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n

FD – und FDE - Betone

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Beton beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen

• Für das sekundäre Sicherheitssystem können Betonausführungen eingesetzt werden:

– FD-Beton = Flüssigkeitsdichter Beton nach DIN 1045 – auch als Vakuumbeton - mit vorgegebener Zusammensetzung und begrenzter Eindringtiefe

– FDE-Beton = Flüssigkeitsdichter Beton nach Eindringprüfung nach DIN 1045, abweichend von DIN 1045 jedoch möglicherweise durch Kunststoffe oder Fasern modifiziert oder vakuumbehandelt.

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FDE – Beton (1)

• Beton nach DIN 1045, Eindringverhalten wassergefährdender Flüssigkeiten durch Eignungsprüfung nachgewiesen.

• Keine Einschränkung hinsichtlich der Zusammensetzung• Organische Fasern und/oder organische Zusatzstoffe nach DIN

1045 oder bauaufsichtlich zugelassen.• Kunststoffmodifizierte Betone: Basierend auf dem

Ausgangsbeton, der ohne Kunststoff die Anforderungen für FD-Beton erfüllt.

• Chemischer Widerstand gegenüber der einwirkenden Flüssigkeit durch Nachweis der Schädigungstiefe

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n

Kunststoffmodifizierte Zementbetone/-mörtel (PCC)

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Institut fürBauphysik und Materialwissenschaft1. Einleitung

• Thermoplastische Kunststoffdispersionen oder Redispersionspulver (PCC)

• Wasseremulgierbare, vorpolymerisierte Duromere (ECC)

• Teilchengröße der Dispersionen 10-7 bis 10-9 m• Alle hochdispersen Systeme sind

thermodynamisch instabil, deswegen sind Hilfsstoffe notwendig.

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Wirkung von Schutzkolloidennach Nägele

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Schutzwirkung von Tensidennach Nägele

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Gefüge von kunststoffmodifizierten Zementmörteln nach Schorn

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Bindemittel: Zement und Kunststoff

• Zement: – Wasser/Zement-Wert– Nachbehandlung: Austrocknen verhindern

• Kunststoff: – Kunststoff/Zement-Wert (0,05 bis 0,15)– Nachbehandlung: Austrocknen lassen, damit

Filmbildung einsetzt– Filmbildung temperatur- und feuchteabhängig– Problem: Quellen des Kunststoff-Films unter

Feuchteeinwirkung: Verringerung der Zugfestigkeit

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2. Auswirkungen von Kunststoffen in Zementmörteln

• Frischmörtel– Konsistenz– Entwicklung der Hydratationswärme und

Hydratationsverzögerung• Festmörtel

– Druckfestigkeit– Zugfestigkeit– E-Modul– Schwinden– Karbonatisierungstiefe

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Einlagerung von Kunststoffteilchen in den erhärtenden Zementstein(nach Wesche. K.: Baustoffe für tragende Bauteile, Band 4 Holz und Kunststoffe; Bauverlag

1988

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Zementhydratation und Epoxidharzhärtung bei ECC(nach Wesche. K.: Baustoffe für tragende Bauteile, Band 4 Holz und Kunststoffe; Bauverlag 1988

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Veränderung des Ausbreitmaßes infolge Kunststoffdispersion nach Konietzko

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Entwicklung der Hydratationswärme von styrol-modifiziertemZementmörtel nach Konietzko

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Entwicklung der Hydratationswärme von styrol-acrylat-modifiziertem Zementmörtel nach Konietzko

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Entwicklung der Hydratationswärme von acrylat-modifiziertem Zementmörtel nach Konietzko

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28-Tage-Biegezug- und Druckfestigkeit an Mörteln nach unterschiedlicher Lagerung (I)

0

10

20

30

40

50

60

70

Lage

rung A D1 D2 D3 D4 D5

Lage

rung D D1 D2 D3 D4 D5

Lage

rung B D1 D2 D3 D4 D5

Lage

rung C D1 D2 D3 D4 D5

Vergleich

swert N

[N/m

m²]

Biegezugfestigkeit Druckfestigkeit

A: 1 d in Schalung, 6 d unter Wasser, dann LuftD: 1 d in Schalung, 4 d unter Wasser, dann LuftB: 1 d in Schalung, dann LuftC: 1 d in Schalung, 6 d unter Wasser, 14 d an der Luft, dann unter WasserN: 1 d in Schalung, 6 d unter Wasser, dann an der Luft

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Entwicklung des E-Moduls von polymermodifizierten Zementmörteln in Abhängigkeit von der Zeit (I)

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

2 Tagen 7 Tagen 28 Tagen

D1 D2 D3 D4 D5 N

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E-Moduli an polymermodifizierten Mörtelprismen nach unterschiedlicher Lagerung (I)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

Lage

rung A D1 D2 D3 D4 D5

Lage

rung D D1 D2 D3 D4 D5

Lage

rung B D1 D2 D3 D4 D5

Lage

rung C D1 D2 D3 D4 D5

Vergleich

swert N

N/m

m²

A: 1 d in Schalung, 6 d unter Wasser, dann LuftD: 1 d in Schalung, 4 d unter Wasser, dann LuftB: 1 d in Schalung, dann LuftC: 1 d in Schalung, 6 d unter Wasser, 14 d an der Luft, dann unter WasserN: 1 d in Schalung, 6 d unter Wasser, dann an der Luft

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Abhängigkeit des E-Moduls vom Luftgehalt

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

0 5 10 15 20 25 30 35

LP- Gehalt [Vol-%]

E - M

odul

Lag

erun

g A

[N/m

m²]

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Mörtel (I): Schwinden Lagerung A

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

0 7 14 21 28 35 42 49 77 91

Tage

mm

/m

D1 D2 D3 D4 D5 N

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Schwinden von Normal- und kunststoffmodifiziertem Beton(nach Wesche. K.: Baustoffe für tragende Bauteile, Band 4 Holz und Kunststoffe; Bauverlag 1988

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Karbonatisierungstiefe von kunststoffmodifizierten Zementmörteln

• Iványi: DBV-Forschungsvorhaben: Kunststoffmodifizierter Zementmörtel (PCC) als Ersatz für Betondeckung

• u. a. Messung der Karbonatisierungstiefe von PCC im Vergleich zu Beton infolge unterschiedlicher Nachbehandlung und Lagerung

• Lagerung NN: Keine Nachbehandlung• Lagerung NOK: 7 d feucht gelagert• Lagerung NW: 1 d im Windkanal

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Karbonatisierungstiefe von kunststoffmodifizierten Zementmörteln (2)

• PCC A (Acrylatdispersion) • PCC B (Styrol-Butadien-Dispersion) • SPCC = spritzfähiger PCC• Beton mit 300 kg CEM III 42,5, w/z = 0,60• Beton mit 340 kg CEM III 42,5, w/z = 0,50• Beton mit 300 kg CEM I 32,5 R, w/z = 0,60• Beton mit 340 kg CEM I 32,5 R, w/z = 0,50• Beton mit 270 kg CEM I 32,5 R, 60 kg FA, w/z = 0,61• Beton mit 270 kg CEM III 42,5, 60 kg FA, w/z = 0,61• Beton mit 300 kg CEM III 42,5, 80 kg FA, w/z = 0,62

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Karbonatisierungstiefe von PCC und Betonen im Alter von ca. 5,5 Jahren

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

PCC A/L

PCC A/W

PCC B/L

PCC B/W

SPCC/LBP06BP05BH06BH05BHF1BHf2BPF1

Kar

bona

tisie

rung

stie

fe [m

m]

NN = keine NachbehandlungNOK = 7 Tage feuchtNW = 1 d im Windkanal

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Festigkeiten in Abhängigkeit vom Kunststoffgehaltnach Schorn

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Verformungen und Festigkeiten von PCCnach Schorn

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Festigkeitsverlauf eines PCC bei Temperaturerhöhung(nach Wesche. K.: Baustoffe für tragende Bauteile, Band 4 Holz und Kunststoffe; Bauverlag

1988

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Zusammenfassung (1)

• Meist weicher Konsistenz, Einsparung von Wasser• Maximale Temperatur infolge Hydratation meist

niedriger und später • Druckfestigkeit geringer• Biegezugfestigkeit im lufttrockenen Zustand - auch

bei schlechter Nachbehandlung - meist deutlich höher• Biegezugfestigkeit im durchfeuchteten Zustand

geringer• Verhältnis Druck-/Biegezugfestigkeit wird günstiger• E-Modul geringer, weniger aufgrund des Kunst-

stoffgehaltes als aufgrund der eingemischten Luft

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Zusammenfassung (2)

• Schwinden teilweise höher, teilweise geringer• Karbonatisierungstiefe bei gleicher Nachbehandlung

geringer als die des Betons.• Karbonatisierungstiefe bei schlechter

Nachbehandlung des PCC höher als die des gut nachbehandelten Betons.

• Kunststoffdispersionen aus dem Baumarkt deutlich schlechter als die der bauchemischen Industrie.

• Trotzdem deutliche Unterschiede zwischen einzelnen Dispersionen.