrochenem Feinanteil. Insgesamt ist es nun möglich, die Brechsande nach ihren Schüttguteigenschaften einzuordnen und je nach gewünschter Verarbeitungseigenschaft im Mörtel allein, unter Zumischung von Natursand oder durch Substitution des Feinanteils anzuwenden.
Publications
- Kornform der feinen Gesteinskörnungen und Rheologie der Basismörtel Selbstverdichtender Betone. In: Tagungsbericht der 17. ibausil, Band 1, Weimar, 2009
Stark, U.; Müller, A.; Ostheeren, K.
- SCC-Mortars made of fine aggregates with different particle shapes. In: Tagungsbericht der RILEM PRO 68, Reykjavik, 2009
Ostheeren, K.; Stark, U.; Müller, A.
- Die Zukunft der Brechsande? - Quantifizierung der Kornformeinflüsse auf die Verarbeitungseigenschaften von Basismörteln Selbstverdichtender Betone, Tagungsband des I. Wissenschaftskongresses Abfall- und Ressourcenwirtschaft, Seite 245-252, ISBN 978-3-940364-16-6, Straubing, 29.-30.03.2011
Ostheeren, K.; Müller, A.
- Die Zukunft der Brechsande? The future of crushed sands?, In: AT-Mineral Processing-Aufbereitung für Mineralische Stoffe, 1-2/2011, 52. Jahrgang ISSN 1434-9302, S. 52-59
Ostheeren, K.; Müller, A.
- Einfluss der Kornform von Sanden auf die Verarbeitungseigenschaften von SVB-Mörteln. In: AT Aufbereitungs Technik - Mineral Processing, Bauverlag BV GmbH, (Vol. 52) 01-02-2011, S. 52-59
Katrin Ostheeren, Ursula Stark, Anette Müller
- Quantifizierung der Kornformeinflüsse auf die Verarbeitungseigenschaften von Basismörteln selbstverdichtender Betone, Tagungsband Aufbereitung und Recycling, Seite 49, Freiberg, 09.-10.11. 2011
Ostheeren, K.; Ludwig, H.-M.
- Kornformeinflüsse des Mehlkorns auf die rheologischen Eigenschaften selbstverdichtender Mörtel, Tagungsband der 18. ibausil, Weimar, 12.-15.09.2012, ISBN 978-3-00-034075-8
Ostheeren, K.; Stark, U.; Ludwig, H.-M.
- Kornformeinflüsse des Mehlkorns auf die rheologischen Eigenschaften selbstverdichtender Mörtel. Fachtagung Recycling R`13, 19.-20.09.2013, Bauhaus-Universität Weimar
Ostheeren, K.; Ludwig, H.-M.
