Superabsorbing additions in concrete : applications, modelling and comparison of different internal water sources

Abstract

The work is structured into three parts: the investigation of water absorbent lightweight aggregates and superabsorbent polymers, the comparison and the determination of determinant material properties and finally the modeling of concrete mixtures with lightweight aggregates and superabsorbent polymers. The tests show, that the properties of concrete mixtures with saturated lightweight aggregates are dependent on the volumetric content of lightweight aggregates, their properties, the degree of saturation and the duration of the saturation process. Additional trials show, that different capabilities for the use of superabsorbent polymers exist: they can be used as air entrainer or as thickening agent. The comparison of water saturated lightweight aggregates and superabsorbent polymers show varying influences on the shrinkage behavior of the concrete mixture: mixtures with lightweight aggregates showed swelling while mixtures with SAP had a retarded shrinkage begin. The compressive and bending tensile strength was comparable. The computation of temperature and moisture distribution of a cured concrete is, at least for not autogenous storage, dependent on different coefficients. The work presents the most important ones and shows the influence of internal curing on the properties and results, which were calculated with a computer model for internal curing.

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in drei Hauptteile: der Untersuchung von wassergesättigten Leichtzuschlägen und von superabsorbierenden Polymeren (SAP), dem Vergleich und der Herausarbeitung von bestimmenden Werkstoffeigenschaften und abschließend der Modellierung von Betonmischungen mit Leichtzuschlägen und Superabsorbern. Die Versuche zeigen, dass die Eigenschaften von Betonmischungen mit wässergesättigten Leichtzuschlägen (Hybridbetone) im Wesentlichen von dem volumetrischen Gehalt an Leichtzuschlägen, deren Eigenschaften sowie des Vorsättigungsgrades und der Vorsättigungsdauer abhängig sind. Weitere Versuche zeigen außerdem, dass Superabsorber vielseitige Einsatzmöglichkeiten haben: sie können als Luftporenbildner eingesetzt werden oder auch als Verdichtungsmittel. Der Vergleich zwischen wassergesättigten Leichtzuschlägen und Superabsorbern zeigt ein deutlich unterschiedliches Schwindverhalten: Mischungen mit Leichtzuschlägen quellen, während Mischungen mit SAPs einen verzögerten Schwindbeginn aufweisen. Die Druck- und Biegezugfestigkeiten zeigten keine wesentlichen Unterschiede. Die Berechnung der Temperatur- und Feuchteverteilung eines nachbehandelten Betons ist, zumindest bei nicht autogenen Lagerungsbedingungen, von bestimmten Koeffizienten abhängig. Die Arbeit zeigt den Einfluss der inneren Nachbehandlung auf diese Eigenschaften und Ergebnisse, die mit einem Computermodell für die innere Nachbehandlung berechnet wurden.