Development and application of a novel ready-made

Development and application of a novel ready-made

1 SCC
Development and application of a novel ready-made
compound including additions and admixtures for the easy
production of SCC
Entwicklung und Anwendung einer neuartigen
Werktrockenmischung aus Zusatzstoffen und Zusatzmittel
für die einfache Herstellung von SVB
Autoren
Dipl.-Ing. Wolfram Schmidt
(1974) studierte Bauingenieurwesen mit der Fachrichtung „Konstruktiver Ingenieurbau“ an der RWTH Aachen.
Nach dem Abschluss der
Diplomarbeit am Institut für
Bauforschung (ibac) in
Aachen ist er seit 2005 an der
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung als
Wissenschaftler in der Abteilung „Bauwerkssicherheit“
tätig. Die Themenschwerpunkte liegen dabei im
Bereich Bindemittel und
Hochleistungsbetone.
wolfram.schmidt@bam.de
Dir. und Prof. Dr. rer. nat.
Birgit Meng
studierte Mineralogie an der
Universität Bonn und promovierte an der RWTH Aachen.
Sie war wissenschaftliche Mitarbeiterin ab 1986 am Institut
für Bauforschung der RWTH
Aachen (ibac) und seit 1998
am Forschungsinstitut der
Zementindustrie (VDZ Düsseldorf ). Seit 2001 ist sie Leiterin der Fachgruppe „Baustoffe“ an der Bundesanstalt
für Materialforschung und
-prüfung in Berlin (BAM).
birgit.meng@bau.de
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1 Within the scope of an European research project called
Microcon, new economical and ecological approaches to
the use of microfillers in industrial products related to
cementitious systems were investigated. The main objective was the development of modified binders and additives for the ready-mix and precast industry to a market
ready state. One of the new developments was an easy to
use compound for Self-Compacting Concrete (SCC) containing key components except cement and aggregate and
providing highest robustness.
Microcon was a two years lasting CRAFT-project of the 6th
framework-program of the EC. The overall aim of the project was to cut back raw material costs of cementitious
products significantly by reducing the need for cement
and organic admixtures in parallel with the development
of high performance concrete and mortar products. The
established consortium consisted of six SMEs and three
RTDs from all over Europe. The participating SMEs were
either potential producers of raw materials for microcomposites, end users of micro-composites represented
by precast concrete element manufacturers, ready-mix
concrete manufacturers, mortar manufacturers and planners working in the concrete industry. The company CT
Laastit from Finland assumed the project coordination.
Further industrial partners were Tecnochem Italiana
S.p.A. from Italy, Micropulva Oy Ltd and Joutsenon Elementti Oy both from Finland, Millab Consult a.s. from
Norway and STÚ – K a.s. from the Czech Republic. The
participating research institutions were the Technical
Fig. 1 Technical meeting in Oslo –construction site survey.
Abb. 1 Fachkonferenz in Oslo – Baustellenbegutachtung.
1 Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts
Microcon wurden wirtschaftliche und ökologische Ansätze
zur Verwendung von Feinstfüllstoffen – so genannten
Microfillern – in Bauprodukten, die auf zementgebundenen Systemen basieren, untersucht. Hauptzielsetzung
war die Entwicklung von modifizierten Bindemitteln und
Zusätzen für die Transportbeton- und Fertigteilindustrie
bis hin zur Marktreife. Eine der Neuentwicklungen war
eine leicht handhabbare Werktrockenmischung für selbstverdichtenden Beton (SVB), die alle Schlüsselkomponenten bis auf das Bindemittel und die grobe Gesteinskörnung
enthält und eine hohe Robustheit in der Anwendung gewährleistet.
Microcon war ein zweijähriges CRAFT-Projekt innerhalb
des 6. EU-Rahmenprogramms. Die allgemeine Zielsetzung des Projektes war die wesentliche Senkung der
Rohstoffkosten zementgebundener Produkte durch die
Verringerung des Zement- und Zusatzmittelanteils.
Gleichzeitig stand die Entwicklung von Hochleistungsbetonen und Mörtelprodukten im Vordergrund. Das hierzu gegründete Konsortium bestand aus sechs kleinen
und mittelständischen Unternehmen (KMU) sowie drei
Forschungsinstituten aus ganz Europa. Zu den Teilnehmern aus der Industrie gehörten sowohl Rohstoffverarbeiter als auch Verwender von Microfillern, vertreten
durch Betonfertigteil-, Transportbeton- und Mörtelhersteller. Weitere Projektbeteiligte waren Experten aus dem
Bereich der Bauberatung. Die Firma CT Laastit aus Finnland übernahm die Koordination des Projekts. Weitere
Industriepartner waren Tecnochem S.p.A. aus Italien,
Micropulva Oy Ltd. und Joutsenon Elementti Oy aus Finnland, Millab Consult a.s. aus Norwegen und STÚ – K a.s.
aus der Tschechischen Republik. Als Forschungseinrichtungen waren das Technical Research Centre (VTT) aus
Finnland, das Construction Technologies Institute (ITC)
des italienischen nationalen Forschungsrates und die
deutsche Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) beteiligt.
Innerhalb der Projektlaufzeit wurden sechs Fachkonferenzen in Italien, Finnland, der Tschechischen Republik, Norwegen (Abb. 1) und Deutschland abgehalten.
Zusätzlich wurde im Rahmen des Projektes Ende 2006
ein öffentliches internationales Symposium zum Thema
„Markteinführung von Bauprodukten in Europa“ an der
BAM veranstaltet, welches von einem Workshop (Abb. 2)
BFT 03/2008
SVB 1
Research Centre of Finland (VTT), the Construction Technologies Institute (ITC) of the Italian National Research
Council and the German Federal Institute for Materials
Research and Testing (BAM).
Six technical project meetings were held in Italy, Finland, Czech Republic, Norway (Fig. 1) and Germany within the project’s runtime. Furthermore, an international
public symposium took place at BAM in 2006 with the
topic “European market placement of construction products” accompanied by a workshop (Fig. 2) related to testing procedures with focus on SCC, reactive powder concrete and rock injection grouts.
The international orientation of the project demanded
a spreading of the technical tasks to the research institutes. The main task of ITC was to analyze raw materials
and optimize reactive powder concrete in cooperation
with the Italian SME Tecnochem. VTT placed the main
emphasis on examinations for the Finnish partners. The
effects of jet-stream milling processes (Micropulva) were
characterized as well as grouts, rock injection grouts and
precast elements. At BAM, different cementitious repair
systems as well as the applicability of an ultrafine and processed fly ash and its benefits especially in combination
with SCC were investigated in cooperation with CT Laastit. Moreover, the development of a sophisticated but robust low powder content SCC mix design was performed
for Tecnochem Italiana. The latter project aim finally led
to a further development of an easy applicable ready-made
additive compound for the production of robust SCC,
which can be widely combined with arbitrary raw materials. One integral aspect was the possibility to vary the
grading curves of the aggregates in an extensive area. This
new product came from research and testing into practical operation still during the project runtime. Some of the
results as well as the final on site application will be described in the following text.
Ready-made additive compound
for SCC containing key components
The cooperation between Tecnochem and BAM based on
the original idea to modify and improve a mix design for
Self-Compacting Concrete. A significant performance
boost was achieved by optimizing the grading of the finest
particle distribution by sensible addition of two very fine,
differently fractionated filler materials with a medium
particle diameter of ≈ 2 ␮m and ≈ 10 ␮m respectively. In
return, the required amount of cement could be reduced
by more than 10% compared to a non modified mixture.
During the development, however, as the potential of the
modified mix-design concerning robustness improvement appeared clearly visible, a new product concept was
born. The new idea was the development of a ready-made
additive compound for SCC including different pre-mixed
admixtures and but no stand-alone binding agents. This
product in combination with aggregates, cement and
water should be able to produce a well performing, easily
applicable self-compacting concrete without local dependencies. The compound was expected to produce rather
robust SCC; however, a system in such way complicated
possesses limitations. These had to be determined in detail. The ambitious aim was to provide stable workability,
tolerance against unsteadiness and liberal thresholds for
all kinds of feasible materials to be added.
BFT 03/2008
Fig. 2 International meeting at BAM in Berlin –
demonstration of test setup for injection grouts.
Abb. 2 Internationale Konferenz bei der BAM in Berlin –
Demonstration eines Testaufbaus für Einpressmörtel.
zu Testverfahren mit dem Schwerpunkt SVB, Reaktionspulverbeton (PRC) und Injektionsmörtel begleitet wurde.
Die internationale Ausrichtung des Projekts erforderte eine Verteilung der Aufgaben auf die einzelnen Forschungsinstitute. Am ITC wurde in Zusammenarbeit mit
der Firma Tecnochem hauptsächlich an der Optimierung
von Reaktionspulverbeton geforscht. Das VTT befasste
sich mit Untersuchungen für die finnischen Partner. Der
Einfluss der Aufbereitung von Zusatzstoffen mit einer
Strahlmühle (Micropulva) wurde ebenso analysiert wie
Mörtel, Injektionsmörtel und Fertigteile. An der BAM
wurden für CT Laastit verschiedene zementgebundene
Instandsetzungssysteme sowie die Verwendbarkeit von
ultrafeiner und aufbereiteter Flugasche und deren Vorteile in SVB untersucht. Weiterhin wurde die Entwicklung einer verfeinerten, aber dennoch robusten SVB-Mischung mit geringem Mehlkorngehalt für Tecnochem
Italiana durchgeführt. Das zuletzt genannte Projektziel
wurde schließlich zu einer einfach anzuwendenden
Werktrockenmischung zur Herstellung von robustem
SVB, die mit weitgehend beliebigen Rohstoffen kombiniert werden kann, entwickelt. Ein wesentlicher Aspekt
dabei war, dass die Sieblinien der Gesteinskörnungen dabei in einem weiten Spektrum variieren können. Dieses
neuartige Produkt konnte bereits während der Projektzeit
aus der Entwicklungsphase in die praktische Anwendung
gebracht werden. Einige Forschungsergebnisse sowie der
endgültige Baustelleneinsatz sollen im nachfolgenden
Text erläutert werden.
Zusatzstoffhaltige Werktrockenmischung
für SVB mit Schlüsselkomponenten
Die Kooperation zwischen Tecnochem und BAM basierte
ursprünglich auf der Zielsetzung, einen einzelnen Mischungsentwurf für selbstverdichtenden Beton zu modifizieren und zu verbessern. Eine Leistungsverbesserung
wurde durch Optimierung der Korngrößenverteilung der
Feinststoffe durch angemessene Zugabe von zwei sehr
feinen, unterschiedlich fraktionierten Füllstoffen mit
einem mittleren Partikeldurchmesser von ≈ 2 ␮m bzw.
≈ 10 ␮m erreicht. Als Resultat konnte der Gehalt an
Zement um mehr als 10 % im Vergleich zu einer nicht
modifizierten Mischung reduziert werden. Als während
der Entwicklung das Potenzial des modifizierten Mischungsentwurfs hinsichtlich einer erheblich gesteigerten Robustheit deutlich wurde, entstand eine neue
Dr.-Ing. Hans-Carsten Kühne
(1963) studierte Steine und
Erden an der TU Berlin und
promovierte am Lehr- und
Forschungsbereich Bauphysik
und Werkstoffe im Bauwesen
an der TU Hamburg-Harburg.
Nach Eintritt in die Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung 2003 ist er innerhalb der Fachgruppe „Baustoffe“ verantwortlich für den
Bereich Bindemittel und Betontechnologie. Er wurde 2004
Leiter der Arbeitsgruppe
„Zementgebundene Baustoffe, erweiterte Leistungsmerkmale“. Zu den fachlichen
Schwerpunkten zählen neben
Hochleistungs- und selbstverdichtenden Betonen, Dauerhaftigkeit und Instandsetzung
von Betonbauwerken.
hans-carsten.kuehne@bam.de
Dario Rosignoli
worked for about ten years as
chemist and general manager
in the cement industry. Later
he had the position of research and development manager at the European Research Centre of W.R. Grace
in Milano, Italy. In the early
eighties he founded Tecnochem Italiana and ever since
he serves as President of this
company. Tecnochem Italiana
is specialized in products and
technologies for civil, industrial, infrastructural building,
constructions, repairs and liquid processing chemicals for
cement and mineral industry.
5
1 SCC
Determination of performance range
The first challenge was to find a reasonable concept for the
superplasticizer based on polycarboxylate ether. It had to
be fixed volume of powder type admixture, due to being
part of the pre-mixed compound. A test program was set
up, in which the superplasticizer amounts were varied between the minimum portion to provide sufficient flowability and the maximum rate where serious segregation
appears. Stepwise, a range from 0.50% up to 0.75% of the
cement content was covered in the tests. Between 0.55%
and 0.65% the admixture turned out to produce very uniform fresh concrete performances. Hence, with regards to
open time and applicability at high temperatures, the
highest possible amount was chosen, which still provided
high segregation resistance.
Due to the short project time, only singular tests could
be performed to find out to what extend it might be possible to allow the use of any CEM I 42.5 without considering the cement chemistry. The influence of cements with
differing content of C3A on the rheological properties is
significant, as expected (Fig. 3), in spite of otherwise comparable properties (Blaine surface, particle size distribution, strength). In addition to large performance differences, also completely different temporal developments
resulted. On the other hand, the impact of the cement type
on the hardened concrete properties does not seem to be
stronger than it is on ordinary concrete (Fig. 4), as long as
good workability is provided. Hence, it seemed to be
reasonable to give a cement recommendation on the technical data sheet and not to use differing cement without
Fig. 3 Effect of varied CEM I 42,5 types (different C3A-content)
on the flow behavior.
Abb. 3 Auswirkung verschiedener Arten CEM I 42,5
(unterschiedlicher C3A-Gehalt) auf das Fließverhalten.
Fig. 4 Effect of varied CEM I 42,5 types (different C3A-content)
on the strength development.
Abb. 4 Auswirkung verschiedener Arten von CEM I 42,5
(unterschiedlicher C3A-Gehalt) auf die Entwicklung der Festigkeit.
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Produktidee. Das geänderte Projektziel war nun die Entwicklung einer gebrauchsfertigen Werktrockenmischung
für SVB, die verschiedene vorgemischte Zusatzmittel und
Zusatzstoffe enthält, allerdings keine Bindemittel. Zusammen mit Wasser und lokal verfügbaren Zementen
und Gesteinskörnungen sollte mit diesem Produkt ein
leistungsfähiger, einfach anzuwendender, selbstverdichtender Beton hergestellt werden können. Nach den vorangegangenen Erfahrungen war zu erwarten, dass die
Trockenmischung sehr robusten SVB hervorbringen würde; ein derart komplexes Stoffgemisch birgt jedoch auch
Anwendungsgrenzen. Diese mussten im Detail untersucht werden. Das ehrgeizige Ziel war, eine stabile Verarbeitbarkeit, Toleranzen gegenüber Schwankungen und
großzügige Grenzwerte für alle hinzuzufügenden Materialen weitgehend sicherzustellen.
Bestimmung des Leistungsspektrums
Als erstes Problem war zunächst die Frage nach einem
angemessenen Konzept für das Fließmittel auf der Basis
von Polycarboxylatether zu lösen. Da das Fließmittel Bestandteil der Trockenmischung sein sollte, musste es pulverförmig und in einer fixen Menge zugemischt werden.
Hierzu wurde ein Versuchsprogramm ausgeführt, bei
dem die Zugabemenge des Fließmittels zwischen einem
Mindestanteil zur Schaffung einer ausreichenden Fließfähigkeit und einem Maximalanteil, bei dem eine beträchtliche Sedimentation auftrat, variiert wurde. Iterativ
wurde dann eine Bandbreite von 0,50 % bis 0,75 %, bezogen auf den Zementgehalt in der Testreihe erfasst. Abschließend wurde im Hinblick auf Verarbeitungszeit und
Anwendbarkeit bei hohen Temperaturen die höchstmögliche Zusatzmenge bestimmt, die ohne Einbußen in der
Sedimentationsstabilität zugegeben werden konnte.
Um festzustellen, bis zu welchem Maße die Möglichkeit bestand, generell CEM I 42,5 ohne Berücksichtigung
der jeweiligen Zementchemie des individuellen Bindemittels zu verwenden, konnten aufgrund der kurzen Projektlaufzeit nur Einzelprüfungen durchgeführt werden.
Der Einfluss von Zementen mit unterschiedlichem C3AGehalt auf die Rheologie ist trotz ansonsten vergleichbarer Eigenschaften (Blaine-Wert, Korngrößenverteilung,
Festigkeit) erwartungsgemäß signifikant (Abb. 3). Neben
großen Leistungsunterschieden ergaben sich völlig unterschiedliche zeitliche Abhängigkeiten. Es konnte allerdings keinerlei Einfluss der Zementart auf die Druckfestigkeit identifiziert werden, der in ungewöhnlichem
Maße von Normalbeton abweicht (Abb. 4), sofern ausreichend gute Verarbeitbarkeit gegeben war. Entsprechend
erscheint es zweckmäßig, eine bestimmte Zementsorte im
Technischen Datenblatt der Werktrockenmischung zu
empfehlen und abweichende Zemente nicht ohne Eignungsprüfung zu verwenden. In den nachfolgenden Versuchen wurde mit dem empfohlenen Zement, einem
CEM I 42,5 mit hohem Sulfatwiderstand, erarbeitet.
Im nächsten Schritt wurden die Anwendungsgrenzen bezüglich der Gesteinskörnungssieblinie bestimmt.
Nach intensiven Frisch- und Festbetonuntersuchungen
an Betonen, die mit unterschiedlichen Sieblinien hergestellt wurden, konnten die Grenzen mit einer unteren
und einer oberen Kurve definiert werden (Abb. 5). Die Zuverlässigkeit dieser sehr weit gesteckten Grenzwerte
musste jedoch verifiziert werden. Hierzu wurde die Trockenmischung in einem weit gefächerten Versuchsprogramm zu Frisch- und Festbetoneigenschaften sowie hin-
BFT 03/2008
1 SCC
Fig. 5 Tested aggregate grading curves and thresholds
of applicability.
Fig. 6 Effect of the use of the aggregate grading limits
on the slump flow.
Abb. 5 Geprüfte Sieblinien der Zuschlagstoffe
und Grenzwerte für die Anwendbarkeit.
Abb. 6 Auswirkung der verwendeten Sieblinie der Gesteinskörnung auf das Setzfließmaß.
having tested its feasibility. Hence, for the following tests
the recommended cement, a CEM I 42.5 with a high sulphate resistance, was used.
In a next step, application limits concerning the
aggregate gradation had to be identified. After extensive
fresh and hardened concrete tests performed with SCC
composed of various grading curves, the thresholds were
finally defined by an upper and a lower limit as shown in
Fig. 5. However, the operational reliability of these rather
tolerant thresholds had to be investigated closer. This was
done by putting the new compound through its paces
within an intensive test program considering fresh and
hardened concrete and durability aspects. In this context,
always the upper and the lower threshold of grading were
tested in parallel.
sichtlich der Dauerhaftigkeit ausgiebig erprobt. Dabei
wurden alle Versuche, sowohl mit der unteren als auch
mit der oberen Grenzsieblinie, parallel durchgeführt.
Concerning the fresh concrete performances, in spite of
the large differences in slump flow, the self-compactibility
was given for both grading modifications. Although Fig. 6
shows that SCC cast with a grading at the upper limit, the
diameter reduces to a value of only 620 mm if measured
according to prEN 12350-8 [1], in practice no workability
problems could be faced. This is underlined by the results
of measurements performed in parallel but according to
the DAfStb-Guideline for SCC [2] with the large cone
diameter on top. These yield slump flow values always
larger than 650 mm with an increase of the flow diameter
again after 40 minutes. Likewise to the slump flow, large
Je nach verwendeter Grenzsieblinie ergaben sich zwar
deutliche Unterschiede im Setzfließmaß; selbstverdichtende Eigenschaften wiesen aber beide Varianten auf.
Abb. 6 veranschaulicht, dass sich bei Verwendung der
oberen Grenzsieblinie die niedrigsten Setzfließmaße ergaben. Doch trotz der relativ geringen Werte von 620 mm
bei Versuchen, die sich nach prEN 12350-8 [1] ergaben,
konnten keinerlei Einschränkungen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit festgestellt werden. Dies wird auch durch
die Ergebnisse belegt, die sich durch die parallel durchgeführten Messungen nach DAfStb-Richtlinie für SVB [2]
(also mit umgedrehtem Trichter) ergaben. Hieraus resultierten generell Setzfließmaße, die größer als 650 mm
waren, wobei sich die Messwerte nach 40 Minuten noch
vergrößerten. Ähnlich wie beim Setzfließmaß unterschieden sich die untersuchten Korngrößenverteilungen auch
erheblich in den Ergebnissen des V-Trichter-Versuches
sowie bei der Sedimentierungsstabilität im Siebtrennversuch gemäß prEN 12350-11 [3] (Abb. 7). Es konnten jedoch keine kritischen Werte ermittelt oder in der Anwendung der Mischungen beobachtet werden. Letztlich zeigte
sich, dass der Einfluss der Korngrößenverteilung im Hinblick auf das Festigkeitsverhalten bei den untersuchten
Betonen – abgesehen vom Ausreißer Mod. BC – vernach-
Fig. 7 Effect of the use of the aggregate grading limits on the sieve
segregation stability.
Fig. 8 Effect of the use of the aggregate grading limits on the
strength development.
Abb. 7 Auswirkung der Sieblinie der Gesteinskörnung.
Abb. 8 Auswirkung der Sieblinie der Gesteinskörnung auf die
Festigkeitsentwicklung.
Performance tests
8
Versuche zur Leistungsfähigkeit
BFT 03/2008
SVB 1
Fig. 9 Participant of the foolproof test at BAM (slump flow test).
Fig. 10 Aggregate gradations used in the foolproof test.
Abb. 9 Teilnehmer am Anwendertest bei der BAM (Setzfließmaß-Test).
Abb. 10 Korngrößen beim Anwendertest verwendeter Zuschlagstoffe.
performance differences between the tested grading
curves could be noticed during the V-funnel test and
the sieve segregation resistance test according to
prEN 12350-11 [3] (Fig. 7). However, no critical values
were measured or could have been faced in practice.
Finally, with regard to the strength performance, the influence of the aggregate grading turned out to be more or
less negligible (Fig. 8). This conclusion also emerged in
advanced durability tests, such as those concerning
shrinkage, carbonation and freeze-thaw resistance.
Another criterion for the compound to fulfill was that
it should be easy to use. This required considering aspects
like less qualified personnel and conditions also differing
from those of a laboratory. Hence, intensive tests were
performed with varying water contents diverging significantly in both directions from those given in the data
sheet. In addition, different energy mixing devices and
volumes were tested. The compound proved to perform
very robust also under declined conditions. Furthermore,
the applicability with different aggregate grain shapes and
densities was tested. However, due to the low yield point
of the resulting SCC combined with rather low viscosity,
in case of the use of basalt aggregate the performance was
considered to be critical. Regardless of the grading curve,
signs of segregation appeared during the testing with this
kind of aggregate. It seems to be appropriate to recommend an upper limit of the aggregate density for the SCC
application.
lässigbar war (Abb. 8). Diese Schlussfolgerung ergab sich
auch aus weiteren Versuchen zur Dauerhaftigkeit wie
Schwinden, Karbonatisierung und Frost-Tau-Widerstand.
Ein weiteres von der Trockenmischung zu erfüllendes
Kriterium war die Gebrauchstauglichkeit. Hierbei mussten Aspekte wie gering qualifiziertes Personal und vom
Labor stark abweichende Bedingungen berücksichtigt
werden. So wurden umfangreiche Versuchsreihen mit
unterschiedlichen Wassergehalten durchgeführt, die in
beide Richtungen erheblich von den Vorgaben im Datenblatt abwichen. Außerdem wurden verschiedene Mischer
(Mischprinzip und Volumen) getestet. Die Eigenschaften
der Trockenmischung erwiesen sich dabei selbst unter
schlechten Bedingungen als sehr robust. Darüber hinaus
wurde die Verwendbarkeit in Verbindung mit
unterschiedlichen Kornformen und Dichten der
Gesteinskörnung getestet. Da durch die Verwendung der Trockenmischung sowohl die
Fließgrenze als auch die Viskosität signifikant
herabgesetzt werden, wurde die Verwendung
von Basaltgesteinskörnung als kritisch bewertet. Ungeachtet der Sieblinie ergab sich bei
Verwendung derartiger Gesteinskörnung eine
Sedimentationsneigung während der Untersuchungen. Die Empfehlung einer Obergrenze
für die Dichte der Gesteinskörnung scheint im
Falle der Verwendung für SVB angebracht zu
sein.
Application tests
In order to find out more about the easy-to-use criterion,
application tests were also performed in another laboratory. The compound and an instruction manual were prepared by BAM and sent to Finland to the project partner
VTT. They provided for the supplementary materials as
well as for the performing personnel. In this test again,
the robustness of SCC made with the compound could be
underlined, since the resulting measurements were very
close to the control values of BAM.
Following the idea of an easy applicability, a foolproof
test was set up. Test persons without appreciable experiences in concrete or SCC in particular (Fig. 9) were given
an instruction manual with only the essential information
as well as some additional hints. Each test person was
equipped with pre-mixed compounds, cement and two
differently arranged grading curves of the aggregate one
of which was identical for every test person. The other
curve was particularly different but within the upper and
the lower limits (Fig. 10). Cement and water weighting as
BFT 03/2008
Anwendungsversuche
Um mehr über das Kriterium der Anwenderfreundlichkeit zu erfahren, wurden zusätzlich
Versuche in einem anderen Labor durchgeführt.
Die Trockenmischung sowie eine Verarbeitungsanweisung wurden von der BAM zusammengestellt und nach Finnland an den Projektpartner VTT gesandt. Dort wurden dann
ortstypische Rohstoffe ergänzt und das hauseigene Personal für die Versuche herangezogen.
Auch diese Untersuchungen konnten die Robustheitsverbesserung durch die Trockenmischung unterstreichen, da die resultierenden
Messwerte sehr nahe an den Vergleichswerten
der BAM lagen.
Als Fortführung des Gedankens der Anwendungssicherheit sollten Testpersonen ohne nennenswerte Erfahrung mit Beton oder speziell
SVB den Umgang mit der Trockenmischung er-
9
1 SCC
Fig. 11 Effects of test person and aggregate grading on slump
flow.
Fig. 12 Effects of test person and aggregate grading on
compressive strength.
Abb. 11 Einfluss der Testperson und Korngrößenverteilung der
Zuschlagstoffe auf das Setzfließmaß.
Abb. 12 Einfluss der Testperson und Korngrößenverteilung der
Zuschlagstoffe auf die Druckfestigkeit.
well as the mixing regime had to be performed by each
person individually. Also the point at which the concrete
should be tested and casted should be found out by the
test persons themselves. However, testing and casting
were performed by laboratory assistants in order to provide comparable results. With a cynical approach, probably the most significant awareness from these tests was
that writing detailed application instructions seems to be
quite dispensable. Finally none of the test persons really
bothered about reading the instructions and hints carefully or acting accordingly. All the more, the results point
out the improved robustness of the compound. Regardless of the grading curve, partly serious discrepancies in
the water addition and completely different mixing regimes, all the SCC variations performed well self compacting (Fig. 11) and basically stable without segregation
tendencies. Slump flow diameters higher than 800 mm –
those concretes were considered to bear a certain risk of
segregation – can be attributed to insufficient mixing
times. However, these SCCs improved within shortest
time. The compressive strength test results (Fig. 12)
– apart from the outlier Mod. BC – again shows that despite differing water additions, grading curves and mixing
times, a reliable performance within small tolerances can
be achieved.
Finally, field trials took place at the construction site of
the new Casino in Campione D’Italia, an Italian exclave at
Lake Lugano (Fig. 13 and 14). Partly the high content of
reinforcement in combination with narrow passages,
proben (Abb. 9). Dabei hatten sie lediglich eine Verarbeitungsanleitung mit den wesentlichen Information sowie
einige zusätzliche Ratschläge zur Verfügung. Jede Testperson wurde mit der vorgefertigten Trockenmischung,
Zement und zwei unterschiedlich aufgebauten Gesteinskörnungssieblinien ausgestattet wobei eine davon für alle
Testpersonen identisch war. Eine weitere Kurve wurde für
jede Testperson individuell zwischen Ober- und Untergrenze (Abb. 10) zusammengestellt. Zement- und Wassereinwaage sowie die Mischprozedur mussten von jeder
Person eigenständig gestaltet werden. Ebenso sollte der
Zeitpunkt, zu dem die Frischbetoneigenschaften bestimmt werden sollten, von den Testpersonen selber festgelegt werden. Die Prüfungen und das Betonieren selbst
wurden jedoch von Labormitarbeitern durchgeführt, um
vergleichbare Ergebnisse zu gewährleisten. Anwendungstechniker werden die sich in diesen Versuchen manifestierende Erkenntnis bestätigen, dass das Formulieren
von detaillierten Verarbeitungsanweisungen durchaus
verzichtbar ist. Letztlich machte sich keine der Testpersonen die Mühe, die Anweisungen und Hinweise sorgfältig
zu lesen oder entsprechend zu handeln. Umso mehr weisen die Ergebnisse auf eine große Robustheit der Mischung hin. Trotz unterschiedlicher Sieblinien und
Mischprozesse sowie teilweise gravierend fehlerhafter
Wassereinwaagen verhielten sich alle SVB-Variationen
gut verarbeitbar (Abb. 11), im Wesentlichen stabil und
ohne Sedimentationsneigung. Bei Setzfließmaßen größer als 800 mm war davon auszugehen, dass der Frischbeton ein hohes Sedimentationsrisiko birgt. Im Anwendungstest war dies aber immer auf eine unzureichende
Mischdauer zurückzuführen. Diese Betone stabilisierten
sich jedoch innerhalb kürzester Zeit. In den Druckfestigkeiten (Abb. 12) zeigte sich – abgesehen vom Ausreißer
Mod. BC – ebenfalls, dass trotz unterschiedlicher Wasserzugabemengen, Sieblinien und Mischdauern eine zuverlässige Leistungsfähigkeit erreicht werden konnte.
Zuletzt wurden Feldversuche auf der Baustelle des
neuen Casinos in der italienischen Exklave Campione
D’Italia am Luganer See durchgeführt (Abb. 13 und 14).
Da dies erst in einer späten Bauphase geschah, wurden
jedoch nur relativ kleine Mengen verarbeitet. Der erforderliche Einsatz von SVB war zum Teil auf den hohen Bewehrungsgrad in Verbindung mit engen Passagen, zum
Teil auf hohe Anforderungen an die Sichtbetonqualität
zurückzuführen. Es wurden mehrere Stützen und Trägerauflager gegossen, bei denen die neue Trockenmischung
Fig. 13 On-site measurement of the slump flow at the
construction site “Casinò di campione”.
Abb. 13 Vor Ort Messung des Setzfließmaßes auf der Baustelle
des „Casinò di campione”.
10
BFT 03/2008
SVB 1
erfolgreich verwendet wurde. Aufgrund der von den Laborversuchen abweichenden Anforderungen an die Festigkeit wurde allerdings ein CEM I 52,5 verwendet. Diese
Änderung verdeutlicht, dass es ein durchaus vernünftiger
und gangbarer Weg sein kann, die Entscheidung über die
Zementsorte, die mit der Trockenmischung verwendet
werden soll, in die Hände des Anwenders zu legen. Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit des Endproduktes individuell angepasst werden, solange eine Eignungsprüfung zufriedenstellend verläuft.
Schlussfolgerung
Fig. 14 Difficult casting situation for SCC on the construction site
“Casinò di campione”.
Abb. 14 Schwierige Situation beim Befüllen des SVB auf der
Baustelle “Casinò di campione”.
partly the requirement of fair-faced concrete demanded
for SCC. Several columns and girder supports were cast,
using the new compound successfully. Since these took
place already at a late phase of the construction progress,
only rather small volumes were processed. However, due
to demands on strength, differing from the laboratory
tests, a CEM I 52.5 was used. This modification shows that
giving the decision, which cement is to use in combination with the compound, into the hands of the operator
can be a reasonable and passable way of individually adjusting the performance, as long as the feasibility is tested
satisfactory.
Conclusion
Within the scope of the EU research project Microcon in
the sixth framework program, among other positive results, a novel ready-made additive compound for SCC,
which only has to be amended by aggregates, cement and
water, was successfully developed, intensively tested and
already brought into practice. The compound does not
contain stand-alone binder components; hence, if used
accurately, it can be combined with different cement
types. It can be used in combination with a wide range of
aggregate grading curves and provides a high robustness
that allows easy applicability even in case of less professional operators. The successful development is particularly remarkable due to the short duration of the project of
two years. The project success can be considered as a classic example for an excellent European cooperation between companies, especially SMEs and research institutions. In spite of the complex consortium structure and
the extensive test program it was possible to achieve
countable results in short time. Due to operating close together and close to the market, apart from the significant
knowledge gain, tangible benefits were achieved by the
development of advanced new products.
Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts Microcon, das
innerhalb des 6. Rahmenprogramms durchgeführt wurde, konnte neben anderen Ergebnissen eine neuartige
gebrauchsfertige zusatzstoffhaltige Werktrockenmischung für SVB, die lediglich mit Gesteinskörnung, Zement und Wasser zu ergänzen ist, erfolgreich entwickelt, intensiv getestet und bereits in der Praxis erprobt
werden. Die Trockenmischung enthält keine Bindemittelanteile und kann somit bei sorgfältigem Gebrauch in Verbindung mit verschiedenen Zementarten eingesetzt werden. Sie kann zusammen mit einem breiten Spektrum
unterschiedlicher Gesteinskörnungssieblinien verwendet
werden. Die fertige Mischung besitzt eine große Robustheit bei einfacher Handhabung, selbst bei weniger qualifizierten Anwendern. Aufgrund der kurzen Projektdauer
von zwei Jahren ist die erfolgreiche Entwicklung des fertigen Bauproduktes besonders bemerkenswert. Der Erfolg
des Projekts kann als klassisches Beispiel für eine hervorragende und zielorientierte Zusammenarbeit zwischen
insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen und Forschungsinstitutionen auf europäischer
Ebene angesehen werden. Trotz der komplexen Zusammensetzung des Konsortiums und des umfangreichen
Testprogramms war es möglich, zählbare Ergebnisse in
kurzer Zeit hervorzubringen. Aufgrund der engen und
nah am Markt ausgerichteten Zusammenarbeit konnten
neben dem bedeutenden Wissenszuwachs greifbare Vorteile durch die Entwicklung zukunftsweisender neuer
Produkte erzielt werden.
Wolfram Schmidt, Hans-Carsten Kühne, Dario Rosignoli,
Birgit Meng
References/Literatur
[1]
prEN 12350-8, Draft standard, 2008-01: Testing fresh concrete –
Part 8: Self-compacting concrete – Slump-flow test
[2]
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton: Richtlinie, Selbstverdichtender Beton, Berlin, November 2003
[3]
prEN 12350-11, Draft standard, 2008-01: Testing fresh concrete –
Part 11: Self-compacting concrete – Sieve segregation test
BFT 03/2008
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