Einführung

Hochleistungsbeton (HPC) ist ein moderner Baustoff, der aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften große Popularität erlangt hat, wie hohe Festigkeit, Haltbarkeit, und reduzierte Durchlässigkeit. HPC wurde speziell entwickelt, um die Anforderungen moderner Bauprojekte zu erfüllen, indem es verbesserte Leistungsmerkmale bietet. Eine der wesentlichen Komponenten, die zur verbesserten Leistung von HPC beitragen, ist die Verwendung von mineralischen Beimischungen. In diesem Blog, Wir werden die Rolle von mineralischen Beimischungen in HPC erörtern, mit besonderem Fokus auf Silikastaub.

Was sind Mineralzusätze?

Definition und Bedeutung

Mineralische Zusätze, auch bekannt als ergänzende zementartige Materialien (SCMs), sind fein verteilte Materialien, die Betonmischungen zugesetzt werden, um deren Leistung zu verbessern. Diese Materialien stammen aus natürlichen Quellen oder industriellen Nebenprodukten und werden verwendet, um einen Teil des Zements im Beton zu ersetzen. Die Verwendung von mineralischen Beimischungen hat mehrere Vorteile, wie zum Beispiel:

• Verbesserte Haltbarkeit und Leistung von Beton
• Reduzierung des Zementverbrauchs
• Weniger Umweltbelastung und CO2-Fußabdruck
• Kosteneffektivität

Einige übliche Arten von mineralischen Beimischungen umfassen Flugasche, gemahlene granulierte Hochofenschlacke (GGBFS), Silica-Rauch, und Metakaolin.

Silikadämpfe in Hochleistungsbeton

Überblick

Silica-Rauch, auch Mikrosilica genannt, ist ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Silizium und Ferrosiliziumlegierungen in Elektrolichtbogenöfen. Es besteht aus sehr feinen kugelförmigen Partikeln, die reich an Siliziumdioxid sind (SiO2) Inhalt, was typischerweise zwischen liegt 85% und 98%. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften, silica fume has become an essential component of Hochleistungsbeton mixtures.

Eigenschaften von Silica Fume

Silikastaub weist mehrere Eigenschaften auf, die ihn zu einer hochwirksamen mineralischen Beimischung für HPC machen, wie zum Beispiel:

• Partikelgröße: Silica-Rauchpartikel sind extrem fein, mit einem durchschnittlichen Durchmesser von ca 0.1 Mikrometer, welches ist 100 mal kleiner als Zementpartikel. Diese kleine Partikelgröße trägt zur Verbesserung der Packungsdichte von Beton bei, was zu einer verringerten Durchlässigkeit und einer erhöhten Festigkeit führt.
• Puzzolanische Aktivität: Silikastaub weist eine hohe puzzolanische Aktivität auf, was bedeutet, dass es mit dem Calciumhydroxid reagiert (ein Nebenprodukt der Zementhydratation) um zusätzliches Calciumsilikathydrat zu bilden (CSH) Gel, das primäre Bindemittel im Beton. Diese Reaktion trägt zu einer erhöhten Festigkeit bei, Haltbarkeit, und Beständigkeit gegen chemische Angriffe.
• Hoher Kieselsäuregehalt: Der hohe SiO2-Gehalt von Silikastaub macht es zu einem hervorragenden mineralischen Zusatzmittel, da es aktiv am Hydratationsprozess teilnimmt und die Mikrostruktur des Betons verbessert.

Vorteile der Verwendung von Silica Fume in HPC

Die Einarbeitung von Silikastaub in Hochleistungsbetonmischungen bietet mehrere Vorteile, einschließlich:

• Erhöhte Druckfestigkeit: Silikastaub kann die Druckfestigkeit von Beton erheblich verbessern, indem es seine Mikrostruktur verbessert und die CSH-Gelbildung erhöht. Untersuchungen haben gezeigt, dass Betonmischungen, die Silikastaub enthalten, Druckfestigkeiten von über 100 MPa.
• Verbesserte Haltbarkeit: Die Verwendung von Silikastaub in HPC führt zu einer dichteren und undurchlässigeren Mikrostruktur, was die Haltbarkeit des Betons erhöht. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Beständigkeit gegenüber aggressiven Chemikalien, Chlorid eindringen, und Sulfatangriffe.
• Enhanced resistance to abrasion and erosion: The dense microstructure of HPC containing silica fume provides better resistance to abrasion and erosion, making it suitable for applications such as industrial floors, Brückendecks, and hydraulic structures.

• Reduced alkali-silica reaction (ASR): Silica fume’s pozzolanic activity can help mitigate the risk of ASR in concrete. ASR is a deleterious reaction between the alkalis in cement and reactive aggregates, was zur Bildung eines Gels führt, das aufquillt und Risse im Beton verursacht. Durch den Verbrauch des Calciumhydroxids und die Verringerung der Alkalität des Betons, Silikastaub hilft, das Potenzial für ASR zu minimieren.
• Verbesserte Haftfestigkeit: Die Verwendung von Silikastaub in HPC kann zu einer verbesserten Haftfestigkeit zwischen Beton und Bewehrungsstäben führen, was für die Tragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen entscheidend ist.

Optimaler Gehalt an Kieselsäure in HPC

The optimum silica fume content in high-performance concrete mixtures can vary depending on the specific requirements of a project. Allgemein, der Silikastaubgehalt liegt zwischen 5% und 15% nach Gewicht der gesamten zementartigen Materialien. Jedoch, ein höherer Silikastaubgehalt kann für spezielle Anwendungen verwendet werden, bei denen extreme Festigkeit und Haltbarkeit erforderlich sind. Es ist wichtig, den Wassergehalt und die Fließmitteldosierung in HPC-Mischungen, die Silikastaub enthalten, richtig einzustellen, um eine angemessene Verarbeitbarkeit und einfache Platzierung zu gewährleisten.

Andere mineralische Beimischungen für HPC

Während Silikastaub ein hochwirksames mineralisches Zusatzmittel für Hochleistungsbeton ist, es ist nicht die einzige verfügbare Option. Andere übliche mineralische Beimischungen, die in HPC verwendet werden, umfassen:

• Flugasche: Ein Nebenprodukt der Kohleverbrennung in Kraftwerken, Flugasche ist bekannt für ihre puzzolanischen Eigenschaften und ihre Fähigkeit, die Verarbeitbarkeit von Betonmischungen zu verbessern. Es wird oft in Kombination mit Silikastaub verwendet, um die Leistung von HPC zu optimieren.
• Gemahlene granulierte Hochofenschlacke (GGBFS): GGBFS ist ein Nebenprodukt der Eisen- und Stahlindustrie und weist sowohl zementartige als auch puzzolanische Eigenschaften auf. Bei Verwendung in HPC, GGBFS kann zu einer verbesserten Verarbeitbarkeit beitragen, reduzierte Hydratationswärme, und erhöhte Langzeitfestigkeit.
• Metakaolin: Hergestellt durch Kalzinieren von gereinigtem Kaolinit-Ton, Metakaolin ist ein hochreaktives puzzolanisches Material, das die Festigkeit erheblich steigern kann, Haltbarkeit, und Beständigkeit gegenüber chemischen Angriffen in HPC.

Abschluss

Mineralische Zusätze, insbesondere Silikastaub, spielen eine entscheidende Rolle bei der Leistungssteigerung von Hochleistungsbeton. Durch Verbesserung der Mikrostruktur von Beton, Silikastaub trägt zu einer erhöhten Druckfestigkeit bei, Haltbarkeit, und Beständigkeit gegen chemische Angriffe. Die Verwendung mineralischer Zusatzstoffe in HPC verbessert nicht nur die Leistung des Materials, sondern fördert auch die Nachhaltigkeit, indem der Zementverbrauch reduziert und industrielle Nebenprodukte genutzt werden.