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Ein Modell zur Beschreibung der Hydratation von Beton in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt

Adam, Thomas :
Ein Modell zur Beschreibung der Hydratation von Beton in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt.
[Online-Edition: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7595]
Technische Universität , Darmstadt
[Dissertation], (2006)

Offizielle URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7595

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die vorgestellte Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Austrocknung auf den Hydratationsprozess von Mörteln und Betonen. Ein neuer Ansatz wird entwickelt, der den Einfluss des Feuchteangebotes auf die Hydratationsgeschwindigkeit berücksichtigt. Die Arbeit beginnt mit der Analyse des Wissensstandes, der durch eigene theoretische Betrachtungen ergänzt wird. Davon wird ein Versuchsprogramm abgeleitet. Die Versuche wurden an dünnen Mörtel- und Betonbroben durchgeführt. Die untersuchten Mischungen unterschieden sich in der Art des Zementes, der Zusatzstoffe und im Wasser-Zement-Wert. Sie repräsentieren somit ein breites Spektrum üblicher Betonzusammensetzungen bis hin zum Ultrahochfesten Beton. Die Proben wurden unterschiedlich lang bei 100 % relative Luftfeuchte nachbehandelt und anschließend in verschiedenen kontrollierten Klimaten mit niedrigerer Luftfeuchte gelagert. Auf Grund der geringen Probendicken wurde davon ausgegangen, dass der Hydratationsprozess und die Feuchteverteilung im gesamten Probenvolumen gleich sind. Experimentell bestimmt wurden der Feuchtigkeitsverlust durch Verdunstung während der Probenlagerung, der bei 105 °C verdampfbare Wassergehalt und der nicht verdampfbare Wassergehalt. Die Werte von Proben mit der gleichen Zusammensetzung und Trocknungsgeschichte aber unterschiedlichem Probenaltern bildeten den zeitabhängigen Verlauf des jeweiligen Wassergehaltes ab. Diese Kurven konnten durch rationale Funktionen gefitted werden; ihre Ableitungen ergaben die jeweiligen Geschwindigkeiten. Zwischen der Verdunstungs- und Hydratationsgeschwindigkeit konnte eine Beziehung aufgestellt werden. Auf der Grundlage dieses Vorgehens konnte gezeigt werden, dass hydratisierender Zement einen Teil seines Mischungswassers an die Umgebung abgeben kann, bevor die Hydratationsgeschwindigkeit im Vergleich zur Hydratation ohne Austrocknung abnimmt. Die Abnahme der Hydratationsgeschwindigkeit kann als Funktion des Feuchtegehaltes im Gefüge und des Hydratationsgrades dargestellt werden. Diese Funktion war für alle untersuchten Portlandzemente gleich. Mittels dieser Funktion kann der berechnete Hydratationsverlauf entsprechend des vorhandenen Feuchtegehaltes korrigiert werden. Durch Koppelung des Hydratationsmodells mit WUFI, einem Programm für die Berechnung des gekoppelten instationären Wärme-Feuchte-Transportes, ist es möglich, den Verlauf der Hydratation unter unterschiedlichen klimatischen Verhältnissen zu simulieren. Ein passender Algorithmus wird in dieser Arbeit dargestellt. Damit kann die Wirksamkeit der Nachbehandlung sowie der Einfluss der darauf folgenden Trocknung auf die Hydratation überprüft und optimiert werden.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2006
Autor(en): Adam, Thomas
Titel: Ein Modell zur Beschreibung der Hydratation von Beton in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Die vorgestellte Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss der Austrocknung auf den Hydratationsprozess von Mörteln und Betonen. Ein neuer Ansatz wird entwickelt, der den Einfluss des Feuchteangebotes auf die Hydratationsgeschwindigkeit berücksichtigt. Die Arbeit beginnt mit der Analyse des Wissensstandes, der durch eigene theoretische Betrachtungen ergänzt wird. Davon wird ein Versuchsprogramm abgeleitet. Die Versuche wurden an dünnen Mörtel- und Betonbroben durchgeführt. Die untersuchten Mischungen unterschieden sich in der Art des Zementes, der Zusatzstoffe und im Wasser-Zement-Wert. Sie repräsentieren somit ein breites Spektrum üblicher Betonzusammensetzungen bis hin zum Ultrahochfesten Beton. Die Proben wurden unterschiedlich lang bei 100 % relative Luftfeuchte nachbehandelt und anschließend in verschiedenen kontrollierten Klimaten mit niedrigerer Luftfeuchte gelagert. Auf Grund der geringen Probendicken wurde davon ausgegangen, dass der Hydratationsprozess und die Feuchteverteilung im gesamten Probenvolumen gleich sind. Experimentell bestimmt wurden der Feuchtigkeitsverlust durch Verdunstung während der Probenlagerung, der bei 105 °C verdampfbare Wassergehalt und der nicht verdampfbare Wassergehalt. Die Werte von Proben mit der gleichen Zusammensetzung und Trocknungsgeschichte aber unterschiedlichem Probenaltern bildeten den zeitabhängigen Verlauf des jeweiligen Wassergehaltes ab. Diese Kurven konnten durch rationale Funktionen gefitted werden; ihre Ableitungen ergaben die jeweiligen Geschwindigkeiten. Zwischen der Verdunstungs- und Hydratationsgeschwindigkeit konnte eine Beziehung aufgestellt werden. Auf der Grundlage dieses Vorgehens konnte gezeigt werden, dass hydratisierender Zement einen Teil seines Mischungswassers an die Umgebung abgeben kann, bevor die Hydratationsgeschwindigkeit im Vergleich zur Hydratation ohne Austrocknung abnimmt. Die Abnahme der Hydratationsgeschwindigkeit kann als Funktion des Feuchtegehaltes im Gefüge und des Hydratationsgrades dargestellt werden. Diese Funktion war für alle untersuchten Portlandzemente gleich. Mittels dieser Funktion kann der berechnete Hydratationsverlauf entsprechend des vorhandenen Feuchtegehaltes korrigiert werden. Durch Koppelung des Hydratationsmodells mit WUFI, einem Programm für die Berechnung des gekoppelten instationären Wärme-Feuchte-Transportes, ist es möglich, den Verlauf der Hydratation unter unterschiedlichen klimatischen Verhältnissen zu simulieren. Ein passender Algorithmus wird in dieser Arbeit dargestellt. Damit kann die Wirksamkeit der Nachbehandlung sowie der Einfluss der darauf folgenden Trocknung auf die Hydratation überprüft und optimiert werden.

Ort: Darmstadt
Verlag: Technische Universität
Freie Schlagworte: Hydratationskinetik, Hydratationsgrad
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Civil and Environmental Engineering
Hinterlegungsdatum: 17 Okt 2008 09:22
Offizielle URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7595
Gutachter / Prüfer: Gruebl, Prof. Dr.- Peter ; Schmidt, Prof. Dr.- Michael
Datum der Begutachtung bzw. der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 19 September 2006
Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
The presented work examines the influence of the evaporation on the hydration process of mortar and concrete. A new approach is proposed, which considers the availability of moisture on the rate of hydration. The thesis starts with the state of knowledge, which is supplemented by own theoretical considerations. From it a test procedure is derived. The tests were performed on thin mortar and concrete specimens. The compositions of the examined mixtures differed in the kind of cement, kind of the additives and the water cement ratio. Thus, they represented a wide range of common concrete compositions up to the ultra-high-strength concrete. The samples were cured for different durations in 100 % relative humidity exposed to various defined climates with lower relative humidity afterwards. Due to the small sample thickness and the all-round evaporation it could be assumed that the hydration process and the humidity content are approximately alike in the entire sample volume. The loss of moisture during the storage, the evaporable water at 105 °C and the non-evaporable water content was determined for each sample. The values of samples of the same mixture and curing treatment but measured at different ages picture the time-dependent course of the particular water content. These curves could be fitted by rational functions; their derivatives resulted in the respective rates. The rate of evaporation and hydration could be correlated. On the basis of the attempts it could be shown that hydrating cement paste can deliver a part of its mixture water to the environment, before the hydration rate is retarded in relation to the hydration without evaporation influence. The decrease of the hydration rate can be described quantitatively as a function of the humidity content and the degree of hydration. This function was alike for all examined compositions with Portland-cement. By means of this function the simulated hydration process can be corrected according to the availability of moisture. By coupling of the hydration model with WUFI, a program for the computation of the intermittent dampness heat transport, it became possible to simulate the hydration process under different climatic conditions. An appropriate algorithm was presented in this work. Thus the effectiveness of the curing treatments as well as the influence of the following drying on the hydration can be examined and optimized.Englisch
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