Rheology and Workability Testing of Deep Foundation Concrete
Dipl.-Ing. Thomas Kränkel
Förderer: European Federation of Foundation Contractors (EFFC)
Betone für den Spezialtiefbau, etwa zur Herstellung von Bohrpfählen oder Schlitzwänden im Kontraktorverfahren, enthalten neben den klassischen Komponenten Zement, Wasser und Gesteinskörnung vermehrt auch hohe Gehalte an Zusatzstoffen und -mitteln. Neben Flugaschen, Kalksteinmehlen und Silicastäuben kommen insbesondere auch verflüssigende Zusatzmittel zum Einsatz. So wird die sehr weiche bis fließfähige Konsistenz der Spezialtiefbaubetone realisiert, welche für das Einbringen im Kontraktorverfahren notwendig ist. Hinzu kommt, dass die Spezialtiefbaubetone oft hohe Gehalte an Verzögeren aufweisen, um eine gleichbleibend gute Verarbeitbarkeit des Betons während des meist über mehrere Stunden andauernden Betoniervorgangs zu gewährleisten. Nur so können die vollständige Formfüllung und Einbettung der Bewehrung sichergestellt werden, welche notwendig sind, um die an das Tiefbauwerk gestellten strukturellen Anforderungen sowie eine geringe Wasserdurchlässigkeit zu erfüllen.
Obwohl sich die Mischungszusammensetzung der Spezialtiefbaubetone maßgeblich verändert hat, kam es bis dato zu keiner Anpassung der Prüfverfahren zur Beurteilung deren Verarbeitbarkeit. So wird die Verarbeitbarkeit der auf der Baustelle ankommenden Betone i.d.R. lediglich durch das Ausbreitmaß und/oder das Setzmaß nach DIN EN 12350 beurteilt. Beide Werte geben indirekt Auskunft über die Fließgrenze des Betons. Für die Formfüllung entscheidende rheologische Eigenschaften wie die Viskosität und die Thixotropie des Betons bleiben dagegen gänzlich außer Acht. Gerade die Viskosität und die Thixotropie des Betons sind es jedoch, die durch den Einsatz von Betonzusatzstoffen und -mitteln maßgeblich beeinflusst werden. Eine zuverlässige Vorhersage der vollständigen Formfüllung auf Grundlage der auf der Baustelle durchgeführten Frischbetonprüfungen ist somit nicht möglich.
Das Projekt befasst sich daher mit der Rheologie und Verarbeitbarkeit von Betonen für den Spezialtiefbau. Das Ziel ist es, ein fortschrittliches Konzept zur Beurteilung der Verarbeitbarkeit der Betone auf der Baustelle zu entwickeln.
So soll eine zuverlässige Vorhersage der Formfüllung tiefer Bohrpfähle und Schlitzwände gewährleistet werden. Um die praktische Anwendbarkeit des Konzepts zu gewährleisten, muss dieses auf einfach zu handhabenden Prüfverfahren basieren, welche die Bestimmung eines Maßes für die Fließgrenze und die Viskosität der Betone unter Baustellenbedingungen ermöglichen. Des Weiteren soll das Konzept den für die Formfüllung wichtigen thixotropen Strukturaufbau durch geeignete praxistaugliche Prüfverfahren zielsicher erfassen. Um dies zu erreichen, muss zunächst geklärt werden, welche Frischbetonprüfverfahren geeignet sind, ein Maß für die Fließgrenze, die Viskosität und die Thixotropie zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden klassische Verarbeitbarkeitstests wie Ausbreit- und Setzfließversuch sowie L-Kasten-Versuch mit rheologischen Untersuchungen in einem Rotationsrheometer kombiniert. Die Versuche sollen auf verschiedenen Baustellen durchgeführt werden, um ein möglichst breites Spektrum der realen Spezialtiefbaubetone zu erfassen. Andererseits kann so die Anwendbarkeit der Prüfverfahren unter Praxisbedingungen sichergestellt werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen die mit den untersuchten Betonen hergestellten Bohrpfähle oder Schlitzwandelemente im Nachhinein freigelegt (ausgegraben) und deren Oberflächenoptik dokumentiert werden. Dies ermöglicht es, die am Frischbeton ermittelten Maße für die Fließgrenze, die Viskosität und die Thixotropie mit den sich ausbildenden Formfüllungseigenschaften zu verknüpfen. Ergänzend sollen in Laborversuchen weitere Spezialtiefbaubetone mit einer möglichst großen Variation ihrer rheologischen Kennwerte geprüft werden, um den Bereich der in der Praxis auftretenden rheologischen Eigenschaften zu ergänzen.
Das abschließende Ziel des Projekts ist es, für die mittels praxistauglicher Verarbeitbarkeitstests bestimmten Maße für die Fließgrenze, Viskosität und Thixotropie der Spezialtiefbaubetone Akzeptanzkriterien festzulegen, die eine vollständige Formfüllung und Einbettung der Bewehrung der Bohrpfähle und Schlitzwände gewährleisten. So wird es dem Bauunternehmer einerseits ermöglicht, dem liefernden Transportbetonwerk die geforderten Frischbetoneigenschaften (Akzeptanzkriterien) mitzuteilen. Andererseits besitzt der Bauunternehmer durch die Akzeptanzkriterien eine Entscheidungshilfe, ob ein Beton bei der Anlieferung anzunehmen ist, oder ob er aufgrund von Werten außerhalb der Akzeptanzkriterien zurückzuweisen ist. So wird die Herstellung qualitativ hochwertiger Tiefbauwerke, welche den strukturellen Anforderungen sowie den Anforderungen an eine geringe Wasserdurchlässigkeit sicher genügen, begünstigt.