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Development of a performance test to determine the sulfate resistance of concrete = Entwicklung eines Performanceprüfverfahrens zur Bestimmung des Sulfatwiderstands von Beton

Haufe, Johannes^RWTH*

2022

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dipl.-Ing. Johannes Haufe

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2022

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022, Kumulative Dissertation

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Vollpracht, Anya (Thesis advisor)^RWTH* ; Matschei, Thomas (Thesis advisor)^RWTH* ; Bier, Thomas A. (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-08-26

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-09929
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/855013/files/855013.pdf

Einrichtungen

1. Lehrstuhl für Baustoffkunde (311110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Beton (frei) ; Röntgendiffraktometrie (frei) ; Sulfatangriff (frei) ; Sulfatwiderstand (frei) ; Zugfestigkeit (frei) ; concrete (frei) ; sulfate attack (frei) ; sulfate resistance (frei) ; tensile strength (frei) ; thermodynamic modelling (frei) ; thermodynamische Modellierung (frei) ; x-ray diffraction (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Der Widerstand von Beton gegen Sulfatangriff wird häufig mit Labortestverfahren an Mörtelproben anhand von Dehnungsmessungen untersucht. In seltenen Fällen wird der Festigkeitsverlust durch Biege- oder Zugfestigkeitsprüfungen gemessen. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines neuen Performance-Testverfahrens, das sowohl den chemischen als auch den physikalischen Widerstand einer bestimmten Betonmischung gegen Sulfatangriff berücksichtigt. Mit Hilfe von statistischer Versuchsplanung wurden die Signifikanz und der beschleunigende Einfluss verschiedener relevanter Parameter, wie Bindemitteltyp, Lagertemperatur, Art und Konzentration der Sulfatlösung und Betonzusammensetzung auf die Restzugfestigkeit ft von ASTM-Brikettprüfkörpern nach ASTM C307-03 untersucht. Zur Bewertung des Sulfatwiderstands unterschiedlicher Betone wurde die Zugfestigkeit normiert, d.h. sie wurde auf die Zugfestigkeit des gleichalten, unbeanspruchten Betons bezogen. Hierfür wurde die Reifeformel des fib Model Codes adaptiert und nachgewiesen, dass mit ihr die Zugfestigkeit eines ungeschädigten Betons ftm im Prüfzeitraum hinreichend genau prognostiziert werden kann. Als Ergebnis wurde ein Prüfverfahren beschrieben, das auf der Prüfung der relativen Zugfestigkeit basiert und alle relevanten Parameter berücksichtigt. Anhand von Versuchen an 23 Betonen mit unterschiedlichen Zementen und Zement-Flugasche-Kombinationen wurden Abnahmekriterien für die sichere Bewertung des Sulfatwiderstands ermittelt. Ein hoher Sulfatwiderstand ist demnach gegeben, wenn die relative Zugfestigkeit des Betons nach 273 Tagen Sulfatlagerung einen Wert von 0,70 nicht unterschreitet. Ferner lassen sich für die Prüfung nach 182 Tagen Lagerung zwei Kriterien für einen Prüfabbruch definieren. Weisen die Betone eine relative Zugfestigkeit von > 0,85 auf, dann kann davon ausgegangen werden, dass das vorgeschlagene Abnahmekriterium von ft/ftm ≥ 0,70 auch nach 273 Tagen Lagerung eingehalten wird und somit ein hoher Sulfatwiderstand des Betons gegeben ist. Wenn die Betone eine relative Zugfestigkeit von ft/ftm < 0,70 aufweisen, dann ist ihr Sulfatwiderstand als gering einzustufen. Im in Deutschland für Zulassungsversuche üblicherweise verwendeten modifizierten SVA-Verfahren müssen Versuche mit moderaten Sulfatkonzentrationen derzeit für zwei Jahre durchgeführt werden. Das neue Verfahren ist in der Lage, in einem wesentlich kürzeren Zeitraum unter realitätsnahen Umgebungsbedingungen den Sulfatwiderstand von Beton zu bewerten.

The resistance of concrete against sulfate attack is often investigated by laboratory test methods on mortar specimens using expansion measurements. In rare cases, strength loss is measured by flexural or tensile strength tests. The objective of this work was the development of a new performance test method that takes into account both the chemical and physical resistance of a given concrete mix to sulfate attack. Statistical design of experiments was used to investigate the significance and accelerating effect of various relevant parameters, such as binder type, storage temperature, type and concentration of sulfate solution, and concrete composition, on the residual tensile strength ft of ASTM C307-03 briquet specimens. To evaluate the sulfate resistance of different concretes, the tensile strength was normalized, i.e., it was related to the tensile strength of the same-aged, unstressed concrete. For this purpose, the fib Model Code's maturity formula was adapted. It was demonstrated that it can be used to predict the tensile strength of an undamaged concrete ftm during the test period with sufficient accuracy. As a result, a test procedure was described, which is based on testing the relative tensile strength and considers all relevant parameters. Tests on 23 concretes with different cements and cement-fly ash combinations were used to establish threshold values for the reliable evaluation of sulfate resistance. Accordingly, a high sulfate resistance is given if the relative tensile strength of the concrete does not fall below a value of 0.70 after 273 days of sulfate storage. Furthermore, two criteria for test termination can be defined after 182 days of storage. If the concretes exhibit a relative tensile strength of > 0.85, then it can be assumed that the proposed threshold value of ft/ftm ≥ 0.70 is met also after 273 days of storage, and thus a high sulfate resistance of the concrete is given. If the concretes have a relative tensile strength of ft/ftm < 0.70, then their sulfate resistance is classified as low. In the modified SVA method commonly used for approval tests in Germany, tests with moderate sulfate concentration currently have to be carried out for two years. The new method is able to evaluate the sulfate resistance of concrete in a much shorter period of time under realistic environmental conditions.

OpenAccess:
PDF
(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT021602005

Interne Identnummern
RWTH-2022-09929
Datensatz-ID: 855013

Beteiligte Länder
Germany