Zum Fließverhalten von Ton/Zement-Suspensionen und zur Verwendung von Ton für Betonwaren:
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2010
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ZUM FLIESSVERHALTEN VON TON/ZEMENT-SUSPENSIONEN UND ZUR
VERWENDUNG VON TON FUER BETONWAREN
VON DER
FAKULTAET ARCHITEKTUR, BAUINGENIEURWESEN UND UMWELTWISSENSCHAFTEN
DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET CAROLO-WILHELMINA
ZU BRAUNSCHWEIG
ZUR ERLANGUNG DES GRADES EINES
DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.)
GENEHMIGTE
DISSERTATION
VON
TIM MALONN
AUS BRAUNSCHWEIG
2010
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOLVERZEICHNIS IUE
1 EINLEITUNG 1
1.1 PROBLEMSTELLUNG *
1.2 ZIELSETZUNG DER EIGENEN VERSUCHE 2
2 GRUNDLAGEN UEBER TON, ERDFEUCHTEN BETON, KOLLOIDCHEMIE UND RHEOLOGIE 5
2.1 TON 5
2.1.1 BILDUNG UND UMBILDUNG VON TONMINERALEN
2.1.1.1 PRIMAERE UND SEKUNDAERE LAGERSTAETTEN 6
2.1.1.2 ENTSTEHUNG DER WESTERWAELDER TONLAGERSTAETTEN 6 2.1.2
STRUKTURELLER AUFBAU VON TONMINERALEN
2.1.2.1 ALLGEMEINES 7
2.1.2.2 ZWEISCHICHTTONMINERALE: 1:1 SCHICHTSILICATE 8
2.1.2.3 DREISCHICHTMINERALE: 2:1-SCHICHTSILICATE 9
2.1.3 SPEZIELLE EIGENSCHAFTEN VON TONMINERALEN **
2.1.3.1 SPEZIFISCHE OBERFLAECHE 10
2.1.3.2 OBERFLAECHENLADUNG N
2.1.3.3 LONENAUSTAUSCHKAPAZITAET
2.1.3.4 QUELLVERHALTEN 12
2.1.4 TONPARTIKELAGGREGATIONEN 12
2.2 ERDFEUCHER BETON 13
2.2.1 ANWENDUNGSGEBIETE, HERSTELLVERFAHREN UND LAGERUNG 14 2.2.2
ZUSAMMENSETZUNG 15
2.2.3 GRUENSTANDFESTIGKEIT 16
2.2.3.1 REIBUNGKRAEFTE 17
2.2.3.2 INTERPARTIKULARE BINDUNGSKRAEFTE 19
2.3 GRUNDLAGEN DER KOLLOIDCHEMIE 20
2.3.1 STABMTAETSKRITERIEN 20
2.3.2 INTERPARTIKULAERE KRAEFTE 21
2.3.2.1 VAN-DER-WAALS-KRAEFTE 21
2.3.2.2 ABSTOSSENDE KRAEFTE . . 24
2.3.3 DLVO-THEORIE . . .. . 27
IMAGE 3
2.3.4 UEBERTRAGUNG AUF TON UND ZEMENT 28
2.4 GRUNDLAGEN DER RHEOLOGIE 29
2.4.1 GRUNDBEGRIFFE DER RHEOLOGIE 29
2.4.2 PRUEFTECHNISCHE GRUNDLAGEN 32
2.4.2.1 ROTATIONSVISKOSIMETER 32
2.4.2.2 RHEOMETER FUER MOERTEL 34
2.4.2.3 EXTRUSIONS-RHEOMETRIE 35
2.4.3 NUMERISCHE ANSAETZE ZUR BESCHREIBUNG VON FLIESSKURVEN 36
2.4.4 FLIESSVERHALTEN VON ZEMENT-SUSPENSIONEN UND TON-DISPERSIONEN 37
2.4.4.1 ZEMENT-SUSPENSIONEN 37
2.4.4.2 TON-DISPERSIONEN 38
2.4.4.3 FLIESSVERHALTEN VON TON/ZEMENT-SUSPENSIONEN 39
PROGRAMM, METHODEN UND AUSGANGSSTOFFE EIGENER VERSUCHE 41
3.1 PROGRAMM 41
3.2 VERSUCHSMETHODEN 43
3.2.1 ROTATIONSVISKOSIMETER 43
3.2.1.1 ERMITTLUNG DER FLIESSGRENZE 43
3.2.1.2 ERMITTLUNG DER VISKOSITAET 44
3.2.2 IONENCHROMATOGRAPHIE (IC) 44
3.2.3 ATOM-ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE (AAS) 44
3.2.4 PARTIKELGROESSENVERTEILUNG 45
3.2.5 PRUEFUNG DER BETONEIGENSCHAFTEN 45
3.2.5.1 GRUENSTANDFESTIGKEIT 45
3.2.5.2 DRUCKFESTIGKEIT 45
3.2.5.3 CF- BZW. CDF-VERSUCH 46
3.2.5.4 QUECKSILBERDRUCKPOROSIMETRIE 46
3.3 AUSGANGSSTOFFE 46
3.3.1 TONE 46
3.3.2 ZEMENTE 47
3.3.3 ZUSATZSTOFFE 47
3.3.4 GESTEINSKOERNUNG 47
3.3.5 WASSER 47
3.3.6 CHEMISCHE SUBSTANZEN 48
UNTERSUCHUNGEN AN SUSPENSIONEN UND DISPERSIONEN 49
4.1 ERMITTLUNG EINES GEEIGNETEN GESCHWINDIGKEITSPROFILS 49
4.1.1 WESENTLICHE ERKENNTNISSE 49
4.1.2 DAS GESCHWINDIGKEITSPROFIL 50
4.1.3 FEHLERABSCHAETZUNG 50
4.2 IONENFREISETZUNG AUS ZEMENT 51
IMAGE 4
4.2.1 IONENFREISETZUNG UNTERSCHIEDLICHER ZEMENTE 51
4.2.1.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 51
4.2.1.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 52
4.2.2 IONENFREISETZUNG VON ZEMENT BEI VARIIERTEM VW/VZ-VERHAELTNIS 53
4.2.2.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 54
4.2.2.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 55
4.2.2.3 ERGEBNISINTERPRETATION 55
4.3 RHEOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN AN ZUSATZSTOFF- UND
TON/ZEMENT-SUSPENSIONEN . . 56 4.3.1 RHEOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN AN
ZUSATZSTOFFEN 56
4.3.1.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 57
4.3.1.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 58
4.3.1.3 ERGEBNISINTERPRETATION 59
4.3.2 EINFLUSS VERSCHIEDENER TONE 60
4.3.2.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 60
4.3.2.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 60
4.3.2.3 ERGEBNISINTERPRETATION 61
4.3.3 EINFLUSS VON TONKOMBINATIONEN 63
4.3.3.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 64
4.3.3.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 64
4.3.3.3 ERGEBNISINTERPRETATION 64
4.4 RHEOLOGISCHE UNTERSUCHUNGEN AN TON/ZEMENT-SUSPENSIONEN MIT GEWAEHLTEM
TON 65 4.4.1 EINFLUSS DER TEMPERATUR 65
4.4.1.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 65
4.4.1.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 66
4.4.1.3 ERGEBNISINTERPRETATION 66
4.4.2 EINFLUSS DES V W /V Z - UND DES V R /V Z -VERHAELTNISSES 67
4.4.2.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 68
4.4.2.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 68
4.4.2.3 ERGEBNISINTERPRETATION 69
4.5 UNTERSUCHUNGEN ZUR WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN GEWAEHLTEM TON UND ZEMENT
. .. 72 4.5.1 EINFLUSS CHEMISCHER SUBSTANZEN 73
4.5.1.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 73
4.5.1.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 74
4.5.1.3 ERGEBNISINTERPRETATION 74
4.5.2 NACHWEIS VON AGGREGATEN IM SETZUNGSVERSUCH 80 4.5.2.1
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 80
4.5.2.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 81
4.5.2.3 ERGEBNISINTERPRETATION 81
4.5.3 AGGREGATBILDUNG DURCH VOM ZEMENT DISSOZIIERTE IONEN 83
4.5.3.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 83
IMAGE 5
4.5.3.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 83
4.5.3.3 ERGEBNISINTERPRETATION 84
4.6 MODELLVORSTELLUNGEN 84
4.6.1 MODELL ZUR BESCHREIBUNG DER FLIESSGRENZE UND DER VISKOSITAET 84
4.6.1.1 FLIESSGRENZE 85
4.6.1.2 VISKOSITAET 85
4.6.1.3 DISKUSSION 86
4.6.2 DESKRIPTIVES FUNKTIONSMODELL ZUM FLIESSVERHALTEN 87
5 UNTERSUCHUNGEN AN ERDFEUCHTEM BETON 91
5.1 UNTERSUCHUNGEN AN MIT TON MODIFIZIERTEM ERDFEUCHTEN BETON 91
5.1.1 EINFLUSS DES V^M/VA- VERHAELTNISSES BEI KONSTANTEM W/Z-WERT 91
5.1.1.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 91
5.1.1.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 92
5.1.1.3 ERGEBNISINTERPRETATION 94
5.1.2 EINFLUSS DES VTEJ M /V(3-VERHAELTNISSES BEI VARIIERENDEM
WASSERGEHALT . .. 95 5.1.2.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 95
5.1.2.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 96
5.1.2.3 ERGEBNISINTERPRETATION 100
5.1.3 MISCHUNGSENTWURF ZUR OPTIMIERUNG VON BETONWAREN 102
5.2 UNTERSUCHUNGEN AN BETONPFLASTERSTEINEN 103
5.2.1 VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 103
5.2.2 VERSUCHSAUSWERTUNG 104
5.2.3 ERGEBNISINTERPRETATION 104
6 ZUSAMMENFASSUNG 106
6.1 ZIEL 106
6.2 VORGEHENSWEISE 106
6.3 WESENTLICHE ERKENNTNISSE 107
6.3.1 UNTERSUCHUNGEN AN SUSPENSIONEN UND DISPERSIONEN 107
6.3.1.1 ERMITTLUNG EINES GEEIGNETEN GESCHWINDIGKEITSPROFILS 107 6.3.1.2
IONENFREISETZUNG AUS ZEMENT 107
6.3.1.3 UNTERSUCHUNGEN AN ZUSATZSTOFF- UND TON/ZEMENT-SUSPENSIONEN 107
6.3.1.4 UNTERSUCHUNGEN AN TON/ZEMENT-SUSPENSIONEN MIT TON T7 . . . 108
6.3.1.5 UNTERSUCHUNGEN ZUR WECHSELWIRKUNG 109
6.3.1.6 EMPIRISCHES UND DESKRIPTIVES MODELL 110
6.3.2 UNTERSUCHUNGEN AM ERDFEUCHTEN BETON 110
6.4 OFFENE FRAGEN UND AUSBLICK 111
LITERATUR 113
IMAGE 6
A VERSUCHSBEZEICHNUNGEN UND REZEPTUREN 124
B CHEMISCHE ANALYSE DER ZEMENTE UND TONE 136
C SIEBLINIE 138
D VERSUCHSERGEBNISSE: DISPERSIONEN/SUSPENSIONEN 139
E VERSUCHSERGEBNISSE: BETONE 152
F BERECHNUNGEN 160
G ABBILDUNGEN 164
H SONSTIGES 175
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