Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analysenkonzept zur nachträglichen Bestimmung der Betonzusammensetzung, der Sieblinie sowie weiterer Eigenschaften einer Gesteinskörnung oder des Zements im erhärteten Beton

In dem geplanten Vorhaben sollen einerseits offene Fragen aus dem Projekt „Betonanalyse“ (IGF 17829 N) geklärt und andererseits ein Verfahren zu Bestimmung der Sieblinie im erhärteten Beton entwickelt werden.

Um das Verfahren zur Bestimmung des Zementgehaltes mittels µ-RFA (aus IGF 17829 N) zuverlässig im Beton einsetzen zu können, soll eine robustere Routine zur Auswertung der Messungen mit Hilfe einer Phasenanalyse erarbeitet und eingesetzt werden. Darüber hinaus soll anhand systematischer Versuche geklärt werden, ob höhere Feinanteile der Gesteinskörnung die Bestimmung des Zementgehaltes beeinflussen. Des Weiteren soll eine chemometrische Auswertung der µ-RFA-Spektren erarbeitet werden, mit dem Ziel die im Beton verwendete Zementart abzuschätzen.

Da die nasschemische Bestimmung der Zementart und des Zementgehaltes erheblich von der Löslichkeit der Gesteinskörnung in EDTA, HNO3 und HCl abhängt und Rückstellproben zum Zeitpunkt der Betonanalyse oft nicht mehr zur Verfügung stehen, soll ein Verfahren zur Extraktion der Gesteinskörnung aus dem Beton entwickelt werden. So könnten die Löslichkeit der Gesteinskörnung in den o. g. Medien sowie deren Dichte ermittelt werden. Hierzu soll die elektrodynamische Fragmentierung eingesetzt werden. Es soll zudem geprüft werden, inwieweit die Kornverteilung der Gesteinskörnung durch die elektrodynamische Fragmentierung beeinflusst wird und ob die Sieblinie auf diesem Wege nachträglich ermittelt werden kann. Als zweiter Ansatz zur Bestimmung der Sieblinie wird ein bildanalytischer Ansatz auf Basis der oben beschriebenen µ-RFA-Untersuchungen verfolgt. Dies soll dazu beitragen die Erfüllung von Normvorgaben der Beton- und Gesteinskörnungsnorm prüfen zu können. Die klein- und mittelständigen Zement- und Betonhersteller (KMU) können insbesondere die nasschemischen Verfahren in ihren Laboratorien durchführen und dadurch einerseits ihre Dienstleistungen ausbauen und andererseits zur Klärung von Streitfällen beitragen.

Ergebniszusammenfassung:

In dem abgeschlossen Forschungsvorhaben wurden Verfahren zur Bestimmung des Zement- bzw. Bindemittelgehaltes, der Zementart und der Sieblinie der Gesteinskörnung entwickelt bzw. weiterentwickelt. Mit Hilfe der µ–RFA wurden Flächenanalysen an Zementsteinen, Mörteln und Betonen durchgeführt und eine Referenzdatenbank für chemometrische Auswertungen aufgestellt. Zur Bestimmung der Zementart wurde ein Modell auf Basis der Beton-Summenspektren aufgestellt und anhand der Betone über eine Kreuzvalidierung validiert. Die verwendeten Zementarten der hergestellten Betone konnten anhand dieses Modells korrekt identifiziert werden. Des Weiteren wurde die Bildanalyse zur Abschätzung des Bindemittelgehaltes weiter untersucht. Hierbei wurde u.a. der Einfluss des Feinanteils der Gesteinskörnungen systematisch untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass dieser Einfluss insbesondere bei Betonen mit Gesteinskörnungen der B- und C-Sieblinien relevant ist. Die Sieblinien der Betone konnten über die Bildanalyse angenähert werden. Zudem wurde eine Phasenanalyse als Alternative zur Bildanalyse untersucht. Hier zeigte sich, dass die Auflösung der Punktspektren und die Rechenleistung von PC’s bei Verwendung vieler Elementinformationen eine Herausforderung darstellen. Zusätzlich wurde die elektrodynamische Fragmentierung als eine Methode der selektiven Zerkleinerung von Beton untersucht. Der Zementstein und die Gesteinskörnung wurden nach der elektrodynamischen Fragmentierung über eine Dichtetrennung getrennt. Es wurde geprüft, wie sauber die Gesteinskörnung aus verschiedenen Betonen extrahiert werden kann und ob die extrahierte Gesteinskörnung anstelle einer Rückstellprobe zur nasschemischen Betonanalyse verwendet werden kann. Die Gesteinskörnung konnte mit einer mittleren Reinheit von >98 % aus dem Beton extrahiert werden. Die Ergebnisse des Vorhabens können insbesondere im Bereich der Betonanalytik angewendet werden.