Experimentelle und theoretische Untersuchungen der Frischbetoneigenschaften von selbstverdichtendem Beton

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Zusammenhang zwischen der Betonzusammensetzung und den Frischbetoneigenschaften von Selbstverdichtendem Beton (SVB) untersucht. Zur Anwendung kamen Standardkonsistenzprüfverfahren und das Frischbetonrheometer "BTRHEOM". Die Ableitung der rheologischen Kenngrößen Fließgrenze und plastische Viskosität erfolgte mit Hilfe einer kombinierten Fließkurvenanpassung auf Basis des Herschel-Bulkley-Ansatzes mit nachfolgender linearer Bingham-Anpassung. Zur Vorhersage des Fließverhaltens wurde der Beton als Zwei-Phasen-System modelliert, wobei der Bindemittelleim als flüssige Phase und die Gesteinskörnung als feste Phase betrachtet wurde. Die Wechselwirkung zwischen beiden Phasen konnte durch die Dicke der Leimschicht auf der Gesteinskörnung (Leimschichtdicke) oder aber durch die relative Feststoffkonzentration beschrieben werden. Mit Hilfe dieser Modellparameter konnten sowohl die Standardkonsistenzparameter als auch die rheologischen Kenngrößen Fließgrenze und plastische Viskosität beschrieben werden. Zur Charakterisierung der Bindemittelleime wurde die Trichterauslaufzeit des Leimes herangezogen. Die eingeführten Modellparameter Leimschichtdicke und Leimauslaufzeit dienten auch zur Ableitung eines Entwurfskonzepts von SVB. Weiter wurden die Zusammenhänge zwischen den Kennwerten der Standardprüfverfahren und den rheologischen Kennwerten Fließgrenze und plastische Viskosität untersucht. Demzufolge kann der Setzfließversuch verwendet werden, um die Fließgrenze und die plastische Viskosität abzuschätzen. Der Trichterauslaufversuch des Betons ist hingegen zur Abschätzung der plastischen Viskosität ungeeignet. Die Anwendbarkeit der makroskopischen Kennwerte Fließgrenze und plastische Viskosität wurde auch im Hinblick auf weitere Fließvorgänge untersucht.

Within the scope of this work the relationship between the concrete composition and the fresh concrete properties of self-compacting concrete (SCC) was investigated. The fresh concrete properties of SCC were determined by means of the standardised consistency tests and the fresh concrete rheometer "BTRHEOM". The calculation of the rheological parameters, i.e. the yield point and the plastic viscosity, was based on a combined flow curve approximation of the Herschel-Bulkley approach followed by a linear Bingham approximation. To predict the flow behaviour the concrete was modelled as a two phase system consisting of the fluid phase paste and the solid phase aggregates. The interaction between these two phases could be described by means of the thickness of the excess paste on the aggregates (excess paste thickness) or by the relative solid concentration. With these model parameters, both the standard consistency parameters as well as the rheological parameters could be described. For the characterisation of the paste, the funnel flow time was used. The model parameter excess paste thickness and the flow time of the paste provided the basis for a design concept for SCC. Furthermore, the relationships between the characteristic values of the standardised test methods and the rheological parameters (yield point and plastic viscosity) were investigated. Thus it is possible to estimate the yield point and the plastic viscosity based on the slump flow test. Whereas the funnel flow time of the concrete is not a suitable parameter for the estimation of the plastic viscosity. The application of the macroscopic parameters yield point and plastic viscosity was also investigated with regard to other flow scenarios.