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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 !
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