Kalksteinmehl als Betonzusatzstoff für umweltfreundliche Betone

Herget, Christian (2023)
Kalksteinmehl als Betonzusatzstoff für umweltfreundliche Betone.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00024348
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24348

Kurzbeschreibung (Abstract)

Aus Zement, Wasser und Gesteinskörnung hergestellter Beton ist nach Wasser der derzeit mengenmäßig am häufigsten verwendete Stoff auf unserer Erde. Dabei ist die Herstellung von Zement mit etwa 8 % der anthropogenen Treibhausgasemissionen verbunden. Durch Kalksteinmehl, das als inerter Betonzusatzstoff im Betonwerk dem Beton zugegeben werden kann, lässt sich der Zementgehalt im Beton deutlich reduzieren. Jedoch sind hierfür Entwurfs- und Anwendungsregeln zu erarbeiten, die die Herstellung eines ausreichend leistungsfähigen und dauerhaften Betons ermöglichen. Hierfür eignen sich Anrechenbarkeitsfaktoren (k-Wert) auf den technisch bzw. normativ notwendigen w/z-Wert sowie den Mindestzementgehalt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde zunächst mithilfe eines umfassenden Versuchsprogramms gezeigt, dass Kalksteinmehl während der Erhärtung des Betons die Reaktionskinetik des Zements nicht signifikant beeinflusst. Hauptsächlich durch physikalische Effekte wird jedoch eine merkliche Mitwirkung zur Betonleistungsfähigkeit erzielt. Durch eine Anpassung des absoluten Wassergehalts kann eine vergleichbare Mikrostruktur und Leistungsfähigkeit von Betonen mit und ohne Kalksteinmehl erreicht werden. Als Ergebnis einer umfassenden Literaturstudie über die Leistungsfähigkeit von Betonen mit Kalksteinmehl kann festgehalten werden, dass bei einer vergleichbaren Druckfestigkeit des Betons auch eine gleichwertige, teilweise sogar bessere Dauerhaftigkeit erreicht wird. Um die spätere Druckfestigkeit bereits vor der Herstellung des Betons vorhersagen zu können, sollte das Kalksteinmehl bei der Bestimmung des notwendigen Wasser-Zement-Werts (w/z-Wert) als Zementäquivalent mithilfe eines Anrechenbarkeitsfaktors berücksichtigt werden. Hierfür wurde ein genaues Verfahren vorgestellt, das die Anrechenbarkeit des Kalksteinmehls in Abhängigkeit vom Kalksteinmehlgehalt im Bindemittel und von den spezifischen Oberflächen des Kalksteinmehls und des verwendeten Portlandzements bestimmt. Für den praxisgerechten Mischungsentwurf unter Einhaltung der deskriptiven Vorgaben zum Mischungsentwurf nach DIN 1045-2 konnte eine Vereinfachung vorgenommen werden, wobei ein Anrechenbarkeitsfaktor von kKSM = 0,15 für Kalksteinmehlgehalte von bis zu 50 M.-% im Bindemittel vorgeschlagen wird. Zudem kann das Kalksteinmehl zu 100 % auf den Zementgehalt angerechnet werden, um den Mindestzementgehalt nach DIN 1045-2 einzuhalten, was bei konsequenter Umsetzung zu einer deutlichen Reduktion der zementinduzierten Treibhausgasemissionen führt.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2023

Autor(en):

Herget, Christian

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Kalksteinmehl als Betonzusatzstoff für umweltfreundliche Betone

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Graubner, Prof. Dr. Carl-Alexander ; Motzko, Prof. Dr. Christoph

Publikationsjahr:

2023

Ort:

Darmstadt

Kollation:

IX, 212 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

12 Dezember 2022

DOI:

10.26083/tuprints-00024348

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/24348

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

After water, concrete made from cement, water and aggregate is currently the most frequently used building material on our planet in terms of volume. The production of cement is associated with around 8% of anthropogenic greenhouse gas emissions. Limestone powder, which can be added to concrete in the concrete plant as an inert supplementary cementitious material, can significantly reduce the cement content in concrete. However, design and application rules have to be worked out that allow the production of a sufficiently high-performance and durable concrete. For this purpose, creditability factors (k-value) on the technically or normatively required w/c-ratio as well as the minimum cement content are suitable. Within the scope of the present work, with the aid of a comprehensive experimental program it was first shown that limestone powder does not significantly influence the reaction kinetics of the cement during hardening of the concrete. However, a noticeable contribution to the concrete performance is achieved mainly by physical effects. Hereby, at constant water content, high substitution rates lead to a significant decrease in concrete performance. By adjusting the absolute water content, comparable microstructure and performance of concretes with and without limestone powder can be achieved. As a result of a comprehensive literature study on the performance of concretes with limestone powder it can be stated that with a comparable compressive strength of the concrete also an equivalent, partly even better durability is achieved. In order to be able to predict the subsequent compressive strength even before the concrete is produced, the limestone powder should be taken into account in the determination of the necessary water-cement-ratio (w/c-ratio) as cement equivalent with the aid of a creditability factor. For this purpose, a precise method was presented that determines the creditability of the limestone powder as a function of the limestone powder content in the binder and of the specific surface areas of the limestone powder and the Portland cement used. For the practical mix design in compliance with the descriptive specifications for mix design according to DIN 1045-2, a simplification could be made, whereby a creditability factor of kKSM = 0.15 is proposed for limestone powder contents of up to 50 wt.-% on the binder. In addition, 100 % of the limestone powder can be credited to the cement content in order to comply with the minimum cement content according to DIN 1045-2, which, if implemented consistently, will lead to a significant reduction in cement-induced greenhouse gas emissions.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-243485

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 670 Industrielle und handwerkliche Fertigung
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 690 Hausbau, Bauhandwerk

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Massivbau

Hinterlegungsdatum:

01 Aug 2023 12:10

Letzte Änderung:

30 Jan 2024 11:54

PPN:

Referenten:

Graubner, Prof. Dr. Carl-Alexander ; Motzko, Prof. Dr. Christoph

Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung:

12 Dezember 2022

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