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1 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
VIF 2012 - „ERESCON“ Neue Betone für die Infrastruktur,
Energie- und Ressourcen-optimiert
Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie mit TVFA
Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie
mit angeschlossener TVFA
Institut für Angewandte Geowissenschaften
Labor für Partikelanalyse (RCPE)
• Nachhaltigkeitsbewertung
• Mineralische Baustoffe (“Innovationsbeton”)
• Zerstörungsfreie Prüfung & Dauerüberwachung
Leitung: Univ.-Prof. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr.-Ing. M. Krüger
Dr. J. Juhart
2 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Motivation
Klimaschutz & nachhaltige Entwicklung
Wir wollen nachhaltigen = umweltfreundlichen &
dauerhaften Beton
Quelle: TU Graz
Chemischer Angriff (Sulfat)
?
Treibhausgasemissionen
Quelle: Böhm et al. (2011)
Beton = weltweit meist verwendeter, bewährter Baustoff
aber: weltweit ~ 5% der CO2-Emissionen durch Zementproduktion [Quelle: Nachhaltigkeitsbericht 2010, VÖZ]
Quelle: TU Darmstadt
3 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Projekt-Ziele „ERESCON“
• Treibhauspotenzial (CO2 ) & Primärenergiebedarf (PEI ) von Beton für
Infrastrukturbau reduzieren
• Funktionalität des Betons beibehalten
gleichwertige Leistungsfähigkeit mit Norm-Beton & Wirtschaftlichkeit nachweisen
4 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
0
200
400
600
800
1.000
[kg
CO
2/t
]
GWP gesamt
GWP Mahlung
Umweltwirkungen der Beton-Bestandteile
GWP der Ausgangsstoffe
Datenbasis: ecoinvent, + Anpassungen für Ö
Inerte Füller (Gesteinsmehle)
hydraul. wirksame Zusatzstoffe
AHWZ
HÜS
+ spezielle Mikrofüller (Metakaolin, Zeolithe,
Microsilica …)
Kalkstein
Dolomit
Quarz
… als Eco- & speziell feine Mikrofüller!
Eco- und Mikrofüller
5 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Methodik - Kernpunkte
Optimierung der Packungsdichte & des Wasseranspruchs
Speziell dauerhafter Beton (Füller für z.B: chemische Beständigkeit.)
Wasserfilm
Zement
Hohlraum
wasser
Nomalbeton-Zementleim
+ Fließmittel (PCE)
Wasserfilmdicke
Mikro-Füller
+ Fließmittel (PCE)
Wasserfilmdicke
„Eco-Füller“ Mikro-Füller
Hohlraumfüllung
W/B-Wert
Bsp.:
UHPC
+ “Eco-Füller”
CEM-Klinker (W/B )
„Eco“
- Beton
AHWZ
6 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
1. Auswahl geeigneter Stoffe (Wasseranspruch, Umweltwirkungen ↓)
2. Packungsdichteoptimierung Optimum von Zement/Mikro-/Eco-Füller im Mix
3. Entwicklung „Eco-Betone“ mit Zusatzmitteln & Gesteinskörnungen
3. Gleichwertige Funktionalität bei besserer Umwelt-performance (ECPC oder performance-Indikatoren)
Methodik - Betonentwicklung
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
CEM - Gehalt W/Z W/P
7 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
flowmeter
water
addition
mixer
Charakterisierung & Auswahl geeigneter Eco- und Mikro-Füller
sowie Bestimmung optimaler Mischungsverhältnisse mit “MEM-ST”
[ml]
8 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
flowmeter
water
addition
mixer
[ml]
Hohlraumgehalt/ maximale Packungsdichte
Charakterisierung & Auswahl geeigneter Eco- und Mikro-Füller
sowie Bestimmung optimaler Mischungsverhältnisse mit “MEM-ST”
9 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
flowmeter
water
addition
mixer
Hohlraumgehalt/max. Packungsdichte
Wasserbedarf für bestimmtes Fließvermögen
Optimale Mischungsverhältnisse für
„Eco-Feinstoffleime“,
begleitende Berechnungen mit CIPM
(mat lab)
[ml]
Charakterisierung & Auswahl geeigneter Eco- und Mikro-Füller
sowie Bestimmung optimaler Mischungsverhältnisse CEM:EF:MF
mit “MEM-ST” & CIPM
11 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Nachweis gleichwertiger Beton-Leistungsfähigkeit vgl. CEN/TR 16563 Principles of the equivalent durability procedure
ACC-Test = accelerated carbonation test; CDF-Test = Cappillary Suction of De-Icing Solution and Freeze-
Thaw Test; CIF-Test = Cappillary Suction, Internal Damage and Freeze Thaw Test
Performance Eco-Beton ≥ Standard-Beton performance „Klassen“ ≙ Betonsortenkurzbezeichnungen „B5“ oder „IXAT-B“
performance classes ≙ exposition cl.
Nachweis der Beständigkeit
12 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Ergebnisse
„Eco-Betone“
13 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Referenzbetone
C 30/37 B5 Im Brückenbau von ÖBB/ASFINAG eingesetzt
C 25/30 (56-90) IXAT/C3A-frei Tunnelinnenschalenbeton ASFINAG /ÖBB
Weitere Anforderungen: geringe Hydratationswärme, Verarbeitbarkeit F 52,
chemische Beständigkeit
16 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
C 30/37+ B5 Tragwerksbeton - Auswahl
GK 16, Exposition XC4/XD2/XF2/XA1L/SB (A) F52/F45
0%
33%
67%
100%
133%
fcm (28d) Konsistenzhaltung 10/45
GWP PEI
offene Porosität
Δ GWP:
rd. - 20%
Δ PEI:
rd. -15%
17 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Ökobeton 1
Ökobeton 2
Referenzbeton
Temperaturfühler
3%ige NaCl-Lösung
CDF-Test (CEN/TS 12390-9:2006)
• 28 Frost-Tau-Zyklen (je 12 h)
• +20°C bis -20°C
• 3% NaCl-Lösung (kapillares Saugen!)
Abwitterungsmasse
Prüfkörper vor (oben)
und während (unten)
CDF-Test
Exposition XF2 (XF4) - Frostbeständigkeit
18 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Ökobetone äquivalent (besser) als Referenzbeton
XF2-Test zeigt gleichartige Ergebnisse
P Porosität
L Luftgehalt
Referenz: CEM II/42,5R
CEM I 52,5R (65%), Kalkstein (30%),
Dolomitmehl (5%)
CEM II/42,5R (65%), Kalkstein (30%),
Dolomitmehl (5%)
CEM I 52,5R (65%), AHWZ (15%),
Kalkstein (15%), Dolomitmehl (5%)
(extrafein)
Exposition XF2 (XF4) - Frostbeständigkeit CDF-Test
20 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
• Prüfkörper für 28 Tage bei 2% CO2-Konzentration, 65% r.F., 20°C
Prüfkörper in der CO2-Kammer
OB5-XL-001
RB5-004 OB5-XXXIX-001
Exposition XC ACC-Test (accelerated carbonation test) – Karbonatisierungstiefe
OB5-II-002
21 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Ausgewählte Ökobetone äquivalent Referenzbeton (außer OB5-VII-007);
Langzeitmessungen über das Projekt hinaus im Gange
Exposition XC ACC-Test – Karbonatisierungstiefe nach 28d, 2% CO2
22 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Exposition XD Chlorideindringung Prüfung von Bohrmehl in unterschiedl. Tiefenstufen
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0 10 20 30
Ch
lori
dko
nez
ntr
atio
n in
[M
%]
Tiefe in [mm]
mittlerer Chloridkonzentrationsverlauf
Betone B5 (3 Monate Lagerung)
Ref. BetonÖkobeton 1Ökobeton 2
Eco OB5-XXXIX-001
Eco OB5-XL-001
Referenz RB5-004
Eco-Betone äquivalent Referenzbeton
23 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
2.) C 25/30+ IXAT-B Innenschalenbeton
RiLi Innenschalenbeton, Quelle: http://bautechnik.pro/pdf/Bautechnik_2012.pdf
25 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
0%
33%
67%
100%
133%
167%
fcm,16h fcm, 56d Konsistenzhaltung
GWP PEI offene Porosität
C 25/30+ IXAT-B Innenschalenbeton GK 16, Exposition XC4/ XF3/XA2T/XA1L F52(F45)
Ergebnisse
Δ GWP:
rd. -30%
Δ PEI:
rd. -22%
27 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Exposition XAL Ergebnisse von der Auslagerung in Essigsäure bei pHstat=3,5
Ref. – CEM I 42,5 R
WT33 (82%),
AHWZ (18%)
„Negativ Beton“
ECO – CEM I 42,5 R
WT33 (60%),
AHWZ (32,5%),
Quarzmehl (7,5%)
ECO – Konzept:
CEM I 52,5 R (50%),
AHWZ (42,5%),
Quarzmehl (7,5%) Äquivalent (besser ) Referenzbeton
0
10
20
30
40
50
60
70
Biegezugfestigkeit [N/mm²] Trägheitsverlust [%]
Theor. Querschnittsverlust [%] Masseverlust [%]
29 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Öko²Beton für Fertigteile
1. produziertes Außenwandelement
Fruhfestigkeit, Beständigkeit und Optik äquivalent!
0%
33%
67%
100%
133%
fcm (8h) fcm (24h)
GWP PEI
Kosten AM 15 Min
Konsistenzhaltung 10/45 Zementgehalt
Δ GWP:
rd. - 24%
Δ PEI:
rd. - 14%
Öko²-Wandelemente „Standard“-
Wandelement
30 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
Zusammenfassung
0%
33%
67%
100%
133%
C 30/37 B5"Standard"-Beton
B5 Öko-Beton
Beton für Tragwerke: verbesserte performance
Druckfestigkeit offene Porosität
-20% kg CO2/m³
-15% Primärenergie
• Gleichwertige Festigkeit & Beständigkeit bei
verringerten Umweltwirkungen
& etwa gleichen Kosten
• Neue Methodik der Betonentwicklung
Selektion geeigneter Mikro- und Eco-Füller
gewünschte Öko –performance + Festigkeit + Beständigkeit
Eco-Beton
IXAT
Standard-
Beton
Verringerte
Einwirkungstiefe
Beton für Tunnel-Innenschalen:
Verbesserte chem. Beständigkeit XAL
31 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
• Verbesserte Dauerhaftigkeit bei verringerten Umweltwirkungen
Ausarbeitung Richtlinie für Infrastruktur- Beton (Neubau)
Konzepte für Sanierung und Instandsetzung
Forschungsbedarf
• Pilotprojekte mit „Eco-Beton“
• Neue Rohstoffe (AHWZ, Gesteinsmehle)
32 15.11.2016 Eco-Beton – Projekt ERESCON
FRAGEN?
Team TU Graz:
J. Juhart, G.-A. David, C. Nickel, G. Fischer, F. Mittermayr, Prof. J. Tritthart, R. Panik, Ass.Prof. A.Passer , Prof. i.R. P.
Maydl, Prof. M. Krüger (Inst. für Baustofftechnologie und Materialprüfung)
Prof. D. Klammer (Institut für Angewandte Geowissenschaften)
W. Stumptner, M. Piller (RCPE, Partikelanalyse)
Download VIF https://www2.ffg.at/verkehr/projekte ... ERESCON
Erreichbarkeit: joachim.juhart@tugraz.at; Tel.: 0316 873 7161
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