Entwicklungsprinzipien und technische Grenzen der Herstellung zementarmer Betone

Der vorliegende Beitrag erläutert die Prinzipien der Mischungsentwicklung zementarmer, besonders nachhaltiger Betone. Hierbei wird gezielt der Frage nachgegangen, wie weit der Zementgehalt von Beton reduziert werden kann, ohne dabei zentrale betontechnologische Kenngrößen wie die Verarbeitbarkeit oder die Betondruckfestigkeit negativ zu beeinflussen. Das Kernelement des hier vorgestellten Mischungsentwurfsalgorithmus bilden Methoden der Packungsdichteoptimierung, durch die der Wasseranspruch der Korngemische bestehend aus Zement, Gesteinsmehlen und Gesteinskörnung minimiert werden kann. Im vorliegenden Beitrag wir dabei ein kombinierter Ansatz, bestehend aus dem Kornverteilungsmodell von Funk und Dinger sowie des CIPM-Modells von Fennis, vorgeschlagen. Die durchgeführten experimentellen Untersuchungen belegen, dass es damit gelingt, die Bindemittelintensität (d.h. den Zementbedarf zur Sicherstellung von 1 MPa an Druckfestigkeit in 1 m3 Beton) um einen Faktor von ca. 3 gegenüber Normalbeton zu reduzieren. Die Untersuchungsergebnisse zeigen darüber hinaus, dass die Verarbeitbarkeit der Betone in guter Näherung als Funktion des Quotienten aus der tatsächlichen Packungsdichte und der maximal möglichen Packungsdichte des Korngemisches vorhergesagt werden kann.

Development principles and technical boundaries of concrete production with low cement content
This paper explains the principles of proportioning ecologically sustainable, cement reduced concrete mixtures. It attempts to provide an answer to the question of how the cement content in concrete can be reduced without adversely affecting key characteristics, such as consistency and compressive strength. The central element of the proposed algorithm for mixture development consists of particle packing models, with which the water demand of the granular mixture of cement, stone dust and aggregate can be minimized. In this report a combined approach, consisting of the particle size distribution model of Funk and Dinger and the CIPM model of Fennis, is proposed. The experimental investigations carried out suggest that it is possible to reduce the binder intensity (the demand for binding material to produce 1 MPa of compressive strength in 1 m3 of concrete) of the concrete by a factor of ca. 3 as compared to normal concrete when following this approach. The experimental investigations also suggest that the workability of the mixtures can be estimated well by the quotient function between the actual particle packing density and a theoretical maximum particle packing density of the granular mixture.