Verwendung von Abprodukten der chemischen Industrie als Betonzusatz/Zuschlag (D773)
Allgemeine Angaben
- Diplomarbeit Nr. D773
- Bearbeiter: Kerstin Speck
- Betreuender Hochschullehrer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach
- Betreuer: Dipl.-Ing. Friedrich Brandes, Dipl.-Ing. Holger Vogel, Dipl.-Ing. Reiner Hempel, Dipl.-Ing. Thomas Bösche , Dipl.-Ing. Torsten Hampel
- Kooperationspartner: Sächsische Umweltschutz Consulting GmbH
- Bearbeitungszeitraum: 9.6.1998-9.9.1998
Zusammenfassung:
Das untersuchte Abprodukt, im folgenden als SILICA bezeichnet, eignet sich als Zusatzstoff für die Herstellung von Beton. Der Filterkuchen besteht zu 99 % aus amorphem Siliciumdioxid, besitzt eine spezifische Oberfläche von über 30 m²/g und einen mittleren Korndurchmesser von 15 µm. Seine Wirkungsweise im Beton beruht demzufolge auf einem Füllereffekt und einer puzzolanischen Reaktion.
Der durch den Herstellungsprozeß bedingte Chloridgehalt ist bei einer Verwendung von SILICA als Zusatzstoff für bewehrten Beton auf 0,1 M-% zu beschränken. Die Zugabemenge zum Beton darf außerdem 20 M-% der Zementmenge nicht überschreiten. Das Optimum liegt bei rund 8 M-%. Die untersuchte Zugabeform zum Beton war eine wäßrige Suspension. Dafür muß der Filterkuchen zuerst durch Trocknen und Mahlen aufbereitet werden.
Bei der Herstellung eines Betons mit SILICA ist auf eine geeignete Mischreihenfolge zu achten. Diese kann sich in Abhängigkeit von den verwendeten Zuschlägen und dem Mischer ändern. Der Frischbeton erhält durch SILICA eine steifere Konsistenz, besitzt eine geringere Neigung zum Bluten und steift schneller an. Die Konsistenz wird durch Verflüssiger eingestellt und sollte KF oder KR betragen.
Die Zugabe von SILICA bewirkte bei den untersuchten Mischungen eine Erhöhung der Betondruckfestigkeit von bis zu einem Drittel gegenüber einem vergleichbaren Beton ohne SILICA. Die Zugfestigkeit steigt proportional mit der Druckfestigkeit an. Die Spaltzugfestigkeit beträgt knapp 7 % der Druckfestigkeit. Die Größe des E-Moduls wird durch SILICA nicht wesentlich beeinflußt. Die Spannungs-Dehnungs-Linie besitzt bisca. 90 % der Bruchlast einen nahezu linearen Anstieg. Der Bruch erfolgt spröde und durch die Zuschläge hindurch. Die erreichte Bruchdehnung ist mit 1,5 bis 2 ‰ geringer als bei Beton ohne SILICA.
Die Auswirkungen von SILICA auf die Betonstruktur sind vor allem im Bereich der Poren sichtbar. Der Gesamtporenraum wird dadurch nicht verändert, aber die Porenradien werden kleiner und die Kontaktzone zwischen Zuschlag und Matrix wird verbessert. Eine deutliche Verbesserung der Dichtheit kann jedoch nur in Verbindung mit einem niedrigen Wasser-Bindemittel-Wert (w/b höchstens 0,35) und einem hohen Zementgehalt (mindestens 400 kg pro m³ Beton) erreicht werden.
Ein Beton mit SILICA besitzt einen hohen Verschleißwiderstand und weißt auch ohne künstlich eingetragene Luftporen einen ausreichenden Widerstand gegen eine Frost-Tausalz-Beanspruchung auf. Bei einem Angriff durch Säure ist die Schädigung bei einem Beton mit SILICA geringer als bei einem Beton ohne SILICA. Im Schwindverhalten konnten keine wesentlichen Unterschiede festgestellt werden.
Die ebenfalls untersuchten Estrichproben zeigten lediglich eine Steigerung der Druckfestigkeit. Die Biegezugfestigkeit und der Verschleißwiderstand wurden durch die Zugabe von SILICA nicht wesentlich beeinflußt.