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20 | LAFARGE FORUM | 1/2014 Bild 1: Prognostizierte 28-Tage-Mörteldruckfestigkeit der Zemente mit Hüttensand HS1 (links) bzw. HS2 (rechts) und Klinker Z2 Z S V 20* 80* – 20* 80* – 31* 52* 17* 31* 52* 17* 31* 52* 17* 56* 27* 17* 56* 27* 17* 56* 27* 17* 20* 45* 35* 20* 45* 35* CEM III/C X/B X/A V/B 60 50 40 30 20 10 0 28d 7d 2d Bild 2: Druckfestigkeiten für ausgewählte Zementzusammensetzungen Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass der Anteil weiterer Zement- bestandteile mit geringerer Leistungsfähigkeit, wie z. B. Steinkohlen- flugasche oder auch Kalksteinmehl, bei konstanter Klinkerreaktivität durch eine höhere Hüttensandreaktivität erhöht werden kann. In der Kombination mit Hüttensand lässt sich also das Potenzial solcher Zementbestandteile besser nutzen. Vertiefte Bindemitteluntersuchungen In Deutschland liegt das Festigkeitsniveau marktüblicher Zemente tendenziell an der oberen Grenze der entsprechenden Festigkeits- klasse. Dennoch wurden, basierend auf dem in den Basisversuchen abgeleiteten mathematischen Festigkeitsmodell, 23 weitere Zemente mit einer prognostizierten Normfestigkeit von > 35 MPa definiert, um den gesamten in DIN EN 197-1 definierten Festigkeitsbereich abzudecken. Alle untersuchten Zemente erfüllten die Anforderungen von DIN EN 197-1. Tendenziell wurden mit sinkendem Klinkergehalt längere Erstarrungszeiten und eine bessere Verarbeitbarkeit (bestimmt als Mörtelausbreitmaß) gemessen. Wie zu erwarten war, entsprach die Normfestigkeit im Alter von 28 Tagen der mittels des mathematischen Modells prognostizierten Festigkeit. Die Festig- keitsentwicklung einiger ausgewählter Zusammensetzungen ist in Bild 2 dargestellt. Das Bild veranschaulicht, dass die derzeit üblichen Marktanforderungen an die Festigkeit zielsicher erreicht werden können, sofern die zuvor beschriebenen Einschränkungen beachtet werden. Selbst Zemente mit nur 31 M.-% bzw. 20 M.-% Portlandzementklinker erreichten Festigkeiten von rund 50 MPa. Orientierende Betonversuche Die Normung und Anwendungsregelung neuer Zemente mit markt- üblichen Eigenschaften ist nur dann sinnvoll, wenn sich mit ihnen auch leistungsfähige, dauerhafte Betone herstellen lassen. Daher wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens erste Erfahrungen zur Festigkeitsentwicklung und zur Dauerhaftigkeit von Betonen mit den neu entwickelten Zementen gesammelt. >> Parameterstudie Die Ergebnisse der 108 Basisversuche wurden nach statistischen Gesichtspunkten ausgewertet und es wurden mathematische Modelle zur Festigkeitsentwicklung aufgestellt. Die Validierung der Modelle durch die labortechnische Prüfung vorausgesagter Werte belegte, dass sich die Früh- und Normfestigkeiten der Zemente in Abhängigkeit von den Ausgangsstoffen und deren Zusammensetzung mit sehr guter Näherung prognostizieren lassen. Erwartungsgemäß haben die stoffliche Zusammensetzung der Zemente sowie die Reaktivität des Klinkers und des Hüttensandes einen hohen Einfluss auf die Festigkeitsentwicklung. Hingegen beeinflussten die gewählten Feinheiten des Hüttensands und der Flugasche primär die Frühfestigkeit. Der Einfluss der Reaktivität der Steinkohlenflugasche war dagegen zu vernachlässigen. Bild 1 zeigt exemplarisch die Ergebnisse des mathematischen Modells für die Normfestigkeit im Alter von 28 Tagen. Demnach hat ein Zement mit 45 M.-% Hüttensand HS1 einer Feinheit von 4200 cm²/g, 40 M.-% Zement Z2 und 15 M.-% Steinkohlenflugasche eine prognostizierte Festigkeit von 52 MPa, wie beispielhaft im linken Diagramm von Bild 1 dargestellt. Zur besseren Einordnung der Ergebnisse sind die bereits in DIN EN 197-1 genormten Bereiche weiß hinterlegt. Beim Vergleich der beiden Dreistoff-Diagramme ist deutlich der positive Einfluss der Hüttensandreaktivität auf die erzielbare Festig- keit zu erkennen. Gleiches gilt, wenn auch nicht im Bild dargestellt, für den Klinker. Der Einfluss der Reaktivität der Hauptbestandteile Hüttensand und Klinker nimmt mit abnehmendem Klinkergehalt im Zement deutlich zu. Zemente mit marktüblichen Festigkeiten lassen sich innerhalb des Untersuchungsraums in einem weiten Zusammensetzungs- bereich herstellen. Der Flugaschegehalt muss jedoch entsprechend der Reaktivität des verwendeten Klinkers bzw. Hüttensands begrenzt werden. Für Zemente mit Klinkergehalten zwischen 40 M.-% und 65 M.-% liegt er bei maximal 30 M.-% bis 40 M.-%. Bei Zementen mit geringerem Klinkergehalt (< 40 M.-%) konnte nicht in jedem Fall eine Normfestigkeit nach 28 Tagen von > 42,5 MPa erzielt werden. Zement nach DIN EN 197-1 Untersuchte Mischung 28d-Mörtelfestigkeit [MPa] < 32,5 32,5 – 42,5 42,5 – 52,5 > 52,5 S 100% 100% V 100% Z HS2 (4200) Z2 S 100% 100% V 100% Z V = 15% HS1 = 45% Z2 = 40% HS1 (4200) Z2 52,2 MPa

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