Technische Universität Darmstadt Institut für Massivbau Baustoffe, Bauphysik, Bauchemie

Teilprojekt E/03

Der Einfluß von Recyclingzuschlägen aus Bauschutt auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften und die Bewertung hinsichtlich der Eignung für Baustellen- und Transportbeton nach DIN 1045

Zwischenbericht
Stand: September 1998

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. P. Grübl
Dipl.-Ing. M. Rühl

1. Zielstellung

Durch gezielte Variation der Zusammensetzung des Betonzuschlags soll die Auswirkung der mineralischen Bestandteile im Betonzuschlag auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften daraus hergestellter Betone untersucht werden.

2. Bearbeitungsschwerpunkte im Berichtszeitraum

Im Berichtszeitraum wurden die Auswirkungen des Zuschlaggemisches auf folgende Festbetoneigenschaften hin untersucht:

• E-Modul
• Spannungs – Dehnungs – Linie
• Kriechen und Schwinden
• Widerstand gegen Frost – Tau- Wechsel

Die labormäßig zusammengesetzten Zuschlaggemische bestanden aus verschieden großen Anteilen an Naturzuschlag (NZ), Betonbruch (BB) und Ziegelbruch (ZI)

3. Betonzusammensetzung

Um die Auswirkungen auf die oben genannten Festbetoneigenschaften untersuchen und vergleichend beurteilen zu können, wurde folgende Betonzusammensetzung bei allen Versuchen beibehalten:

3.1 Zusammensetzung der Zuschlaggemische

Der für die Herstellung des Betons verwendete Zuschlag bestand aus den Korngruppen 0/4, 4/8 und 8/16 mm. Das Material der Korngruppe 0/4 bestand bei allen Versuchen aus Naturzuschlag. Die Trockenrohdichten der verwendeten Zuschläge können der Tabelle 1 entnommen werden.

Das Zuschlagmaterial der Korngruppen 4/8 und 8/16 mm wurde in 25 % - Schritten aus den Materialien Naturzuschlag, Betonbruch und Ziegelbruch zusammengesetzt. Zur Kenntlichmachung der insgesamt 21 verschiedenen Zuschlagzusammensetzungen wurde eine Zahlenkombination von aus drei durch einen Bindestrich getrennten Zahlen gewählt. Die erste Zahl gibt an, wieviel Volumen Naturzuschlag in den Korngruppen 4/8 und 8/16 mm vorhanden ist. Die zweite Zahl steht für den Anteil an Betonbruch, die dritte Zahl für den Anteil Ziegelbruch im Zuschlaggemisch der Korngruppen 4/8 und 8/16 mm. Die Bezeichnung 75 – 0 – 25 bezeichnet somit einen Beton mit 75 % Naturzuschlag, 0 % Betonbruch und 25 % Ziegelbruch im Korngemisch 4/16 mm. Die Korngruppe 0/4 mm bestand bei allen Versuchen aus Naturzuschlag.

4. Untersuchungen und Ergebnisse

4.1 Einfluß der Zuschlagzusammensetzung auf den statischen E – Modul

Im zweiten Statusseminar des Forschungsvorhabens /1/ wurden die Ergebnisse der E – Modulprüfungen gemäß DIN 1048, Teil 5, an Betonen mit variierten Zuschlagzusammensetzungen vorgestellt. Die Auswirkungen des Zuschlaggemisches auf den statischen Elastizitätsmodul stellten sich wie folgt dar (siehe Diagramme 1 und 2).

Deutlich ist bei zunehmendem Anteil an Betonbruch und Ziegelmaterial im Zuschlaggemisch das Abfallen des Elastizitätsmoduls der hergestellten Betone zu erkennen. Die Verringerung des Elastizitätsmoduls beträgt bei vollständigem Austausch von Naturzuschlag durch Betonbruch etwa 20 %, bei vollständigem Austausch durch Ziegelbruch etwa 50 %. Es wurde versucht, die in den experimentellen Untersuchungen ermittelten Ergebnisse durch theoretische Modellbetrachtungen zu bestätigen. Dazu wurden die in der Literatur vorhandenen Modelle zur Ermittlung des Elastizitätsmoduls von Beton herangezogen /2/. Mit den bekannten Anteilen Zuschlagvolumen und Matrixvolumen wurden die Elastizitätsmuduli der verschiedenen Betonzusammensetzungen nachgerechnet. Folgende Größen dienten dabei als Eingangswerte für die einzelnen theoretischen Betrachtungsmodelle:

Insgesamt wurden 10 verschiedene Modelle zur Beschreibung des E-Moduls von Beton herangezogen. Das allgemein vertikal geschichtete Modell sowie das Modell nach Dantu-Hansen II lieferten Werte, die die maximal bzw. minimal errechneten Werte für den Elastizitätsmodul darstellen. In den Diagrammen 3 und 4 sind die Ergebnisse der Modellrechnungen dargestellt.

Das allgemein vertikal geschichtete Modell liefert mit den oben genannten Eingangswerten etwas größere Werte für den E-Modul als an den Probekörpern ermittelt wurden. Das Modell nach Dantu-Hansen II wiederum liefert bei gleichen Eingangsgrößen Werte, die etwas unterhalb den an den Proben ermittelten Werten liegen. Durch Anwendung beider Modelle kann der Bereich für die zu erwartenden E-Moduli von Betonen deren Zuschlag aus Betonbruch besteht, gut abgeschätzt werden. Versucht man die E-Moduli von Betonen damit zu beschreiben deren Zuschlag durch Ziegelbruch ausgetauscht wurde, ist diese gute Abschätzung durch die genannten Modelle nicht mehr gegeben. Mit steigendem Anteil an Ziegelmaterial im Gesamtzuschlag nimmt die Vorhersagegenauigkeit der beiden Rechenmodelle ab.

4.2 Einfluß der Zuschlagzusammensetzung auf die Spannungs – Dehnungs - Beziehung

Um den Einfluß des Zuschlaggemisches auf das Verformungsverhalten von daraus hergestellten Betonen zu untersuchen, wurden die Arbeitslinien der hergestellten Betone ermittelt. Die Prüfungen wurden an Betonzylindern mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Höhe von 30 cm durchgeführt, die nach dem Betonieren einen Tag in der Schalung, anschließend bis zum siebten Tag unter Wasser und danach 21 Tage bei 20° C und 65 % rel. Feuchte gelagert wurden. Bei allen Versuchen wurde die Verformungsgeschwindigkeit konstant gehalten.

Im Diagramm 5 ist die Veränderung der Spannungs – Dehnungs - Linie im Vergleich zu einem Beton aus Naturzuschlag in Abhängigkeit vom vollständig ausgetauschten Gehalt an Betonbruch bzw. Ziegelbruch dargestellt.

Deutlich ist zu erkennen, daß die Völligkeit der Arbeitslinien mit zunehmendem Anteil an Betonbruch bzw. Ziegelbruch anwächst. Weiterhin ist ablesbar, daß sich die Bruchdehnung e _u des Betons bei steigendem Zuschlagaustausch vergrößert. In Diagramm 6 ist die Zunahme der Bruchdehnung e _u in Abhängigkeit vom ausgetauschten Zuschlaganteil dargestellt.

Beim vollständigem Austausch von Naturzuschlag durch Betonbruch vergrößert sich die gemessene Bruchdehnung e _u um etwa 26 %, bei vollständigem Austausch durch Ziegelbruch um etwa 43 %.

4.3 Einfluß der Zuschlagzusammensetzung auf das Schwind- und Kriechverhalten

4.3.1 Schwindverhalten

Die Untersuchung des Schwindverhaltens der mit den variierten Zuschlaggemischen hergestellten Betone wurde gemäß /3/ durchgeführt. Da dichter Zuschlag nicht schwindet, ist das Schwindverhalten von Beton in erster Linie auf den Zementstein zurückzuführen. Der verwendete Zuschlag stellt dem Schwinden hierbei einen Widerstand entgegen. In den hier durchgeführten Untersuchungen wurden Zementsteinvolumen und Zuschlagvolumen konstant gehalten, so daß der Einfluß des Zuschlags auf das Schwindverhalten ermittelt werden konnte.

4.3.2 Kriechverhalten

Die Bestimmung des Kriechmaßes wurde an Probezylindern mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Höhe von 30 cm bestimmt, die nach dem Betonieren einen Tag in der Schalung verblieben und anschließend 6 Tage unter Wasser gelagert wurden. Die kriecherzeugende Spannung wurde zu ß_D/3 festgelegt.

Das Kriechmaß setzt sich aus den folgenden Anteilen zusammen /4/:

Hierin ist:

In den Diagrammen 7 bis 10 sind diese einzelnen Kriechanteile der untersuchten Betone für die jeweils zu 100 % ausgetauschten Zuschlaganteile dargestellt. Da auch bei diesen Versuchen die Anteile an Zementstein und Zuschlag konstant gehalten wurden, kann der Einfluß des Zuschlags auf das Kriechverhalten direkt beurteilt werden. Diagramm 9 zeigt die zeitliche Entwicklung der Kriechzahl j der untersuchten Betone.

Deutlich ist die allgemein größere Verformung der Betone zu erkennen, deren Zuschlag durch Beton- bzw. Ziegelbruch ausgetauscht wurde. Die Kriechzahl bei Beton aus Betonbruch ist etwa 43 % größer als bei Beton aus dichtem Zuschlag, die Kriechzahl von Beton aus Ziegelbruch etwa 65 % größer.

4.4 Widerstand gegen Frost – Tau – Wechsel

Der Widerstand der aus den Zuschlaggemischen hergestellten Betonen gegenüber Frost - Tau - Wechseln wurde gemäß /3/ geprüft. Der in der Beschreibung des Prüfvorganges geforderte Temperaturverlauf in der Mitte eines zu prüfenden Betonprobekörpers wurde eingehalten. In den Diagrammen 11 und 12 sind die ermittelten Masseverluste der Probekörper nach 10, 25 und 50 Frost - Tau - Wechseln (FTW) dargestellt.

Aus den gewonnenen Ergebnissen der Untersuchung ist abzulesen, daß die Widerstandsfähigkeit gegenüber Frost - Tau - Wechseln bei Betonen die unter Verwendung von Ziegelbruch im Zuschlag hergestellt wurden, größer ist als die Widerstandsfähigkeit von Betonen unter Verwendung von Betonbruch im Zuschlag. Weiterhin kann abgelesen werden, daß auch der aus reinem dichten Naturzuschlag hergestellte Beton nach etwa 25 Frost - Tau - Wechseln Masseverluste von etwa 6 % aufwies.

5. Literatur