Hochleistungs-beton

Hauptseminarvortrag

am 21.06.2011

Jessica Goller

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

Beton

Drei wichtige Bestandteile:· Zement· Wasser· Füllstoff (z.B. Sand / Kies)

Betonzusatzstoffe und –zusatzmittel:· Betonstahl -> Stahlbeton· Fasern -> Faser- / Stahlfaserbeton· Verflüssiger· Beschleuniger

Herstellung von Zement

Brennen von Zement

Wichtige Bestandteile:

CaO

SiO2

Al2O3

Brennen von ZementWichtig:

Ca2Si-> Dicalciumsilicat

Ca2SiO4

Ca3Si-> Tricalciumsilicat

Ca3SiO5

-> Inselsilikate

Brennen von Zement

Inselsilikate

hcp der SauerstoffionenSchichtfolge

(ABAB)grün: Ca in ½ der

OLrot: Si in 1/8 der TLisolierte [SiO4]-Tetraeder

Schicht A Schicht B

Abbinden von Zement

· Hydrolyse von Portlandzement

· Veränderungen der Viskosität, der Erstarrungsgeschwindigkeit und der Festigkeit

· Beispiel: Betonverflüssiger

Hydrolyse von Portlandzement1. Phase:3 CaSO4 + 32 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

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)

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

Hydrolyse von Portlandzement

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 ErhärtungsprozessAnwendung: Betonieren bei hohen

Temperaturen Transport über große Distanzen

Veränderungen der Viskosität, der Erstarrungsgeschwindigkeit und der Festigkeit

Beispiel: Betonverflüssigern

Anwendung: · Pumpbetone · Beton mit sehr hohen Druckeigenschaften

Vorteile: · Erhöhung der Druckfestigkeit/Dichtigkeit

· vermindert WasseranspruchNachteil:

· starke Verzögerung beim Abbinden

Beispiel: BetonverflüssigernPolycarboxylate mit Seitenketten

Veränderungen der Viskosität, der Erstarrungsgeschwindigkeit und der Festigkeit

Hochleistungsbeton - Motivation

· steigende Gebäudehöhe

Petronas Towers in Kuala Lumpur

Hochleistungsbeton - Motivation

· Offshore-Bauwerke

Hochleistungsbeton - Motivation

· Großbrücken

Salginatobelbrücke bei Schiers

Hochleistungsbeton - Motivation

· Klima

Burj Dubai (>800 m) Temperaturen um 45 °C im Sommer

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

Hochleistungsbeton

Beton:Druckfestigkeit: 40 N/mm² (~ 250 Kleinwagen)Zugfestigkeit: 4 N/mm²

Ultrahochfester Beton (UHFB):Druckfestigkeit: 200 N/mm² (~ Stahl)Zugfestigkeit: 15 N/mm²Biegzugfestigkeit: 50 N/mm²

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

Reaktive SiO2

Silicastaub:SiO2 + Ca(OH)2 + nH2O -> Ca3SiO5 + mH2O

SiO2 im Überschuss, dient als Nukleierungsmittel-> Bildung vieler kleiner Kristallite anstatt weniger

großer Kristallite

Fuller - Verteilung

Zusammenfassung - UHFB

· höhere/ größere Bauwerke· Druckfestigkeit: 200 N/mm²· Optimierte Inhaltsstoffe· Einsatzgebiete: · druck- und biegebeanspruchte Bauteile

· chemisch beanspruchte Bauteile

· Forschung an erhöhter Festigkeit

Literaturverzeichnis

· www.beton.org· http://cms.uni-kassel.de/unicms/index.php?id=6596· http://cms.uni-kassel.de/unicms/index.php?id=6596

· http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/beton/beton.htm

· http://www.basf-cc.de/de/produkte· Manfrinetti P., Fornasini M.L., The phase diagram of the Ca-Si-system,

1999·http://de.wikipedia.org/w/index.php?

title=Datei:Kalkofentemperatur.png&filetimestamp=20080101213548

· http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/metalle_3_8.html

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !