veröffentlichungen zum thema in vorbereitung: suspensions ...beton d < 16mm mörtel d < 2 mm...
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Dirk Lowkewww.cbm.bv.tum.de
THIXOTROPIEEine Mehrskalen-Betrachtung am Beispiel selbstverdichtender Betone
Kolloquium Rheologische Messungen an BaustoffenRegensburg
11. März 2009
Dipl.-Ing. Dirk Lowke
TU MünchenCentrum Baustoffe und Materialprüfung (cbm)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. C. Gehlen
Dirk Lowkewww.cbm.bv.tum.de
Veröffentlichungen zum Thema in Vorbereitung:
Lowke, D.: Interparticle Forces and Rheology of Cement Based Suspensions. 3rd International Symposium on Nanotechnology in Construction. Prague, May 31th – June 2nd 2009
Lowke, D.; Kränkel, T.; Schießl, P.: Optimization of powder fineness and water/powder ratio to improve segregation resistance of SCC. In: 2nd SCC Beijing 2009
Lowke, D.: Rheological Properties of Cement Suspensions Around aCreeping Sphere – Effects on Time, Shear Rate and Mixture Proportion. 3rd RILEM International Symposium on Rheology of Cement Suspensions. Reykjavik, 19th - 21st of August, 2009
Lowke, D.: Superplasticizers and Thixotropy of Fresh Mortar. 9thCANMET/ACI International Conference on Superplasticizers and other Chemical Admixtures in Concrete. Seville, October 13th – 16th 2009
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t
Stru
ktur
(τ,η)
ThixotropieThixotropie
Mischen, TransportVerarbeitung
Scherbelastung Ruhe
Thixotropie [griechisch] die, die Eigenschaft bestimmter Zweistoffsysteme (Gele), sich durch mechanische Beanspruchung (Rühren, Schütteln, Ultraschall) zu verflüssigen, ohne dass sich dabei der Wassergehalt ändert. In Ruhe verfestigt sich die Substanz wieder.Herbert Freundlich (1880-1940)
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FließenEntlüften
τ
τ0
γ.
τ0
.
τ
γ
SedimentationSchalungsdruck
t
τ
Thixotropie und SVBThixotropie und SVB
Mischen, TransportVerarbeitung
Scherbelastung Ruhe
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Sedimentation der groben GesteinskSedimentation der groben Gesteinsköörnungrnung
FlieFließßffäähigkeit vs.higkeit vs.SedimentationSedimentation
Gestein > 4 mmGestein > 4 mm
Sand < 4 mmSand < 4 mm
Zement < 100 Zement < 100 µµmm
WasserWasser
ZusatzstoffeZusatzstoffe FlieFließßmittelmittel
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Betond < 16mm
Mörteld < 2 mm
Mehlkornd < 125 µm
Interpartikuläre Kräfted <1µm (n = 90 %)
SterischeKräfte
Elektrostat.Kräfte
Van der WaalsKräfte
KonzeptKonzept
Sedi
men
tatio
n
2
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Messgeometrie Messgeometrie -- SedimentationSedimentation
d = 20 mm
FGFA
FR
FR
Sedimentation
14334.0,²2max
max =⋅
= GG YrFYπ
τ
Beris (1985)
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MessablaufMessablauf
0
100
200
300
400
500
600
30 35 40 45 50 55 60Zeit [s]
Kra
ft [m
N]
0
100
200
300
400
500
600
120 125 130 135 140 145 150Zeit [s]
Kra
ft [m
N]
Durchmesser KugelDurchmesser Kugel20 mm20 mm
GeschwindigkeitGeschwindigkeit0,5 0,5 ..1010--33 m/sm/s( ( ≈≈ 0,050,05 ss--11))
Kennwerte
Reibungs-widerstand
FR [mN]
in Abhängigkeitder Ruhezeit(5 bis 120 s)
Thixotropie5s 120s
γ&
γ&
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0
50
100
150
200
250
300
0 30 60 90 120Ruhezeit tp [s]
Wid
erst
and
Fm
ax[m
N]
0,500,510,520,56
CEM.A Vw/Vp = 1,00+0 l/m³ zusätzliches Wasser
FM‐Gehalt
[M.%cem]
Einfluss FlieEinfluss Fließßmittelmittel
1,3 mN/s1,4 mN/s
1,0 mN/s
0,9 mN/s
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0
50
100
150
200
250
0 30 60 90 120
Ruhezeit t p [s]
Wid
erst
and
Fm
ax[m
N]
-05+00
+05+10
CEM.A Vw/Vp = 1,00
zusätzlichesWasser [l/m³]
Einfluss WasserEinfluss Wasser
1,2 mN/s1,2 mN/s
0,9 mN/s
0,6 mN/s
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0,0E+00
5,0E+10
1,0E+11
1,5E+11
2,0E+11
2,5E+11
0,1 1 10Partikelgröße d [µm]
Par
tikel
anza
hl
CEM.A + KSMCEM.B + KSM
Charakterisierung der AusgangsstoffeCharakterisierung der Ausgangsstoffe
Mehlkornd < 125µm
Kennwerte
Oberfläche
Korngrößen-Verteilung
Fließmittel-adsorption
ChemischeZusammensetzung
CEMCEM
KSMKSM
FAFA5µm
0,311,2≈1CEM.A
ΓFM
[mg/m²]AO
[m²/g]Dn95
[µm]
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InterpartikulInterpartikulääre Krre Krääftefte
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−++
++
−+−=
)²2/(4)²2/(ln
)²2/(2
4)²2/(2
6 ahah
ahahHGvdw
( ) δδχρδυ
π 2,221 2
1
2
3<−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ −⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ Γ= hhTkNaG B
Aster
Fischer (1958)
Flatt (1999)
3
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InterpartikulInterpartikulääre Krre Krääftefte
A
2δm,B
B
2δm,c C
0 5 10 15 20Interparticle distance h [nm]
0
Attraction
Repulsion
Total interpaticlepotential energyG [-]
tot
van der Waalsattraction
steric repulsionB: thick layer
steric repulsionC: thin layer
G
min,B
Tota
l int
erpa
rtic
le p
oten
tial e
nerg
yG
tot/k
T[-]
G
min,C
Gto
t,B
Gto
t,A
23,11
236
3/1ππ
≤⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅= PPS
m vvA
h
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ZylinderZylinder--SedimentationsversuchSedimentationsversuch
dreigeteilter Zylinder, h = 450 mm, d = 150 mm
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ZylinderZylinder--SedimentationsversuchSedimentationsversuch
füllen lagern
30 min
teilen auswaschen
wiegen
trocknen
> 8 mm wiegen8 l
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Betond < 16mm
ZylinderZylinder--Sedimentationsversuch am BetonSedimentationsversuch am Beton
Δm8/16 [M.-%]
-29,3-22,0-12,5-5,0
450
mm
Kennwert
AbweichungGrobkorn(8-16 mm)
vom Probenmittel
Δm8/16 [M.-%]
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Centrum Baustoffeund Materialprüfung