Concrete Plant + Precast Technology Betonwerk ... - BFT International
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Panel 7<br />
| Proceedings 54 th BetonTage<br />
Composite fl oor slabs made of self-compacting pumpable lightweight concrete<br />
– <strong>Concrete</strong> engineering<br />
Verbunddecken mit selbstverdichtendem pumpbarem Leichtbeton<br />
– Betontechnik<br />
Autoren<br />
Prof. Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine,<br />
Technische Universität Dresden<br />
mechtcherine@tu-dresden.de<br />
Geb. 1964; Studium des<br />
Bauingenieurwesens an der<br />
Universität für Bauwesen und<br />
Architektur St. Petersburg;<br />
anschließend Tätigkeit in<br />
Ingenieurbüros, Bauwerksuntersuchungen<br />
und Planung von<br />
Instandsetzungsmaßnahmen;<br />
ab 1992 wissenschaftl. Angestellter<br />
und ab 1998 Oberingenieur<br />
und stv. Institutsleiter<br />
am Institut für Massivbau und<br />
Baustoff technologie an der<br />
Universität Karlsruhe (TH); ab<br />
2003 Professor und Leiter des<br />
Fachgebiets Baustoff technologie<br />
und Bauschadenanalyse<br />
an der TU Kaiserslautern; seit<br />
2006 Direktor des Instituts<br />
für Baustoff e und Inhaber des<br />
Lehrstuhls für Baustoff e an<br />
der TU Dresden; Mitglied in<br />
RILEM, fi b, DAfStb und DBV;<br />
Sachverständiger des Deutschen<br />
Instituts für Bautechnik<br />
(DIBt). Chairman des RILEM<br />
Technical Committee “Application<br />
of Superabsorbent Polymers<br />
in concrete construction”.<br />
Dipl.-Ing. Arndt-Eike Brüdern,<br />
Technische Universität Dresden<br />
Geb. 1973; Studium des<br />
Bauingenieurwesens an der<br />
Bauhaus-Universität Weimar;<br />
seit 2003 wiss. Mitarbeiter am<br />
Institut für Baustoff e der Technischen<br />
Universität Dresden.<br />
Reason for project<br />
Light and easy-to-manufacture fl oor systems are frequently<br />
specifi ed for building works on existing structures in<br />
order to minimize the eff ects on the existing loadbearing<br />
structure. Comparable requirements also placed on highrise<br />
structures. Against this background, a suitable lightweight<br />
concrete was developed in a joint research project<br />
conducted by the Technical Universities of Dresden and<br />
Kaiserslautern. The loadbearing behavior of various composite<br />
fl oor slabs made with this concrete were also investigated.<br />
Requirements made on the concrete and<br />
concrete development<br />
In this project, concretes of density classes D1.4, D1.6 und<br />
D1.8 were developed, which were conceived as pumpable<br />
lightweight concretes (SCLC) to facilitate optimized construction<br />
progress. In this paper, only the D1.6 concrete<br />
will be briefl y presented. A concrete composition [1] that<br />
was worked out within the scope of an earlier project<br />
served as basic mix design. Expanded clay of particle size<br />
fraction 2/10 mm and quartz sand 0/2 mm were used as<br />
aggregates. The binder consisted of cement CEM II/A-LL<br />
32.5 R and hard-coal fl yash. The slump fl ow, depending<br />
on the mix composition variety used, ranged between 680<br />
and 730 mm, the slump fl ow rate t 500 was 2 to 3 seconds. In<br />
order to ensure good composite action with the sheet metal<br />
of the slab construction, the SCLC should have a modulus<br />
of elasticity as high as possible, high tensile strength<br />
and low shrinkage deformation. An optimization of the<br />
ratio of the modulus of elasticity to the density was<br />
achieved by adjusting the combination of the aggregate<br />
types; the leeway for this being restricted owing to the<br />
marked dependence of the modulus of elasticity on the<br />
density of the material. For the SCLC of density class D1.6,<br />
the modulus of elasticity amounted to approx. 20 GPa. An<br />
increase of the average tensile strength to 2.8 MPa was<br />
attained mainly through the addition of silica fume. The<br />
average compressive cylinder strength of concrete after 28<br />
days was 39 MPa for this concrete composition.<br />
Reduction of the inclination to cracking due to<br />
shrinkage<br />
In order to reduce cracking in the concrete due to restrained<br />
shrinkage deformation, so-called shrinkage-reducing<br />
admixtures (SRA) were added. These admixtures<br />
consist primarily of higher alcohols that reduce the surface<br />
tension of the water in the concrete micro-structure<br />
and in this way the proneness to shrinkage. This eff ect has<br />
been verifi ed in appropriate tests on free shrinkage of<br />
SCLC. The crack formation under restrained shrinkage<br />
deformation was studied with the aid of DMS-instrumented<br />
ring tests, where the inner steel ring restrains the<br />
volume change of the surrounding concrete ring (Fig. 1).<br />
The positive infl uence of the shrinkage reducers showed<br />
Veranlassung<br />
Leichte und einfach zu erstellende Deckensysteme sind<br />
eine häufi g anzutreff ende Anforderung beim Bauen im<br />
Bestand, um die Auswirkungen auf das bestehende Tragwerk<br />
zu minimieren. Vergleichbare Anforderungen gibt<br />
es auch im Hochhausbau. Vor diesem Hintergrund wurde<br />
in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben der<br />
Technischen Universität Dresden und der Technischen<br />
Universität Kaiserslautern ein geeigneter Leichtbeton<br />
entwickelt und das Tragverhalten verschiedener Verbunddecken<br />
mit diesem Beton untersucht.<br />
Anforderungen an den Beton und<br />
die Betonentwicklung<br />
In diesem Vorhaben wurden Betone der Rohdichteklassen<br />
D1.4, D1.6 und D1.8 entwickelt, die im Interesse<br />
eines optimierten Bauablaufs als selbstverdichtende<br />
pumpbare Leichtbetone (SVLB) konzipiert worden sind.<br />
Hier soll nur der D1.6-Beton kurz vorgestellt werden. Als<br />
Basisrezeptur diente eine im Rahmen eines früheren Projektes<br />
erarbeitete Betonzusammensetzung [1]. Für die<br />
Gesteinskörnung fand Blähton mit der Körnung 2/10<br />
mm und Quarzsand 0/2 mm Verwendung. Das Bindemittel<br />
bestand aus Zement CEM II/A-LL 32,5 R und Steinkohlefl<br />
ugasche. Das Setzfl ießmaß betrug je nach Variation<br />
der Zusammensetzung zwischen 680 und 730 mm bei<br />
einer Setzfl ießzeit t 500 von 2 bis 3 Sekunden. Um eine gute<br />
Verbundwirkung mit den Stahlblechen der Deckenkonstruktion<br />
sicherzustellen, sollte SVLB einen möglichst<br />
hohen E-Modul, eine hohe Zugfestigkeit und eine<br />
geringe Schwindverformung aufweisen. Eine Optimierung<br />
des Verhältnisses E-Modul zu Rohdichte wurde<br />
durch Anpassung der Kombination der Gesteinskörnungen<br />
vorgenommen, wobei hier der Spielraum wegen<br />
der ausgeprägten Abhängigkeit des E-Moduls von der<br />
Materialrohdichte relativ gering war. Für den SVLB der<br />
Rohdichteklasse D1.6 betrug der E-Modul ca. 20 GPa.<br />
Eine Steigerung der mittleren Zugfestigkeit auf 2,8 MPa<br />
erfolgte hauptsächlich durch Zugabe von Silikastaub. Die<br />
mittlere Zylinderdruckfestigkeit im Alter von 28 Tagen<br />
betrug für diese Betonzusammensetzung 39 MPa.<br />
Reduzierung der Rissneigung infolge Schwindens<br />
Zur Reduzierung der Rissbildung im Beton infolge behinderter<br />
Schwindverformungen wurden sog. schwindreduzierende<br />
Additive (SRA) zugegeben. Diese Zusatzmittel<br />
bestehen hauptsächlich aus höheren Alkoholen,<br />
welche die Oberfl ächenspannung des Wassers im Betongefüge<br />
und hiermit seine Schwindneigung herabsetzen.<br />
Dieser Eff ekt ist durch entsprechende Versuche zum freien<br />
Schwinden von SVLB bewiesen worden. Die Rissneigung<br />
bei behinderter Schwindverformung wurde mithilfe<br />
von mit DMS instrumentierten Ringversuchen<br />
durchgeführt, bei denen der innen liegende Stahlring die<br />
Volumenänderung des umhüllenden Betonringes behin-<br />
<strong>BFT</strong> 02/2010