VIF 2012 - „ERESCON“ · 15.11.2016 Eco-Beton –Projekt ERESCON 3 Projekt-Ziele „ERESCON“...

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


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


Projekt-Ziele „ERESCON“

• Treibhauspotenzial (CO2 ) & Primärenergiebedarf (PEI ) von Beton für

Infrastrukturbau reduzieren

• Funktionalität des Betons beibehalten

gleichwertige Leistungsfähigkeit mit Norm-Beton & Wirtschaftlichkeit nachweisen


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


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


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


flowmeter

water

addition

mixer

Charakterisierung & Auswahl geeigneter Eco- und Mikro-Füller

sowie Bestimmung optimaler Mischungsverhältnisse mit “MEM-ST”

[ml]


flowmeter

water

addition

mixer

[ml]

Hohlraumgehalt/ maximale Packungsdichte


sowie Bestimmung optimaler Mischungsverhältnisse mit “MEM-ST”


flowmeter

water

addition

mixer

Hohlraumgehalt/max. Packungsdichte

Wasserbedarf für bestimmtes Fließvermögen

Optimale Mischungsverhältnisse für

„Eco-Feinstoffleime“,

begleitende Berechnungen mit CIPM

(mat lab)

[ml]


sowie Bestimmung optimaler Mischungsverhältnisse CEM:EF:MF

mit “MEM-ST” & CIPM


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


Ergebnisse

„Eco-Betone“


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


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%


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


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


• 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


Ausgewählte Ökobetone äquivalent Referenzbeton (außer OB5-VII-007);

Langzeitmessungen über das Projekt hinaus im Gange

Exposition XC ACC-Test – Karbonatisierungstiefe nach 28d, 2% CO2


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


2.) C 25/30+ IXAT-B Innenschalenbeton

RiLi Innenschalenbeton, Quelle: http://bautechnik.pro/pdf/Bautechnik_2012.pdf


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%


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 [%]


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


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


• 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)


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: [email protected]; Tel.: 0316 873 7161

https://www2.ffg.at/verkehr/projekte

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mailto:[email protected]

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