Die Bestimmung der rheologischen Eigenschaften...
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Florian Fleischmann 1
Die Bestimmung der rheologischen
Eigenschaften Selbstverdichtender
Betone mit dem Kugel-Messsystem
Florian Fleischmann 2
Einführung
Selbstverdichtender Beton (SVB)
Definition
Vorteile
Nachteile
04.06.2014 - Rheologie-Workshop SFB 837
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Einführung
Frischbetonprüfungen Selbstverdichtender Betone
Ein-Punkt-Verfahren
Setzfließmaß
Trichterauslaufzeit
u.v.m
kein Aussagen über die rheologischen Eigenschaften
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Einführung
Frischbetonprüfungen Selbstverdichtender Betone
Rheometer (Zwei-Punkt-Verfahren)
Beschreiben die rheologischen Eigenschaften
Detailliertere Aussagen als mit Ein-Punkt-Verfahren
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* Eric P. Koehler, W.R. Grace & Co.: Test Methods for Workability and Rheology of Fresh Concrete, ACI Fall Convention November
2009.
Tattersall Two-
Point*BML
Viscometer*
BTRHEOM
*ICAR Rheometer*
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Einführung
Grenzen bei der Bestimmung der rheologischen
Eigenschaften Selbstverdichtender Betone
Hydratation und interpartikuläre
Wechselwirkungskräfte
laufende Veränderung der Probe
SVB ist eine grobdisperse Suspension
je größer die Partikel umso schwieriger die Bestimmung der
rheologischen Eigenschaften
komplexes Fließverhalten – keine laminare
Schichtenströmung
die Modelle der klassischen Rheologie gelten nur beschränkt
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Einführung
Grenzen bei der Bestimmung der rheologischen
Eigenschaften Selbstverdichtender Betone
Hohe Messgeschwindigkeit existierender
Betonrheometer
Abrieb erster Hydratationsprodukte
spiegeln nicht das tatsächliche Fließverhalten
Selbstverdichtender Betone wieder
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Das Kugel-Messsystem
Vorteile gegenüber anderen Messsystemen
Messung in frischem, ungescherten Material
niedrige Messgeschwindigkeit
kurze Messdauer
Verdrängungsströmung
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Mess-und Auswertmethodik
Messprinzip
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Vorgabe einer steigenden und
fallenden GeschwindigkeitVorgabe einer konstanten, niedrigen
Geschwindigkeit
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Mess-und Auswertmethodik
Auswertung
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Fließkurve - Vorgabe einer
steigenden und fallenden
Geschwindigkeit
Schubspannung bei einer konstanten,
niedrigen Geschwindigkeit
Zeit / Weg
𝜏𝜏𝑚𝑎𝑥
𝜏𝑑𝑦𝑛
𝑆𝑡𝑎𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒𝐹𝑙𝑖𝑒ß𝑔𝑟𝑒𝑛𝑧𝑒
𝐷𝑦𝑛𝑎𝑚𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒𝐹𝑙𝑖𝑒ß𝑔𝑟𝑒𝑛𝑧𝑒
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Ausgewählte Versuchsergebnisse
Bewertung der Messkurven
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Fließkurve - Vorgabe einer
steigenden und fallenden
Geschwindigkeit
Schubspannung bei einer konstanten,
niedrigen Geschwindigkeit
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Ausgewählte Versuchsergebnisse
Einfluss der Messgeschwindigkeit und der
Ruhezeit
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Schubspannung bei konstanter Geschwindigkeit
links: v= 0,0028 m/s bzw. 𝛾=0,031 s-1 rechts: v= 0,01176 m/s bzw. 𝛾=0,123 s-1
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Ausgewählte Versuchsergebnisse
Variation Wassergehalt
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Fließkurve - Vorgabe einer
steigenden und fallenden
Geschwindigkeit
Schubspannung bei einer konstanten,
niedrigen Geschwindigkeit ( 𝛾=0,031 s-
1)
Beton-Nr. B2.1 B2.3 B2.4
Setzfließmaß mm 630 790 830
Trichterauslaufzeit sec 11,1 6,3 4,8
Qualität Steif OK Sedi.
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Ausgewählte Versuchsergebnisse
Variation Wassergehalt
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0
50
100
150
200
250
300
350
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
160 165 170 175 180 185 190
Vis
kositä
t [P
as]
Trich
tera
usla
ufz
eit
[s]
Wasser [kg/m³]
Trichterauslaufzeit
Viskosität
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Ausgewählte Versuchsergebnisse
Variation Wassergehalt
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0
10
20
30
40
50
60
70600
650
700
750
800
850
160 165 170 175 180 185 190
Flie
ßgre
nze
[P
a]
Se
tzflie
ßm
aß
[mm
]
Wasser [kg/m³]
Setzfließmaß
DynamischeFließgrenze
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Fazit
Möglichkeiten des KMS:
Fließkurve innerhalb einer Umdrehung
Aufsteigenden Ast der Fließkurve: Statische Fließgrenze beim
Übergang vom linear-elastischen Bereich in den plastischen
Bereich
Auswertung des absteigenden Astes der Fließkurve: Auswertung mit dem Bingham-Modell
Bestimmung der Tatsächlichen Fließgrenze
Verlauf der Schubspannung bei konstanter
Scherbelastung
Statische Fließgrenze zu Beginn der Kurve
Dynamische Fließgrenze nach kurzer Einregelzeit
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Fazit
Bewertung des KMS:
Messprofile
Bestimmung der rheologischen Parameter
Einfluss der Geschwindigkeit
Vergleich unterschiedlicher Fließgrenzen
Strömungsmechanische Betrachtung
Umwandlung der Messwerte in rheologische
Kenngrößen
Reproduzierbarkeit
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Fazit
Bewertung des KMS:
Vergleich mit SFM und TA
Vergleich mit anderen Messsystemen
Charakterisierung unterschiedlicher
Betonrezepturen
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Fazit
Bewertung des KMS:
Eine durchgehende Scherung ist nicht möglich
Die maximale Schergeschwindigkeit ist stark
eingeschränkt
Einzelne Ausschläge in Folge von
Partikelkollisionen können die Messergebnisse
stark beeinflussen
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