Frost-Tausalz-Prüfungen an Leichtbeton mit Leichtzuschlägen

Inhalt

1 Einleitung und Zielsetzung
1.1 Einführung
1.2 Gliederung

2 Frost- und Frost-Taumittel-Widerstand von Beton
2.1 Allgemeine Anforderungen
2.2 Schädigungsmechanismus
2.3 Schadensbild

3 Versuchsprogramm

4 Ausgangsstoffe
4.1 Übersicht der Ausgangsstoffe
4.2 Beschreibung der Ausgangsstoffe

5 Vorversuche
5.1 Wasseranspruch
5.1.1 Liapor F3,5
5.1.2 Liapor F6,5
5.1.3 Blähschiefer
5.1.4 Leichtsand / Lias
5.1.5 Kesselsand
5.2 LP-Gehalt

6 Mischungsentwurf
6.1 Allgemeine Anforderungen
6.2 Herstellung der Mischungen
6.2.1 Mischung 1
6.2.2 Mischung 2
6.2.3 Mischung 3
6.2.4 Mischung 4
6.2.5 Mischung 5
6.3 Zusammenfassung

7 Druckversuche
7.1 Trag- und Bruchverhalten von Leichtbeton
7.2 Auswertung der Druckversuche

8 Frost-Tausalz-Versuche
8.1 CDF-Test
8.1.1 Versuchsbeschreibung
8.1.2 Ultraschallprüfung
8.1.3 Wasseraufnahme
8.1.4 Mischung 1
8.1.5 Mischung 2
8.1.6 Mischung 3
8.1.7 Mischung 4
8.1.8 Mischung 5
8.1.9 Zusammenfassung CDF-Test
8.2 Boras-Test (Plattenverfahren)
8.2.1 Versuchsbeschreibung
8.2.2 Mischung 1
8.2.3 Mischung 2
8.2.4 Mischung 3
8.2.5 Mischung 4
8.2.6 Mischung 5
8.2.7 Zusammenfassung Boras-Test

9 CDF-Test und Plattenverfahren im Vergleich

10 Zusammenfassung und Ausblick

11 Literaturverzeichnis

12 Anhang

1 Einleitung und Zielsetzung

1.1 Einführung

Betonbauteile, die Witterungseinflüssen unmittelbar ausgesetzt sind, müssen einen aus-reichenden Frost- und gegebenenfalls einen Frost-Tausalz-Widerstand während der gesamten Nutzungsdauer aufweisen. Die Beanspruchung reicht von geringem Frostangriff, zum Beispiel bei Fassadenelementen, bis zu starkem Frost-Tausalz-Angriff unter anderem bei Beton-fahrbahnen, Brückenkappen oder Räumerlaufbahnen von Kläranlagen. Zur Erzielung eines ausreichenden Widerstandes legen Normen Anforderungen an Ausgangsstoffe und Beton-zusammensetzung fest [12].

Zur unmittelbaren Bestimmung des Frost-Taumittel-Widerstandes gibt es zahlreiche Prüfver-fahren, deren Ergebnisse jedoch zu große Prüfstreuungen aufweisen, um mit statistisch aus-reichender Sicherheit ein Abnahmekriterium definieren zu können. In Deutschland wurde mittels Ring- und Vergleichsversuchen anhand unterschiedlicher Prüfverfahren versucht, reproduzierbare Versuchsergebnisse zu erhalten. Die Ergebnisse aller Prüfanstalten wiesen untereinander so große Streuungen auf, dass das von einer Prüfanstalt ermittelte Einzel-ergebnis an sich nur eine sehr geringe Aussagekraft besaß. Über die Reproduzierbarkeit der erzielten Prüfergebnisse gab und gibt es unterschiedliche Meinungen. Deshalb wird bisher der Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand in den Normen bevorzugt durch Herstellkriterien (w/z-Wert, Gehalt an künstlichen Luftporen) definiert. Eine einheitliche Prüfung des Frost-Tausalz-Widerstandes ist hier nur von untergeordneter Bedeutung [19].

Da in Deutschland keine festgeschriebene Norm für die Prüfung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstandes von Beton existiert, ist es notwendig, ein einheitliches Verfahren zu entwickeln oder sich auf ein bestehendes Prüfverfahren zu einigen, das als gültige Norm mit festgelegten Rand- und Herstellkriterien festgeschrieben wird.

Einen ersten Schritt in diese Richtung macht die europäische Norm prEN 12390-xxx:2000 [4]. Sie gibt dem Anwender drei Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenabwitterung vor. Als Referenzverfahren ist der schwedische Plattenversuch [1] festgelegt worden. Ebenso können als Alternative das CF-/CDF-Verfahren [2] und das Würfelverfahren angewendet werden. In der vorliegenden Arbeit werden mit dem schwedisches Plattenverfahren und dem CDF-Test zwei der in der europäischen Norm vorgeschlagenen Prüfverfahren verwendet.

Leichtbetone zeichnen sich gegenüber Normalbeton dadurch aus, dass sie eine geringere Rohdichte aufweisen. Neben dem Verhältnis Eigenlast zu Gesamtlast eines Bauwerks wird auch das Wärmedämmvermögen günstiger. Druckfestigkeit und Rohdichte können aber je nach verwendeter Gesteinskörnung, Betonzusammensetzung und Verwendungszweck stark schwanken. Aufgrund dieser speziellen Eigenschaften von Leichtbeton und der guten Frost-beständigkeit künstlich hergestellter Gesteinskörnungen und Sande ist zu überlegen, in wie weit Leichtbetone bei Frost-Tausalz-Beanspruchung eingesetzt werden können.

In der vorliegenden Arbeit soll untersucht werden, ob Leichtbetone mit Leichtzuschlägen ohne Zugabe eines LP-Mittels frost-tausalzbeständig sind. Die Versuche werden mit dem schwedischen Plattenverfahren und dem CDF-Test an fünf unterschiedlichen Betonen mit geschalter und gesägter Fläche durchgeführt. Neben der Frost-Taumittel-Beständigkeit von Leichtbetonen werden die verwendeten Prüfverfahren miteinander verglichen und hinsichtlich ihrer Versuchsdurchführung und den damit erzielten Ergebnissen diskutiert.

1.2 Gliederung

In Kapitel 2 soll zunächst auf den Schädigungsmechanismus und die daraus entstehenden Schäden infolge Frost-Tausalz-Beanspruchung von Beton eingegangen werden.

Die Aufstellung und Angabe der für die vorliegende Arbeit erforderlichen Versuche sowie das Versuchsprogramm gibt Kapitel 3 wieder.

Die verwendeten Ausgangsstoffe werden in Kapitel 4 vorgestellt; es wird kurz auf ihre Herstellung, Eigenschaften und die in der Mischungsberechnung verwendeten Material-kennwerte eingegangen.

In Kapitel 5 wird neben dem Wasseranspruch der leichten Gesteinskörnungen auch die für eine Prüfmischung erforderliche Zugabemenge an Luftporen bildendem Zusatzmittel bestimmt.

Kapitel 6 beinhaltet den Mischungsentwurf und geht näher auf die Herstellung und die Eigenschaften des jeweiligen Frischbetons der Leichtbetonmischungen ein.

In Kapitel 7 wird das Trag- und Bruchverhalten von Leichtbeton erklärt und die Ergebnisse der Druckversuche werden ausgewertet.

Der CDF-Test und das Plattenverfahren sind in Kapitel 8 näher erläutert und die Versuchs-ergebnisse beschrieben und zusammengefasst. Die Ergebnisse der Ultraschallmessung und der Wasseraufnahme der Probekörper werden aufgezeigt.

In den abschließenden Kapiteln 9 und 10 werden die Ergebnisse der Frost-Tausalz-Versuche zusammengefasst, diskutiert, und es wird ein Ausblick gegeben.

2 Frost- und Frost-Taumittel-Widerstand von Beton

2.1 Allgemeine Anforderungen

Die Auswirkung von Frost-Tau-Wechseln auf den Beton ist abhängig von dessen Feuchtigkeits-gehalt sowie der Häufigkeit und Intensität der Temperaturänderungen. Die Beanspruchung durch Gefrieren nimmt mit steigendem Feuchtigkeitsgehalt zu. Sie ist am stärksten bei Gefrieren unter Wasser, wie es z.B. bei stehenden Wasserfilmen auf Verkehrsflächen statt-findet. Bei Außenbauteilen erfolgt in der Regel ein Gefrieren an Luft, was zu einer deutlich geringeren Beanspruchung führt.

Beton, der unter Umgebungsfeuchte „austrocknet“ und, wie bei vertikalen Bauteilflächen, der Einwirkung von Niederschlägen nur begrenzt ausgesetzt ist, verhält bei sachgerechter Herstellung praktisch unempfindlich gegenüber Frost-Tau-Wechseln. Schäden sind jedoch zu erwarten, wenn der Beton im durchfeuchteten Zustand häufigen und schroffen Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt ist, insbesondere bei gleichzeitiger Einwirkung von Taumitteln. In diesen Fällen ist ein Beton mit hohem Frostwiderstand bzw. Frost-Taumittel-Widerstand erforderlich [17].

Um einen Beton gegenüber Frostbeanspruchungen widerstandsfähig zu machen, muss auch der Zuschlag Regelanforderungen entsprechen und Widerstand gegen Frost- und Frost-Taumittel aufweisen. Dies ist in DIN 4226-Teil 1 und Teil 2 festgelegt [6], [7].

Für die Bestimmung des Frost-Taumittel-Widerstandes von Beton gibt es mehrere Verfahren. Vorliegende Arbeit wird mit Hilfe des CDF-Tests [2] und des schwedischen Plattenversuchs (Swedish Standard SS 13 42 77, [1]), auch Boras-Test genannt, durchgeführt. Nach GRÜBL [17] haben die verschiedenen Prüfverfahren Schwierigkeiten, allgemein anerkannt zu werden, da die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf das Verhalten des Betons im Bauwerk noch zu wenig gesichert ist. „Die Ergebnisse sind nur bedingt auf die Praxis übertragbar“, Zement, Taschen-buch 2000 [15]. AUBERG [18] kommt zumindest für den CDF-Test aufgrund seiner Forschungsergebnisse zu dem Schluss, „dass die Übertragbarkeit auf die Praxis gegeben ist, da die hohe Präzision des Prüfverfahrens Basis für eine bauvertragliche Sicherheit ist“.

2.2 Schädigungsmechanismus [17]

Für einen frostbeständigen Beton ist neben frostwiderstandsfähigem Zuschlag und einem dichten Gefüge auch eine bestimmte Festigkeit der Matrix maßgebend. Die Dichtigkeit begrenzt die Wasseraufnahme und damit die Wassermenge, welche im Gefüge gefrieren kann. Infolge der 9%igen Volumenzunahme gefrierenden Wassers ist es erforderlich, dass der Beton eine ausreichende Festigkeit besitzt, um den entstehenden Eisdruck aufnehmen zu können. Beide Grenzwerte müssen umso strenger gefasst werden, je stärker die zu erwartende Abkühlung und je größer der zu erwartende Wassersättigungsgrad sind. Die Gefahr der Schädigung steigt allgemein mit der Intensivierung der äußeren Einwirkungen. So kann ein wassergesättigter Beton durch Frost zerstört werden, obwohl er eine hohe Festigkeit besitzt. Ebenso erleidet trockener Beton Schädigungen, wenn die Temperaturänderung zu schnell erfolgt.

Im Betongefüge laufen eine Reihe von Vorgängen ab, die zum Verständnis des Schädigungs-prozesses beitragen. Untersuchungen zu diesem Thema sind jedoch noch nicht abge-schlossen.

Im Gefüge des Betons befindet sich Wasser, welches auf Poren unterschiedlicher Größe verteilt ist. Der Wassersättigungsgrad des Gefüges zeichnet sich dadurch aus, dass die Poren bis zu einem bestimmten größten Durchmesser mit Wasser gefüllt sind. Je größer der Wassergehalt, umso größer sind auch die Poren, in denen sich noch Wasser befindet.

Senkt sich die Temperatur unter den Gefrierpunkt ab, findet zunächst keine Eisbildung statt. Grund ist die Gefrierpunktserniedrigung durch die Ca(OH)2 enthaltende Porenlösung, die bei ca. –5°C liegt. Beginnt bei weiterer Temperaturabsenkung die Eisbildung, findet diese nicht auf einmal statt und hängt von der Größe der Pore ab. Je kleiner die Poren sind, umso tiefer muss die Temperatur gesenkt werden, damit dort Wasser in Eis umgewandelt wird. Der Dampfdruck über Eis ist geringer als der über Wasser gleicher Temperatur. Dadurch entsteht ein Dampfdruckgefälle, weil im Gefüge gleichzeitig Wasser und Eis nebeneinander vorliegen. Das hat zur Folge, dass noch flüssiges Wasser zum Eis hin diffundiert und dort in Eis übergeht. Wasser aus kleinen Poren wandert ab, und eine Eisansammlung in den größeren Poren findet statt.

Die Intensität dieses Vorgangs ist stark von der Art der Porenverteilung abhängig, d.h. in wie weit kleine Poren entwässert werden und sich dementsprechend beim Erreichen der jeweiligen Gefriertemperatur die Volumenzunahme beim Übergang von Wasser in Eis in den Poren in Sprengdruck umsetzt.

Enthält das Porenwasser Natriumchlorid (NaCl), sinkt der Gefrierpunkt der Porenlösung noch weiter ab, als dies bei Anwesenheit von Ca(OH)2 der Fall ist. Durch das Vorhandensein von NaCl findet der erste Eisübergang, unter sonst gleichen Bedingungen, bei noch tieferen Temperaturen statt. Daraus resultiert eine schwächere Wasserumverteilung durch Dampfdruck-unterschiede zwischen flüssiger und fester Phase. Die Gefahr der Sprengwirkung steigt, weil die Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass Wasser in den kleineren Poren in Eis umgewandelt wird, bevor diese Wasser abgeben können.

Abb. 2-2: Eis in einer künstlich eingeführten Luftpore in einem Zementmörtel, das sich nach mehr-maligen Frost-Tauwechseln bei einer Tempe-ratur von –20°C gebildet hat [17].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-1: Vergleich der Größe von Kapillar-, Gel- und künstlichen Luftporen im Gefüge eines zementgebundenen Betons [17]

Durch künstlich eingeführte Luftporen verbessert sich diese Situation aufgrund des wirksamen Mikroluftporengehalts L 300 deutlich. Dieser gibt in Vol.-% den Anteil der Poren, der durch ein Luftporen bildendes Zusatzmittel erzeugt worden ist, mit einem Durchmesser bis 300 μm an. Mittels künstlicher Luftporen lässt sich die Widerstandsfähigkeit des Betons gegenüber Frosteinwirkung nachhaltig verbessern. Die unterschiedlichen Porengrößen im Beton werden in Abb. 2-1 deutlich.

Künstliche Luftporen sind so klein, dass sie sich im Allgemeinen nicht mit Wasser füllen. Dennoch enthalten sie geringe Mengen an Wasser, wodurch bei einer Abkühlung zuerst in diesen Poren Eisbildung stattfindet (s. Abb. 2-2), und zwar bei einer höheren Temperatur als das bei einem Gefüge ohne künstliche Luftporen der Fall wäre. Dadurch ist ein wirkungsvolles Dampfdruckgefälle wieder hergestellt, welches für die notwendige Wasserumverteilung bei der Abkühlung sorgt (s. Abb. 2-3).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-3: Modell von Poren im Zementstein bestehend aus Gelporen, Kapillarporen und künstlicher Luftpore. Bei einer Temperatur δ>0°C befindet sich in den Poren teilweise Wasser. Bei einer Temperatur δ<0°C ist Eis in der künstlichen Luftpore vorhanden. Die Größenverhältnisse sind nicht maßstäblich [17].

2.3 Schadensbild

Bei der Schädigung des Betons durch Frost- bzw. Frost-Tausalz-Beanspruchung (s. Abb. 2-6 und 2-7) ist zum einen die Oberflächenabwitterung, zum Anderen die innere Gefüge-schädigung zu unterscheiden. Während oberflächige Abwitterungen die Optik stören, hat eine innere Schädigung des Gefüges unter Umständen die Beeinträchtigung statischer Eigenschaften eines Bauteils zur Folge.

Unter Oberflächenabwitterung, der am häufigsten beobachteten Art der Abwitterung, ist ein fortschreitender Verlust kleiner Partikel oder dünner Schichten des Betons, verursacht durch Herauslösen oder Absprengen, zu verstehen. Dazu zählen auch die meist nur lokal auftretenden Abplatzungen (Pop-outs, s. Abb. 2-4 und 2-5), die häufig über oberflächennahen Zuschlägen auftreten. Ihren Ursprung haben sie entweder in einem nicht ausreichenden Verbund zwischen Matrix und Zuschlag oder in nicht frostbeständigen Zuschlagkörnern [15].

Bei seinen Untersuchungen zur Oberflächenschädigung kommt AUBERG [18] zu dem Ergebnis, dass „eine Änderung der Prüfvorschrift oder ungenaue Vorgaben in den Prüfbedingungen die Oberflächenschädigung signifikant beeinflussen“ und „...unter Umständen eine Neufestlegung der Beurteilungskriterien und der Präzision erfordern, bzw. zu einer geringeren Reproduzierbarkeit führen.“

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-4: Pop-out über einem Zuschlagkorn in der

Betonfahrbahn einer Tankstelle.

(Quelle: Dr. Konopka, ÖBP FH-Stuttgart)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-5: Pop-out über einem Zuschlagkorn in der Betonfahr- bahn einer Tankstelle

(Quelle: Dr. Konopka, ÖBP FH-Stuttgart)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als innere Gefügeschädigung versteht man eine fortschreitende Zerstörung des tieferliegenden Betongefüges. In Abhängigkeit des Sättigungsgrades entstehen beim Gefrieren Spannungen, die zu ersten Mikrorissen führen. Da sich der Feuchtgehalt durch wiederholte Frost-Tau-Wechsel erhöht und die Spannungen beim Gefrieren ansteigen, nimmt die Schädigung weiter zu. Im Frühstadium kann der beginnende Frostschaden optisch noch nicht erkannt werden. Durch einen Abfall des dynamischen Elastizitätsmoduls (dyn. E-Modul), ermittelt mit einer zerstörungsfreien Messung, wird der Frostschaden erkennbar (s. Kapitel 8.1.2). Erst bei fortschreitendem Schadensverlauf werden die inneren Gefügeschäden durch Risse im Beton sichtbar [15].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-6: Frost-Tau-Schaden in einem Parkhaus infolge Chlorideinwirkung

(Quelle: Dr. Konopka, ÖBP FH-Stuttgart)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2-7: Frost-Tau-Schaden in einem Parkhaus infolge

Chlorideinwirkung

(Quelle: Dr. Konopka, ÖBP FH-Stuttgart)

3 Versuchsprogramm

Für die Prüfung des Frost-Taumittel-Widerstandes von Leichtbeton werden drei unterschied-liche Leichtzuschläge (Liapor 3,5; Liapor 6,5; Blähschiefer) gewählt. Diese werden mit drei Sanden kombiniert (Leichtsand Lias und Kesselsand; Natursand), vgl. Tabelle 3-1 und Kapitel 6 sowie Anlagen A-13 bis A-23. Es werden fünf Leichtbetone für die Versuchsreihen hergestellt. Zum Vergleich der Frost-Tausalz-Widerstandsfähigkeit wird ein Beton mit einem Luftporen bildenden Zusatzmittel hergestellt.

Tabelle 3-1: Zusammenstellung der Mischungen für die Leichtbetone

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Vor der Mischungsberechnung und Herstellung der Probekörper wird der Wasseranspruch der Leichtzuschlagstoffe ermittelt (vgl. Tabelle 3-2). Um den angestrebten Luftporengehalt zu erreichen, wird am Mörtel der Mischung 5 die erforderliche Menge an Zugabemittel mit Hilfe des Druckausgleichverfahrens [16] bestimmt. Die Versuchsbeschreibungen und -ergebnisse sind in Kapitel 5 und Anlagen A-8 bis A-12 enthalten.

Tabelle 3-2: Verwendete Verfahren zur Bestimmung des Wasseranspruchs der Leichtzuschläge

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für die Ermittlung der Druckfestigkeit werden an drei Würfeln je Mischung Druckversuche durchgeführt (vgl. Tabelle 3-3). Die Ergebnisse sind in Kapitel 7 und den Anlagen A-24 bis A-30 enthalten.

An den Probekörpern wird anhand des Plattenverfahrens und des CDF-Tests die Frost-Tausalz-Beständigkeit ermittelt. Bei jedem dieser Verfahren wird an Proben mit geschalter und gesägter Fläche der Frost-Tausalz-Widerstand geprüft. Aus allen vier pro Mischung zur Verfügung stehenden Würfeln werden zwei Probekörper (150x150x50 mm) für die Prüfung an der gesägten und geschalten Fläche herausgeschnitten. Neben den Frost-Tausalz-Prüfungen werden im Rahmen des CDF-Tests der dynamische E-Modul für die Ermittlung der inneren Gefügeschädigung und die Wasseraufnahme der Probekörper bestimmt.

Einen Überblick über das Versuchsprogramm der Frost-Tausalz-Prüfungen gibt Tabelle 3-3. Die Ergebnisse sind in Kapitel 8 und den Anlagen A-31 bis A-58 enthalten.

Tabelle 3-3: Übersicht über das Versuchsprogramm (angegebene Werte sind Prüfkörperbezeichnungen*)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* z.B. 1-2 a bedeutet: Mischung 1, Würfel 2, geschalte Fläche ist Prüffläche

4 Ausgangsstoffe

4.1 Übersicht der Ausgangsstoffe

Tabelle 4-1 listet die für die Herstellung der Leichtbetone verwendeten Stoffe auf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4.2 Beschreibung der Ausgangsstoffe

Zement ist ein hydraulisch erhärtender Baustoff der aus einem Gemisch fein aufgemahlener, nichtmetallisch-anorganischer Bestandteile besteht. Er kann durch gemeinsames Vermahlen des bis zur Sinterung gebrannten Portlandzementklinkers mit anderen Haupt- und Neben-bestandteilen oder durch Mischen getrennt feingemahlener Haupt- und Nebenbestandteile hergestellt werden. Nach Zugabe von Wasser entsteht eine Suspension (Zementleim), die aufgrund einsetzender Hydratationsreaktionen sowohl an Luft als auch unter Wasser erstarrt und erhärtet. Nach der Erhärtung ist der so entstandene Zementstein raumbeständig, fest und auch bei Lagerung unter Wasser dauerhaft [15].

Der in dieser Arbeit verwendete Portlandzement nach DIN 1164-1:1994-10 und DIN EN 197-1:2001-02 der Festigkeitsklasse 42,5 R enthält als Hauptbestandteil Portlandzementklinker und höchstens 5 M.-% Nebenbestandteile. Die durch R gekennzeichnete Festigkeitsklasse weist auf einen Zement mit schneller Festigkeitsentwicklung hin. Als Rechenwert der Rohdichte wird ρ = 3,1 kg/dm³ festgelegt.

Blähton (Liapor F3,5 und F6,5) wird aus speziellen Tonen durch Brennen bis zur Sinter-temperatur (1000 bis 1200°C) meist im Drehrohrofen, seltener im Wirbelschachtofen oder auf dem Sinterband, hergestellt. Der Ton muss Stoffe enthalten (z. B. organische Stoffe [20]), die bei hohen Temperaturen Gase entwickeln und dabei das Korn aufblähen. Beim Brennen bildet sich um das Korn eine Sinterhaut, die dichter und fester ist als das porige Innere. Seine runde Form erhält das Korn durch die Aufbereitung des Rohmaterials auf Pelletier-Tellern oder durch Granulation im Drehrohrofen [17]. Blähton ist leicht, druckfest, wärmedämmend, feuerbeständig und frostsicher (s. Abb. 4-1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Abb. 4-1: Liaporkugeln [20]

In DIN 4226-3 [8] wird bei einer Zusammensetzung des Betons nach dem Korngruppenver-fahren auch die Verwendung von Leichtzuschlag der Korngruppe 2/8 festgelegt. Neben Liapor F3,5 2/8 kann jedoch auch Liapor F6,5 mit einer Korngruppe von 2/10 der Norm gerecht werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Anteil der Körner, die größer als 8 mm sind, im Mittel 0,59 M.-% beträgt und daher Liapor F6,5 eher einer 2/8 mm als einer 2/10 mm Korngruppe entspricht. Der Rechenwert der Rohdichte wird für Liapor F3,5 mit ρ = 0,70 kg/dm³ und für Liapor F6,5 mit ρ = 1,20 kg/dm³ festgelegt. Eine Wasseraufnahme von 13 M.-% für Liapor F3,5 und 10 M.-% für Liapor F6,5 ( Angaben Fa. Liapor®) wird bei der Mischungsberechnung zugrunde gelegt. In den Vorversuchen wird die Wasseraufnahme bestimmt (s. Kapitel 5).

Die Bezeichnungen 3,5 und 6,5 geben die Schüttdichte der einzelnen Sorten an. Die Werte 3,5 und 6,5 stehen jeweils für 350 und 650 kg/m³.

Blähschiefer ist aus dem natürlichen Rohstoff Schiefer durch ein thermisches Verfahren hergestellter mineralischer Leichtzuschlagstoff mit porigem Gefüge. Er hat eine gedrungene und kantige Kornform mit einer rau-porösen Oberfläche [21]. Blähschiefer ist leicht, druckfest, wärmedämmend, feuerbeständig, frostsicher und hat damit dieselben Eigenschaften wie Blähton (s. Abb. 4-2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Abb. 4-2: Blähschiefer

Als Rechenwert der Rohdichte wird ρ = 1,30 kg/dm³ festgelegt. Es wird mit einer Wasser-aufnahme von 10 M.-% gerechnet. In den Vorversuchen wird die Wasseraufnahme bestimmt (s. Kapitel 5).

Der Leichtsand Liapor Sand K (Lias) wird durch Brechen gröberen Korns gewonnen, da es bei den üblichen Herstellverfahren nur mit großem Aufwand möglich ist, sandfeine Körner vorzuformen. Bei der Granulation plastischen Ausgangsmaterials im Drehrohrofen fällt auch etwas vorgeformtes Feinkorn an, welches neben einer offenporigen Oberfläche eine meist gedrungene, aber nicht gerundete Kornform hat. Er ist deshalb für die Verarbeitbarkeit weniger günstig als natürlich gerundeter Sand.

Als Rechenwert der Rohdichte wird ρ = 1,60 kg/dm³ festgelegt. Als Wasseraufnahme von 30 M.-% wird mit den Angaben der Fa. Liapor® gerechnet. In den Vorversuchen wird die Wasser-aufnahme bestimmt (s. Kapitel 5).

Kesselsand ist ein Verbrennungsrückstand, der bei Verbrennung von Steinkohle in den Trockenfeuerungskesseln moderner Kraftwerke hergestellt wird. Er bildet im Feuerraum durch Sinterung Agglomerate, die aufgrund ihrer Masse in ein nach unten abschließendes Wasserbad fallen und dort mit einer Kratzvorrichtung entnommen werden. Je nach Produktions-randbedingung und Rohstoffbeschaffenheit werden abschließend Verfahrensschritte zur Grobgutabscheidung (Rechensieb) und/oder Grobgutbrechung (Backenbrecher) durchlaufen. Die Einzelkörner besitzen eine porige Struktur und sind mit denen von geblähtem und gebrochenem Leichtzuschlag vergleichbar. Sie weisen unregelmäßig aufgebrochene, raue Oberflächen auf [22], [23].

Als Rechenwert der Rohdichte wird ρ = 1,50 kg/dm³ festgelegt. Als Wasseraufnahme von 30 M.-% wird mit den Angaben der Fa. SAFA® gerechnet. In den Vorversuchen wird die Wasser-aufnahme bestimmt (s. Kapitel 5).

Eine in der Natur vorkommende Gesteinskörnung ist der Natursand. Er ist ein Gestein, das seine Kornform und Größe infolge mechanischer Einwirkungen über einen langen Zeitraum erhalten hat. Der für die Mischung 5 verwendete Sand enthält keine quellfähigen Bestandteile und entspricht den Anforderungen des Merkblatt 1 „Betontechnische Berichte“ [10].

Als Rechenwert der Rohdichte wird ρ = 2,555 kg/dm³ festgelegt. Es wird mit einer Wasser-aufnahme von 0 M.-% gerechnet.

Für die Herstellung von Luftporenbildner werden Seifen aus natürlichen Harzen sowie synthetische ionische und nichtionische Tenside verwendet. Dieses dem Frischbeton beige-fügte Zusatzmittel soll während des Mischvorgangs kleine, fein verteilte, kugelförmige geschlossene Luftporen in den Zementleim einführen, um den Frost- und Frost-Taumittel-Widerstand des erhärtenden Betons zu erhöhen. Daneben wird auch die Verarbeitbarkeit des Frischbetons verbessert, allerdings reduziert sich mit zunehmenden Luftgehalt auch die Festigkeit.

Die erforderliche Zugabemenge an LP-Mittel wird, wie in Kapitel 5 beschrieben, anhand des Druckausgleichsverfahrens ermittelt [16].

5 Vorversuche

5.1 Wasseranspruch

Im Gegensatz zu Zuschlag mit dichtem Gefüge, z.B. Rheinkies als natürliche Gesteinskörnung, nehmen trockene Leichtzuschläge mehr Anmachwasser auf, was bei der Errechnung des für die Festigkeit des Zementsteins maßgebenden wirksamen Wasserzementwerts zu berücksich-tigen ist. Für den Liapor F3,5 und F6,5 sowie den Blähschiefer wird deshalb die Wasserauf-nahme der Leichtzuschläge in 30 min nach „Merkblatt 1: Betontechnische Berichte“ bestimmt [10]. Der Wasseranspruch der Leichtsande wird in Anlehnung an das „Puntke-Verfahren“ ermittelt [14].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5-1: Wasseraufnahme von Blähschiefer in 30 min

Bei den verwendeten Leichtzuschlägen (Liapor 3,5, Liapor 6,5, Blähschiefer) ist die Schütt-dichte kleiner als 0,8 kg/dm³. Damit ergibt sich eine für die Prüfung der Wasseraufnahme nach 30 min vorgeschriebene Trockenmasse von 200 g (Trocknung im Ofen bei 105°C mit anschlies-sender 24h Lagerung bei Raumtemperatur). Diese wird mit Wasser solange angefeuchtet (z. B. Sprühflasche), bis noch kein sichtbarer Wasserfilm auf der Oberfläche des Zuschlags zu sehen ist. Unmittelbar nach der Anfeuchtung wird die Probe gewogen und in einen Messzylinder mit 1000 cm³ Inhalt gefüllt. Um ein Aufschwimmen des Zuschlags zu verhindern, wird eine Metall-scheibe aufgelegt. Anschließend werden 500 cm³ Wasser zugegeben (s. Abb. 5-1). Die Probe ist durch Klopfen an der Zylinderwand und leichtes Aufstoßen des Zylinders zu entlüften. Unmittelbar nach dem Einfüllen des Wassers und nach Ablauf von 30 min wird das Volumen abgelesen und die Wasseraufnahme berechnet. Der Versuch wird an drei Proben des gleichen Zuschlags durchgeführt und die Wasseraufnahme nach 30 min als Mittelwert der drei Versuche in Gew.-% angegeben.

Die Wasseraufnahme der Leichtsande (Lias, Kesselsand) wird in Anlehnung an das „Puntke Verfahren“ ermittelt [14]. Dieses Verfahren wurde entwickelt, um feine Kornhaufwerke in Bezug auf ihre Packungsdichte besser beurteilen zu können. Bestimmt wird die dichteste Lagerung durch den Mindestwasserbedarf für die Sättigung eines Haufwerks.

In den Versuchen zur Bestimmung des Wasseranspruchs von Lias und Kesselsand wird folgendermaßen vorgegangen.

[...]