DE202023100087U1 - A system for producing ultra high performance concrete - Google Patents
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
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- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
- C04B2201/52—High compression strength concretes, i.e. with a compression strength higher than about 55 N/mm2, e.g. reactive powder concrete [RPC]
Abstract
Ein System zur Herstellung von ultrahochfestem Beton, wobei das System umfasst:
ein Sonicator zur Dispergierung der Nano-Al2O3-Partikel in 20 % PCE und 20 % Wasser unter Verwendung einer Badbeschallungstechnik für 30 Minuten;
einen Mörtelmischer zum langsamen Mischen von Zement, Silikastaub, Quarzmehl und Sand für 5 Minuten, um die Trockenmischung herzustellen;
eine Mischkammer mit einem Rührer zum automatischen Mischen von 60 % PCE mit 80 % Wasser und zur langsamen Zugabe zu der trockenen Mischung, um Granulat umzuwandeln, wobei die dispergierten Nano-Al2O3-Teilchen zugegeben werden, langsam 5 Minuten lang gemischt werden, wobei die verbleibenden 20 % des PCE zu der Mischung zugegeben und 5 Minuten lang bei hoher Geschwindigkeit gemischt werden, bis sich die Mischung in eine homogene Mischung umwandelt, wobei die Polypropylenfasern langsam zu der Mischung zugegeben und 5 Minuten lang gemischt werden, wobei das Mischen für einen weiteren Zeitraum von 5 Minuten fortgesetzt wird, um eine gute Dispersion der UHPC-Mischung zu erreichen;
eine Form zum Formen der UHPC-Mischung, wobei die Oberfläche mit den Kunststofffolien bedeckt wird, die die Oberfläche bedecken und 24 Stunden lang bei Labortemperatur gehalten werden; und
eine Behandlungskammer zum Aushärten der entformten Probekörper mit normalem Wasser bei Raumtemperatur.
A system for producing ultra high performance concrete, the system comprising:
a sonicator to disperse the nano-Al 2 O 3 particles in 20% PCE and 20% water using a bath sonication technique for 30 minutes;
a mortar mixer to slowly mix cement, silica fume, quartz flour and sand for 5 minutes to make the dry mix;
a mixing chamber with an agitator to automatically mix 60% PCE with 80% water and add it slowly to the dry mix to convert granules, adding the dispersed nano-Al 2 O 3 particles, mix slowly for 5 minutes, adding the remaining 20% of the PCE to the mixture and mixing at high speed for 5 minutes until the mixture turns into a homogeneous mixture, the polypropylene fibers are slowly added to the mixture and mixed for 5 minutes, mixing for a further period of 5 minutes is continued to achieve good dispersion of the UHPC mixture;
a mold to shape the UHPC mixture, covering the surface with the plastic sheets covering the surface and keeping at laboratory temperature for 24 hours; and
a treatment chamber for curing the demolded specimens with ordinary water at room temperature.
Description
BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Betonherstellungssysteme, insbesondere auf ein System zur Herstellung von ultrahochfestem Beton unter Verwendung einer Badbeschallungstechnik.The present disclosure relates to concrete production systems, and more particularly to a system for producing ultra-high performance concrete using a bath sonication technique.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Der heutige Beton ist das Ergebnis eines kontinuierlichen Innovationsprozesses, der vielleicht schon im Römischen Reich begann. Die moderne Geschichte des Betons hat sich vielleicht nach der Erfindung des Portlandzements im Jahr 1824 entwickelt. Herkömmlicher Beton wird im Allgemeinen durch Mischen von Zement mit Zuschlagstoffen und Wasser hergestellt. Im Jahr 1849 wurde eine Stahlbewehrung in den Beton eingebracht, um eine höhere Zugfestigkeit und Verformbarkeit zu erreichen, was als „Stahlbeton“ bezeichnet wurde. Im 19. und 20. Jahrhundert entwickelte sich die Betontechnologie weiter, da viele Menschen an einer Optimierung der Festigkeit und der Partikelpackungsdichte interessiert waren. In den 1980er Jahren wurden hochfester Beton (High Strength Concrete - HSC) und Hochleistungsbeton (High Performance Concrete - HPC) mit einer Druckfestigkeit von bis zu 100 MPa und verbesserter Dauerhaftigkeit erfunden. Kurz darauf wurde faserverstärkter Beton (FRC) entwickelt, um der spröden Matrix entgegenzuwirken und die Duktilität, Festigkeit und Widerstandsfähigkeit durch den Einsatz von Fasern zu erhöhen. Die Einarbeitung von Fasern in den Beton führt zur Kontrolle der Risse und verbessert das Schlagverhalten. Die Forschung zur Verbesserung der Druckfestigkeit und Dauerhaftigkeit stand auch in den 1990er Jahren im Mittelpunkt des Interesses. 1994 wurde der Begriff Ultrahochleistungsbeton (UHPC) offiziell eingeführt und bald darauf in Nordamerika für Anwendungen mit einer Druckfestigkeit von 100 bis 200 MPa verwendet. Umfangreiche Forschungsarbeiten wurden auch zu reaktivem Pulverbeton mit einer Druckfestigkeit von über 200 MPa durchgeführt.Today's concrete is the result of a continuous process of innovation that perhaps began as early as the Roman Empire. The modern history of concrete may have developed after the invention of Portland cement in 1824. Traditional concrete is generally made by mixing cement with aggregate and water. In 1849, steel reinforcement was introduced into the concrete to give it greater tensile strength and deformability, which came to be known as "reinforced concrete". In the 19th and 20th centuries, concrete technology advanced as many people were interested in optimizing strength and particle packing density. In the 1980s, High Strength Concrete (HSC) and High Performance Concrete (HPC) with compressive strengths up to 100 MPa and improved durability were invented. Shortly thereafter, fiber reinforced concrete (FRC) was developed to counteract the brittle matrix and increase ductility, strength and resistance through the use of fibers. The incorporation of fibers into the concrete controls cracks and improves impact performance. Research into improving compressive strength and durability was also the focus of interest in the 1990s. In 1994, the term ultra high performance concrete (UHPC) was officially introduced and soon after was used in North America for applications with a compressive strength of 100 to 200 MPa. Extensive research work has also been carried out on reactive powder concrete with a compressive strength of over 200 MPa.
Der UHPC ist eine neue Art von Beton; nach dem ASTM-Code ist eine Mindestdruckfestigkeit von 120 MPa erforderlich, das Fließmaß liegt zwischen 200 und 250 mm und die maximale Größe der Zuschlagstoffe ist auf 5 mm begrenzt. Es zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Dauerhaftigkeit bei niedrigen Lebenszykluskosten aus. Die homogene Mischung wurde durch den Verzicht auf grobe Gesteinskörnung erreicht, und die Effizienz wurde durch die Optimierung der Partikelpackungsdichte der Mischung maximiert. Die Verwendung von Fließmitteln der neuen Generation auf Polymerbasis als Wasserreduzierer und ultrafeinen Bestandteilen zur Optimierung der Partikelpackungsdichte der UHPC-Mischung führt zu verbesserten rheologischen Eigenschaften der frischen Mischung mit einem niedrigen w/b-Verhältnis. Das gegenwärtige Szenario erhöht die Nachfrage nach der Verwendung von UHPC in Bauwerken, da sich die Industrie- und Entwicklungsländer hauptsächlich auf die Erhaltung der natürlichen Ressourcen konzentrieren, um die sich verändernde Umwelt zu schützen. Die Energieeinsparung ist zu einer Priorität für die Gestaltung nachhaltiger Gebäude mit niedrigen Lebenszykluskosten geworden.The UHPC is a new type of concrete; according to the ASTM code, a minimum compressive strength of 120 MPa is required, the slump is between 200 and 250 mm and the maximum aggregate size is limited to 5 mm. It is characterized by high strength and durability with low life cycle costs. The homogeneous mix was achieved by eliminating coarse aggregate, and efficiency was maximized by optimizing the mix's particle packing density. The use of new generation polymer-based superplasticizers as water reducers and ultra-fine ingredients to optimize the particle packing density of the UHPC blend results in improved rheological properties of the fresh blend with a low w/b ratio. The current scenario increases the demand for the use of UHPC in structures as the developed and developing countries mainly focus on the conservation of natural resources to protect the changing environment. Energy saving has become a priority for the design of sustainable buildings with low life cycle costs.
Die Verwendung alternativer Bindemittel ist wichtig, um die Nachhaltigkeit im Bauwesen zu verbessern und den weltweiten CO2-Ausstoß in die Umwelt zu verringern. Bei der Herstellung von UHPC wird eine große Menge an Zement in der Mischung verbraucht. Zusätzliche Zementierungsmaterialien (SCMs) sind wichtig und tragen durch hydraulische und puzzolanische Aktivitäten zur Verbesserung der Eigenschaften von UHPC bei. Typische SCMs wie Silikastaub, Flugasche, gemahlener Hüttensand, Kalkstein, Metakaolin, Palmölbrennstoffasche, Bagasse-Asche und Reishülsenasche werden üblicherweise für die Herstellung von UHPC verwendet. Diese können einzeln mit Portland- oder Mischzement oder in verschiedenen Kombinationen verwendet werden. Die mikroskopisch kleinen SCMs werden häufig zu UHPC hinzugefügt, um die Mischungen wirtschaftlicher zu machen, die Festigkeit zu erhöhen, die Durchlässigkeit zu verringern und andere Betoneigenschaften zu beeinflussen.The use of alternative binders is important to improve sustainability in construction and reduce global CO2 emissions into the environment. In the manufacture of UHPC, a large amount of cement is consumed in the mix. Supplemental cementing materials (SCMs) are important and contribute to improving the properties of UHPC through hydraulic and pozzolanic activities. Typical SCMs such as silica fume, fly ash, blast furnace slag, limestone, metakaolin, palm oil fuel ash, bagasse ash, and rice hull ash are commonly used for the production of UHPC. These can be used individually with Portland or blended cement, or in various combinations. The microscopic SCMs are often added to UHPC to make the mixes more economical, increase strength, reduce permeability, and affect other concrete properties.
Die Nanotechnologie ist ein multidisziplinäres Wissenschafts- und Technikgebiet, das sich mit dem Verständnis und der Kontrolle von Materie in Dimensionen zwischen 1 und 100 Nanometern beschäftigt. Nanomaterialien werden in verschiedenen neuartigen Anwendungen in Bereichen wie Landwirtschaft, Medizin, Elektronik, Bauwesen, Lebensmittel, Kraftstoffe, Luft- und Wasserreiniger, chemische Sensoren, Gewebe usw. eingesetzt. Je nach Größe der Nanomaterialien können sie in vier verschiedene Gruppen eingeteilt werden: nulldimensional (0D), eindimensional (1D), zweidimensional (2D) und dreidimensional (3D). Die Einbindung von Nanomaterialien in die Zementmatrix ist ein neues und vielversprechendes Forschungsgebiet. Verschiedene Nanomaterialien wie Al2O3, CaO, CaCO3, CuO, Fe2O3, MgO, SiO2, TiO2, ZrO2, Nano-ZnO, CNT, CNF und Nano-Ton werden seit kurzem in Zement und Beton verwendet, um deren mechanische Eigenschaften und Haltbarkeit zu verbessern.Nanotechnology is a multidisciplinary field of science and technology concerned with understanding and controlling matter at dimensions between 1 and 100 nanometers. Nanomaterials are used in various novel applications in fields such as agriculture, medicine, electronics, construction, food, fuel, air and water purifiers, chemical sensors, tissues, etc. Depending on the size of the nanomaterials, they can be divided into four different groups: zero-dimensional (0D), one-dimensional (1D), two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D). The incorporation of nanomaterials into the cement matrix is a new and promising area of research. Various nanomaterials such as Al 2 O 3 , CaO, CaCO 3 , CuO, Fe 2 O 3 , MgO, SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , nano-ZnO, CNT, CNF and nano-clay are used in cement and concrete recently to improve their mechanical properties and durability.
Die Verwendung von Nanomaterialien hat ein größeres Potenzial, die Umweltauswirkungen der Energieintensität zu verringern und die Lebensdauer von Bauwerken zu verlängern. Daher ist die Erforschung von Nanomaterialien in Beton von entscheidender Bedeutung, um Beton umweltfreundlicher zu machen. Es ist wichtig, die Anwendung von Nanomaterialien zu untersuchen, um die Eigenschaften von zementbasierten Verbundwerkstoffen zu verbessern. In den letzten zwei Jahrzehnten wurde die zunehmende Anwendung von Nano-Al203-Partikeln als SCM nur in Zementstein, Mörtel, Spritzbeton, normalfestem Beton, hochfestem Beton, Hochleistungsbeton, faserverstärktem Beton und selbstverdichtendem Beton umfassend untersucht. Es gibt jedoch nur wenige Studien über die Verwendung von Nanomaterialien in UHPC. Die Beimischung von Nanomaterialien in UHPC wäre ein Durchbruch im Hinblick auf künftige Nachhaltigkeitsanforderungen und würde außergewöhnliche Anwendungen im Bausektor ermöglichen.The use of nanomaterials has greater potential to reduce the environmental impact of energy intensity and extend the lifespan of structures. Therefore, research into nanomaterials in concrete is crucial to make concrete more environmentally friendly make. It is important to investigate the application of nanomaterials to improve the properties of cement-based composites. In the past two decades, the increasing application of nano Al203 particles as SCM only in cement paste, mortar, shotcrete, normal strength concrete, high strength concrete, high performance concrete, fiber reinforced concrete and self-compacting concrete has been widely studied. However, there are few studies on the use of nanomaterials in UHPC. The admixture of nanomaterials in UHPC would be a breakthrough with regard to future sustainability requirements and would enable extraordinary applications in the construction sector.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass ein System für die Herstellung von ultrahochfestem Beton erforderlich ist.In view of the above, it is clear that a system for the production of ultra high performance concrete is required.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, ein System zur Herstellung von ultrahochfestem Beton zur Verringerung des Volumens von durchlässigen Hohlräumen in Beton bereitzustellen.The present disclosure aims to provide a system for producing ultra high performance concrete for reducing the volume of permeable voids in concrete.
In einer Ausführungsform wird ein System zur Herstellung von UltraHochleistungsbeton offenbart. Das System umfasst einen Sonicator zum Dispergieren der Nano-Al2O3-Teilchen in 20 % Superweichmacher auf Polycarbonsäureetherbasis (PCE) und 20 % Wasser unter Verwendung einer Badbeschallungstechnik für 30 Minuten. Das System umfasst außerdem einen Mörtelmischer zum langsamen Mischen von Zement, Silikastaub, Quarzpulver und Sand für 5 Minuten, um die Trockenmischung herzustellen. Das System umfasst ferner eine Mischkammer mit einem Rührer zum automatischen Mischen von 60 % PCE mit 80 % Wasser und zum langsamen Hinzufügen zu der Trockenmischung, um Granulat umzuwandeln, wobei die dispergierten Nano-Al2O3-Teilchen langsam 5 Minuten lang gemischt werden, wobei die verbleibenden 20 % des PCE zu der Mischung hinzugefügt und 5 Minuten lang bei hoher Geschwindigkeit gemischt werden, bis sich die Mischung in eine homogene Mischung umwandelt, wobei die Polypropylenfasern langsam zu der Mischung hinzugefügt und 5 Minuten lang gemischt werden, wobei das Mischen für einen weiteren Zeitraum von 5 Minuten fortgesetzt wird, um eine gute Dispersion der UHPC-Mischung zu erreichen. Das System umfasst ferner eine Form zum Formen der UHPC-Mischung, wodurch die Oberfläche mit den Kunststofffolien bedeckt wird, die die Oberfläche bedecken und 24 Stunden lang bei Labortemperatur gehalten werden. Das System umfasst ferner eine Behandlungskammer zum Aushärten der entformten Probekörper mit normalem Wasser bei Raumtemperatur.In one embodiment, a system for producing ultra high performance concrete is disclosed. The system includes a sonicator to disperse the nano-Al 2 O 3 particles in 20% polycarboxylic acid ether (PCE) based superplasticizer and 20% water using a bath sonication technique for 30 minutes. The system also includes a mortar mixer to slowly mix cement, silica fume, quartz powder and sand for 5 minutes to make the dry mix. The system further includes a mixing chamber with an agitator for automatically mixing 60% PCE with 80% water and adding it slowly to the dry mix to convert granules, slowly mixing the dispersed nano-Al 2 O 3 particles for 5 minutes, adding the remaining 20% of the PCE to the mixture and mixing at high speed for 5 minutes until the mixture turns into a homogeneous mixture, adding the polypropylene fibers slowly to the mixture and mixing for 5 minutes, mixing for is continued for a further period of 5 minutes to achieve good dispersion of the UHPC blend. The system further includes a mold for shaping the UHPC mixture, thereby covering the surface with the plastic sheets covering the surface and keeping it at laboratory temperature for 24 hours. The system also includes a treatment chamber for curing the demolded specimens with ordinary water at room temperature.
In einer anderen Ausführungsform wird das Wasser-Bindemittel-Verhältnis für alle Mischungen auf 0.24 festgelegt, wobei die sieben Arten von UHPC-Mischungen in zwei Serien mit jeweils unterschiedlicher Dosierung von Zement und Nanopartikeln aufgeteilt werden, wobei der Zementgehalt insgesamt immer 570.45 kg/m3 beträgt.In another embodiment, the water-binder ratio is set to 0.24 for all mixes, dividing the seven types of UHPC mixes into two series, each with different dosage of cement and nanoparticles, with the total cement content always 570.45 kg/m 3 amounts to.
In einer anderen Ausführungsform umfassen die sieben Arten von UHPC-Mischungen eine Kontrollmischung (CON-Mischung - ohne Nanopartikel), und die anderen sechs Mischungen werden mit unterschiedlichen Dosierungen von Nano-Al2O3-Teilchen hergestellt, die 0.5 % bis 3 % ersetzen, mit einer Steigerung von 0.5 %.In another embodiment, the seven types of UHPC blends include a control blend (CON blend - without nanoparticles), and the other six blends are made with different dosages of nano-Al2O3 particles replacing 0.5% to 3%, with a Increase of 0.5%.
In einer anderen Ausführungsform wird der Gehalt an Polypropylenfasern (PP) um 0.4 % zum Volumen des Betons hinzugefügt.In another embodiment, the polypropylene fiber (PP) content is added by 0.4% to the volume of the concrete.
In einer anderen Ausführungsform werden vorzugsweise 171.20 kg/m3 Silicastaub, 245.28 kg/m3 Quarzmehl und 1245.38 kg/m3 Wasser mit Sandanteil in allen Mischungen gemischt.In another embodiment, preferably 171.20 kg/m 3 silica fume, 245.28 kg/m 3 quartz flour and 1245.38 kg/m 3 water with a proportion of sand are mixed in all mixtures.
In einer anderen Ausführungsform werden alle sieben Mischungen in einem Mörtelmischer mit einer Gesamtmischzeit von 30 Minuten hergestellt, wobei das Mischen immer unter Laborbedingungen mit getrockneten, temperierten Zuschlagstoffen und Pulvermaterialien erfolgt.In another embodiment, all seven mixtures are prepared in a mortar mixer with a total mixing time of 30 minutes, mixing always taking place under laboratory conditions with dried, tempered aggregate and powder materials.
In einer anderen Ausführungsform wird die Raumtemperatur während des Mischens, Prüfens und Betonierens des ultrahochfesten Betons bei 24 °C gehalten.In another embodiment, room temperature is maintained at 24°C during mixing, testing and pouring of the ultra high performance concrete.
In einer anderen Ausführungsform wird das Mischen bis zur Umwandlung des Granulats fortgesetzt, was vorzugsweise 10 Minuten dauert.Alternatively, mixing is continued until the granules are transformed, which preferably takes 10 minutes.
In einer anderen Ausführungsform werden die Sandgewichtsfraktionen vorzugsweise aus 70 % Sand der Körnung 2.36 mm - 600 µm und 30 % Sand der Körnung 600 µm - 90 µm ausgewählt.In another embodiment, the sand weight fractions are preferably selected from 70% sand with a grain size of 2.36 mm-600 μm and 30% sand with a grain size of 600 μm-90 μm.
In einer anderen Ausführungsform sind die Nano-Al2O3-Teilchen aus einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20-30 nm und einer spezifischen Oberfläche von 180 m2/g ausgewählt.In another embodiment, the nano Al2O3 particles are selected from an average particle size of 20-30 nm and a specific surface area of 180 m 2 /g.
Ziel der vorliegenden Offenlegung ist es, die Informationslücke hinsichtlich der Auswirkungen des Ersatzes von Nano-Al2O3-Teilchen auf die Frischbetonrheologie, die mechanischen Eigenschaften, die Dauerhaftigkeitseigenschaften und die Widerstandsfähigkeit gegen aggressive chemische Angriffe wie den Angriff durch organische Säuren, anorganische Säuren, Chloride, Sulfate, Alkalien und Meerwasser auf ultrahochfesten Beton zu schließen.The aim of the present disclosure is to fill the information gap regarding the effects of replacing nano-Al 2 O 3 particles on fresh concrete rheology, mechanical properties, durability properties and resistance to aggressive chemical attacks such as attack by organic acids, inorganic acids, Chlorides, sulphates, alkalis and sea water on ultra high performance concrete.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist die Verringerung des Verhältnisses von Kristallen zu C-S-H-Gel, wodurch die Wasseraufnahme im Beton tendenziell erhöht wird.Another object of the present disclosure is to reduce the ratio of crystals to CSH gel, which tends to increase water uptake in concrete.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein schnelles und kostengünstiges System zur Herstellung von ultrahochfestem Beton bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide a fast and inexpensive system for producing ultra high performance concrete.
Zur weiteren Verdeutlichung der Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gegeben, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu betrachten sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Figuren beschrieben und erläutert werden.In order to further clarify the advantages and features of the present disclosure, a more detailed description of the invention is provided by reference to specific embodiments that are illustrated in the accompanying figures. It is understood that these figures represent only typical embodiments of the invention and therefore should not be considered as limiting the scope of the invention. The invention will be described and illustrated with additional specificity and detail with the accompanying figures.
Figurenlistecharacter list
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Herstellung von ultrahochfestem Beton in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; -
2 zeigt die Ergebnisse eines Fließversuchs mit verschiedenen Betonmischungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; -
3 veranschaulicht die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Silikastaub, einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
4 zeigt die physikalischen und chemischen Eigenschaften von nano-Al2O3, einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
5 veranschaulicht die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Quarzpulvers, einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
6 veranschaulicht die physikalischen Eigenschaften Polypropylen-Faser, eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. -
7 veranschaulicht die Eigenschaften von Fließmitteln auf Polycarbonsäureetherbasis, einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und -
8 veranschaulicht die Mischungsverhältnisse von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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1 Figure 1 shows a block diagram of a system for producing ultra high performance concrete in accordance with an embodiment of the present disclosure; -
2 Figure 12 shows the results of a flow test on various concrete mixes according to an embodiment of the present disclosure; -
3 illustrates the physical and chemical properties of silica fume, an embodiment of the present disclosure. -
4 Figure 1 shows the physical and chemical properties of nano-Al 2 O 3 , an embodiment of the present disclosure. -
5 Figure 1 illustrates the physical and chemical properties of quartz powder, an embodiment of the present disclosure. -
6 illustrates the physical properties of polypropylene fiber, an embodiment of the present disclosure. -
7 illustrates the properties of polycarboxylic acid ether based flow aids, an embodiment of the present disclosure; and -
8th illustrates the mixing ratios of embodiments of the present disclosure.
Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figuren nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Figuren nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.Those skilled in the art will understand that the elements in the figures are presented for simplicity and are not necessarily drawn to scale. For example, the flow charts illustrate the method of key steps to enhance understanding of aspects of the present disclosure. In addition, one or more components of the device may be represented in the figures by conventional symbols, and the figures only show the specific details relevant to understanding the embodiments of the present disclosure, not to encircle the figures with details to overload, which are easily recognizable to those skilled in the art familiar with the present description.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.For the purposes of promoting an understanding of the invention, reference will now be made to the embodiment illustrated in the figures and specific language will be used to describe the same. It should be understood, however, that no limitation on the scope of the invention is intended, and such alterations and further modifications to the illustrated system and such further applications of the principles of the invention set forth therein are contemplated as would occur to those skilled in the art invention would normally come to mind.
Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.Those skilled in the art will understand that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory of the invention and are not intended to be limiting.
Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.When this specification refers to "an aspect," "another aspect," or the like, it means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with the embodiment is present in at least one embodiment included in the present disclosure. Therefore, the phrases "in one embodiment," "in another embodiment," and similar phrases throughout this specification may or may not all refer to the same embodiment.
Die Ausdrücke „umfassen“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte einschließt, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.The terms "comprising,""including," or other variations thereof are intended to cover non-exclusive inclusion such that a method or method that includes a list of steps does not include only those steps includes, but may also contain other steps not expressly listed or pertaining to such a process or method. Likewise, any device or subsystem or element or structure or component preceded by "comprises...a" does not, without further limitation, exclude the existence of other devices or other subsystem or other element or other structure or other component or additional device or additional subsystems or additional elements or additional structures or additional components.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art to which this invention pertains. The system, methods, and examples provided herein are for purposes of illustration only and are not intended to be limiting.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.Embodiments of the present disclosure are described in detail below with reference to the attached figures.
In einer Ausführungsform wird ein Mörtelmischer 104 zum langsamen Mischen von Zement, Silikastaub, Quarzmehl und Sand für 5 Minuten verwendet, um die Trockenmischung herzustellen.In one embodiment, a
In einer Ausführungsform wird eine Mischkammer 106 mit einem Rührer zum automatischen Mischen von 60 % PCE mit 80 % Wasser und zur langsamen Zugabe zu der trockenen Mischung für die Umwandlung von Granulat verwendet, wobei die dispergierten Nano-Al2O3- Teilchen langsam 5 Minuten lang gemischt werden, wobei die verbleibenden 20 % des PCE der Mischung zugegeben und 5 Minuten lang bei hoher Geschwindigkeit gemischt werden, bis sich die Mischung in eine homogene Mischung umwandelt, wobei die Polypropylenfasern der Mischung langsam zugegeben und 5 Minuten lang gemischt werden, wobei das Mischen für einen weiteren Zeitraum von 5 Minuten fortgesetzt wird, um eine gute Dispersion der UHPC-Mischung zu erreichen.In one embodiment, a mixing
In einer Ausführungsform wird eine Form 108 zum Formen der UHPC-Mischung verwendet, wobei die Oberfläche mit den Kunststofffolien bedeckt wird, die die Oberfläche bedecken und 24 Stunden lang bei Labortemperatur aufbewahrt werden.In one embodiment, a
In einer Ausführungsform ist eine Behandlungskammer 110 zum Aushärten der entformten Proben mit normalem Wasser bei Raumtemperatur vorgesehen.In one embodiment, a
In einer anderen Ausführungsform wird das Wasser-Bindemittel-Verhältnis für alle Mischungen durchgehend auf 0,24 festgelegt, wobei die sieben Arten von UHPC-Mischungen in zwei Serien unterteilt werden, jede mit einer anderen Dosierung von Zement und Nanopartikeln, wobei der Zementgehalt insgesamt immer niedrig ist und 570.45 kg/m3.In another embodiment, the water-to-binder ratio is fixed at 0.24 for all mixes throughout, dividing the seven types of UHPC mixes into two series, each with a different dosage of cement and nanoparticles, with the total cement content always is low and 570.45 kg/m 3 .
In einer anderen Ausführungsform umfassen die sieben Arten von UHPC-Mischungen eine Kontrollmischung (CON-Mischung - ohne Nanopartikel), und die anderen sechs Mischungen werden mit unterschiedlichen Dosierungen von Nano-Al2O3-Teilchen hergestellt, die 0.5 % bis 3 % ersetzen, mit einer Steigerung von 0.5 %.In another embodiment, the seven types of UHPC blends include a control blend (CON blend - without nanoparticles), and the other six blends are made with different dosages of nano-Al 2 O 3 particles replacing 0.5% to 3% , with an increase of 0.5%.
In einer anderen Ausführungsform wird der Gehalt an Polypropylenfasern (PP) um 0.4 % zum Volumen des Betons hinzugefügt.In another embodiment, the polypropylene fiber (PP) content is added by 0.4% to the volume of the concrete.
In einer anderen Ausführungsform werden vorzugsweise 171.20 kg/m3 Silicastaub, 245.28 kg/m3 Quarzmehl und 1245.38 kg/m3 Wasser mit Sandanteil in allen Mischungen gemischt.In another embodiment, preferably 171.20 kg/m 3 silica fume, 245.28 kg/m 3 quartz flour and 1245.38 kg/m 3 water with a proportion of sand are mixed in all mixtures.
In einer anderen Ausführungsform werden alle sieben Mischungen in einem Mörtelmischer 104 mit einer Gesamtmischzeit von 30 Minuten hergestellt, wobei das Mischen immer unter Laborbedingungen mit getrockneten, temperierten Zuschlagstoffen und Pulvermaterialien erfolgt.In another embodiment, all seven mixes are prepared in a
In einer anderen Ausführungsform wird die Raumtemperatur während des Mischens, Prüfens und Betonierens des ultrahochfesten Betons bei 24 °C gehalten.In another embodiment, room temperature is maintained at 24°C during mixing, testing and pouring of the ultra high performance concrete.
In einer anderen Ausführungsform wird das Mischen bis zur Umwandlung des Granulats fortgesetzt, was vorzugsweise 10 Minuten dauert.Alternatively, mixing is continued until the granules are transformed, which preferably takes 10 minutes.
In einer anderen Ausführungsform werden die Sandgewichtsfraktionen vorzugsweise aus 70 % Sand der Körnung 2.36 mm - 600 µm und 30 % Sand der Körnung 600 µm - 90 µm ausgewählt.In another embodiment, the sand weight fractions are preferably selected from 70% sand with a grain size of 2.36 mm-600 μm and 30% sand with a grain size of 600 μm-90 μm.
In einer anderen Ausführungsform sind die Nano-Al2O3 Partikel ausgewählt aus einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20-30 nm und einer spezifischen Oberfläche von 180 m2/g.In another embodiment, the nano-Al 2 O 3 particles are selected from a average particle size of 20-30 nm and a specific surface area of 180 m 2 / g.
Materialienmaterials
Zement, Nano-Al2O3, Silikastaub, Quarzmehl, Sand, Fließmittel auf Polycarboxylat-Ether-Basis, Polypropylenfasern und Trinkwasser werden zur Herstellung des Ultrahochleistungsbetons verwendet.Cement, nano-Al 2 O 3 , silica fume, quartz flour, sand, polycarboxylate ether-based superplasticizer, polypropylene fibers and drinking water are used to produce the ultra-high performance concrete.
Zementcement
Zur Bestätigung der IS 12269-2013 wird gewöhnlicher Portlandzement der Klasse 53 verwendet. Konsistenz, spezifisches Gewicht, Anfangs- und Endabbindezeit, Festigkeit, Feinheit und Druckfestigkeit des Zements liegen bei 31 %, 3.12, 45 min, 265 min, 0.6 mm, 311.7 m2/ kg bzw. 57.02 MPa.Class 53 ordinary Portland cement is used to confirm IS 12269-2013. Consistency, specific gravity, initial and final setting time, strength, fineness and compressive strength of the cement are 31%, 3.12, 45 min, 265 min, 0.6 mm, 311.7 m 2 / kg and 57.02 MPa, respectively.
Feine GesteinskörnungFine aggregate
Der lokal verfügbare Flusssand wird als feiner Zuschlagstoff verwendet und hat eine Schüttdichte, ein spezifisches Gewicht und eine Wasseraufnahme von 1620 kg/m3, 2.65 bzw. 0.55 %, geprüft nach IS 2386 - Teil 1. Die Sandgewichtsfraktionen von 70 % des Sandes mit einer Korngröße von 2.36 mm - 600 µm und 30 % des Sandes mit einer Korngröße von 600 µm - 90 µm werden für diese Untersuchung verwendet, um eine höhere Packungsdichte der Mischung zu erreichen.The locally available river sand is used as a fine aggregate and has a bulk density, specific gravity and water absorption of 1620 kg/m 3 , 2.65 and 0.55% respectively, tested according to IS 2386 - Part 1. The sand weight fractions of 70% of the sand with a Grain size of 2.36 mm - 600 µm and 30% of the sand with a grain size of 600 µm - 90 µm are used for this study in order to achieve a higher packing density of the mixture.
Silikatstaubsilicate dust
Es wird der handelsübliche verdichtete Silikastaub des Typs Elkem Microsilica® 940 verwendet, der der IS 15388: 2003 entspricht.The commercially available compressed silica fume of the type Elkem Microsilica® 940, which conforms to IS 15388: 2003, is used.
Nano - Al2O3 Nano - Al2O3
Nano-Al2O3 Partikel haben eine durchschnittliche Partikelgröße von 20-30 nm und eine spezifische Oberfläche von 180 m2/g.
Quarzpulverquartz powder
Das Quarzpulver hat eine durchschnittliche Partikelgröße von 19 µm. Die vom Hersteller angegebenen physikalischen und chemischen Eigenschaften des Quarzpulvers sind in
Polypropylen-FaserPolypropylene fibre
Es werden Polypropylenfasern verwendet, die der Norm BS EN 14889-2: 2006 entsprechen. Die physikalischen Eigenschaften von Polypropylenfasern sind in
Fließmittelflow agent
Aramex 400, ein modifiziertes Fließmittel der neuen Generation auf Basis von Polycarbonsäureether, wird verwendet, und seine Eigenschaften sind in
WasserWater
Das im Labor verfügbare Trinkwasser wird gemäß IS 456-2000 für das Gießen und Aushärten der Betonproben verwendet.The potable water available in the laboratory is used for pouring and curing of the concrete samples according to IS 456-2000.
Mischungsverhältnismixing ratio
Da es keinen Design-Code für das Mischungsdesign von UHPC gibt, wird die UHPC-Mischung entsprechend der Literatur optimiert und gemäß den Anforderungen von ASTM C1856/C1856M-17 hergestellt. Auf der Grundlage der Laborversuche wurden insgesamt sieben UHPC-Mischungen optimiert, die in
Alle sieben Mischungen werden in einem Mörtelmischer mit einer Gesamtmischzeit von 30 Minuten hergestellt. Außerdem wird das Mischen immer unter Laborbedingungen mit getrockneten, temperierten Zuschlägen und pulverförmigen Materialien durchgeführt. Die Raumtemperatur während des Mischens, Prüfens und Betonierens beträgt 24 °C. Das Misch-, Gieß- und Aushärteverfahren wird wie nachstehend beschrieben durchgeführt:
- Die Nano-Al2O3-Partikel werden in 20 % PCE und 20 % Wasser mit Hilfe einer Badbeschallungstechnik für 30 Minuten dispergiert.
- The nano-Al 2 O 3 particles are dispersed in 20% PCE and 20% water using a bath sonication technique for 30 minutes.
Zement, Silikastaub, Quarzmehl und Sand werden in einen Mörtelmischer gegeben und 5 Minuten lang langsam gemischt.Cement, silica fume, quartz flour and sand are placed in a mortar mixer and mixed slowly for 5 minutes.
60 % PCE werden mit 80 % Wasser gemischt und langsam zu der trockenen Mischung hinzugefügt. Das Mischen wird bis zur Umwandlung des Granulats fortgesetzt (etwa 10 Minuten).60% PCE is mixed with 80% water and slowly added to the dry mixture. Mixing is continued until the granules are transformed (about 10 minutes).
Nach der Bildung des Granulats wird die Mischung aus dispergierten Nano-Al2O3-Partikeln langsam zugegeben und weitere 5 Minuten gemischt. Anschließend werden die restlichen 20 % des PCE zu der Mischung gegeben und 5 Minuten lang mit hoher Geschwindigkeit gemischt, bis sich die Mischung in ein homogenes Gemisch verwandelt hat.After the formation of the granules, the mixture of dispersed nano-Al 2 O 3 particles is slowly added and mixed for another 5 minutes. Then the remaining 20% of the PCE is added to the mixture and mixed at high speed for 5 minutes until the mixture turns into a homogeneous mixture.
Dann werden der Mischung langsam Polypropylenfasern zugegeben und 5 Minuten lang gemischt. Danach wird das Mischen für weitere 5 Minuten fortgesetzt, um eine gute Dispersion der UHPC-Mischung zu erreichen.Polypropylene fibers are then slowly added to the mixture and mixed for 5 minutes. Thereafter, mixing is continued for another 5 minutes to achieve good dispersion of the UHPC mixture.
Die hergestellte UHPC-Mischung wird teilweise für Frischbetontests verwendet. Der restliche Beton wird in Formen gefüllt, wobei die Oberfläche mit Kunststofffolien abgedeckt und 24 Stunden lang bei Labortemperatur gelagert wird.The manufactured UHPC mixture is partly used for fresh concrete tests. The remaining concrete is poured into molds with the surface covered with plastic sheeting and left at laboratory temperature for 24 hours.
Danach werden die entformten Probekörper in normalem Wasser bei Raumtemperatur ausgehärtet.Thereafter, the demolded specimens are cured in normal water at room temperature.
Prüfung des Betonstesting of the concrete
Gemäß den ACI-, ASTM-, BS- und IS-Standardverfahren werden die rheologischen Eigenschaften, die mechanischen Eigenschaften, die mikrostrukturellen Eigenschaften, die Dauerhaftigkeitseigenschaften und der aggressive chemische Angriff von UHPC getestet.According to ACI, ASTM, BS and IS standard methods, UHPC is tested for rheological properties, mechanical properties, microstructural properties, durability properties and aggressive chemical attack.
Frischbetoneigenschaftenfresh concrete properties
Mit einem Minislip-Kegel wird das Fließverhalten der frischen Betonmischung gemäß ASTM C1437-07 gemessen. Die frisch zubereitete Betonmischung wird in den Minisinkenkonus mit einem unteren Durchmesser von 100 mm, einem oberen Durchmesser von 70 mm und einer Höhe von 50 mm gefüllt. Die Betonmischung wird in einer einzigen Schicht ohne Verdichtung eingefüllt, wie es die ASTM 1856/C1856-17 vorschreibt. Dann wird der Kegel langsam angehoben, so dass der Beton fließen kann. Die größte Breite der Betonausbreitung wird als d1 notiert, dann wird d2 im rechten Winkel zu d1 gemessen. Der Fließwert (f) des Frischbetons wird mit Gleichung 1 berechnet.
Forscher haben berichtet, dass die mit Nano-Aluminiumoxid-Partikeln gemischten Betonmischungen niedrige Setzwerte und eine geringe Verarbeitbarkeit aufweisen. Der Ersatz von Zement durch Nano-Aluminiumoxid-Partikel erhöht den Wasserbedarf aufgrund der Vergrößerung der Oberfläche. Die Zugabe von Nano-Al2O3-Teilchen hat jedoch die Fließfähigkeit der Mischung erhöht, so dass sie verarbeitbarer und leichter einzubringen ist, und zwar in allen Mischungen mit Nano-Al2O3-Teilchen. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die gute Dispersion der Nano-Al2O3-Teilchen die Fließspannung und Viskosität der Mischung verringert hat, was zu einer Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Frischbetons führt.Researchers have reported that the concrete mixes mixed with nano-alumina particles have low slump values and poor workability. Replacing cement with nano-alumina particles increases water requirements due to the increase in surface area. However, the addition of nano-Al 2 O 3 particles has increased the fluidity of the mixture, making it more workable and easier to incorporate in all mixtures with nano-Al 2 O 3 particles. This may be due to the fact that the good dispersion of the nano-Al 2 O 3 particles reduced the yield stress and viscosity of the mix, leading to an improvement in the workability of the fresh concrete.
Auswirkungen von Nano-Al2O3-Partikeln auf die mechanischen Eigenschaften von UHPCEffects of nano-Al 2 O 3 particles on the mechanical properties of UHPC
Die Ergebnisse und Diskussionen der Auswirkungen von Nano-Al2O3-Teilchen auf die mechanischen Eigenschaften von UHPC, die anhand der Druckfestigkeit, Biegefestigkeit, Spaltzugfestigkeit, des Elastizitätsmoduls, der Ultraschall-Impulsgeschwindigkeit und der Dichte des ausgehärteten Betons untersucht wurden, werden in diesem Abschnitt erläutert.The results and discussion of the effects of nano-Al 2 O 3 particles on the mechanical properties of UHPC studied by compressive strength, flexural strength, splitting tensile strength, Young's modulus, ultrasonic pulse velocity and density of the cured concrete are presented in this section explained.
Die Druckfestigkeit der Probekörper wurde gemäß ASTM C109/C10M - 07 im Alter von 1, 3, 7, 14, 28 und 56 Tagen geprüft. Die Auswirkung des Ersatzes von Nano-Al2O3-Partikeln auf die Druckfestigkeit und den Prozentsatz der Festigkeitssteigerung. Es konnte festgestellt werden, dass die minimale Druckfestigkeit der Kontrollmischung 55.05 MPa, 71.28 MPa, 91.41 MPa, 103.32 MPa, 122.65 MPa und 129.57 MPa im Alter von 1, 3, 7, 14, 28 und 56 Tagen beträgt. Die Druckfestigkeit von UHPC steigt jedoch in jedem Fall mit dem prozentualen Anteil an Nano-Al2O3-Partikeln und ist höher als die Festigkeit der Kontrollmischung. Die höchste Druckfestigkeit der 2.0 AL-Mischung beträgt 67.65 MPa, 83.57 MPa, 113.28 MPa, 126.13 MPa, 155.59 MPa und 161.92 MPa im Alter von 1, 3, 7, 14, 28 und 56 Tagen. Der 2% ige Ersatz von Al2O3-Teilchen hat sich als optimal für die Effizienz und den wirtschaftlichen Aspekt erwiesen und die Druckfestigkeit um 22.89%, 17.24%, 23.93%, 22.09%, 26.86% und 24.97% nach 1, 3, 7, 14, 28 und 56 Tagen im Vergleich zur Kontrollmischung erhöht.The compressive strength of the specimens was tested according to ASTM C109/C10M - 07 at 1, 3, 7, 14, 28 and 56 days. The effect of replacing nano-Al 2 O 3 particles on compressive strength and strength increase percentage. The minimum compressive strength of the control mixture was found to be 55.05 MPa, 71.28 MPa, 91.41 MPa, 103.32 MPa, 122.65 MPa and 129.57 MPa at 1, 3, 7, 14, 28 and 56 days of age. However, in any case, the compressive strength of UHPC increases with the percentage of nano-Al 2 O 3 particles and is higher than the strength of the control mixture. The highest compressive strength of the 2.0 AL compound is 67.65 MPa, 83.57 MPa, 113.28 MPa, 126.13 MPa, 155.59 MPa and 161.92 MPa at 1, 3, 7, 14, 28 and 56 days aged. The 2% replacement of Al2O3 particles proved to be optimal for the efficiency and the economic aspect and the compressive strength increased by 22.89%, 17.24%, 23.93%, 22.09%, 26.86% and 24.97% after 1, 3, 7, 14 , 28 and 56 days compared to the control mixture.
Diese Festigkeitsverbesserung ist hauptsächlich auf die Füllwirkung und die puzzolanische Reaktivität der Nano-Al2O3-Partikel zurückzuführen. Die Nano-Al2O3-Teilchen wirken als dynamische reaktive Substanz bei der Anordnung der Keime während der C-S-H-Gelbildung und fördern den Hydratationsprozess, was zu einer Verfeinerung der Poren und einer Verdichtung des Gefüges führt. Darüber hinaus hat das Nano-Al2O3-Teilchen den Abstand zwischen Zementkörnern und SCM-Teilchen verringert, wodurch die Zementmatrix ein homogeneres und kompakteres Gefüge aufweist. Infolgedessen erhöhte sich die Druckfestigkeit in den ersten Jahren rasch und nahm später mit zunehmender Aushärtungsdauer allmählich zu.This improvement in strength is mainly due to the filling effect and the pozzolanic reactivity of the nano-Al 2 O 3 particles. The nano-Al 2 O 3 particles act as a dynamic reactive substance in nucleation assembly during CSH gelation and promote the hydration process, resulting in pore refinement and microstructure densification. In addition, the nano-Al 2 O 3 particle has reduced the distance between cement grains and SCM particles, giving the cement matrix a more homogeneous and compact structure. As a result, the compressive strength increased rapidly in the early years and later gradually increased with increasing curing time.
Biegefestigkeitflexural strength
Die Biegefestigkeit der Prismenproben wird gemäß ASTM C 348 - 02 geprüft. Die Biegefestigkeit erhöht sich mit dem prozentualen Anteil der Nano-Al2O3-Partikel in der Mischung. Es wurde festgestellt, dass sich der Ersatz von Zement durch Nano-Al2O3-Partikel ähnlich verhält wie die Druckfestigkeit. Die Testergebnisse zeigen, dass die niedrigste Biegefestigkeit in der Kontrollmischung 8.55 MPa, 12.36 MPa und 19.02 MPa nach 7, 14 bzw. 28 Tagen beträgt. Die höchste Biegefestigkeit wurde jedoch bei der 2.0 AL-Mischung mit 11.57 MPa, 18.29 MPa und 22.52 MPa im Alter von 7, 14 bzw. 28 Tagen festgestellt. Der Anteil von 2% Nano-Al2O3-Partikeln erhöht die Biegefestigkeit um 35.32%, 47.98% und 18.40% nach 7, 14 und 28 Tagen im Vergleich zur Kontrollmischung.The flexural strength of the prism samples is tested according to ASTM C 348 - 02. The flexural strength increases with the percentage of nano-Al 2 O 3 particles in the mixture. It was found that replacing cement with nano-Al 2 O 3 particles behaves similarly to compressive strength. The test results show that the lowest flexural strength in the control mix is 8.55 MPa, 12.36 MPa and 19.02 MPa after 7, 14 and 28 days, respectively. However, the highest flexural strength was observed for the 2.0 AL compound at 11.57 MPa, 18.29 MPa, and 22.52 MPa at 7, 14, and 28 days of age, respectively. The proportion of 2% nano-Al 2 O 3 particles increased the flexural strength by 35.32%, 47.98% and 18.40% after 7, 14 and 28 days compared to the control mixture.
Es wurde festgestellt, dass der Ersatz von Nano-Al2O3-Teilchen die Biegefestigkeit von UHPC-Proben verbesserte, was auf die puzzolanische Reaktion und die Füllstoffeffekte der Nano-Al2O3-Teilchen zurückzuführen sein könnte. Die Nano-Al2O3-Teilchen haben die Poren gefüllt, insbesondere die porösen Portlanditkristalle, die sich in der Übergangszone zwischen den Zementkörnern und dem SCM in der Zementmischung befinden. Diese Steigerung der Leistungsfähigkeit ist auf das Vorhandensein von Nano-Al2O3-Partikeln zurückzuführen, die die Rissbildung und die Verriegelung zwischen den Gleitebenen verhindern, was zu einer Verbesserung der Biegefestigkeit von UHPC führt.It was found that the replacement of nano-Al 2 O 3 particles improved the flexural strength of UHPC samples, which could be due to the pozzolanic reaction and the filler effects of the nano-Al 2 O 3 particles. The nano-Al 2 O 3 particles have filled the pores, particularly the porous portlandite crystals, located in the transition zone between the cement grains and the SCM in the cement mix. This increase in performance is due to the presence of nano-Al 2 O 3 particles that prevent cracking and locking between slip planes, resulting in an improvement in the flexural strength of UHPC.
Spaltzugfestigkeitcleavage strength
Die Spaltzugfestigkeit wird gemäß IS 5816 - 1999 geprüft. Die Spaltzugfestigkeit der UHPC-Proben im Alter von 7, 14 und 28 Tagen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kontrollmischung die niedrigste Spaltzugfestigkeit von 4.06 MPa, 5.12 MPa und 8.52 MPa nach 7, 14 bzw. 28 Tagen erreicht. Die Spaltzugfestigkeit von UHPC erhöht sich mit dem Anteil an Nano-Al2O3-Partikeln. Auch diese Ergebnisse stimmen mit den Ergebnissen der Druckfestigkeit überein, wobei die höheren Spaltzugfestigkeiten bei den mit Nano-Al2O3-Partikeln versetzten UHPC-Mischungen festgestellt wurden. Die höchste Spaltzugfestigkeit wurde jedoch in der 2.0 AL-Mischung mit 6.05 MPa, 8.90 MPa und 10.23 MPa bei einem Alter von 7, 14 bzw. 28 Tagen festgestellt. Der Ersatz von 2% Nano-Al2O3-Partikeln verbesserte die Spaltzugfestigkeit um 49.01%, 73.83% und 20.07% im Alter von 7, 14 und 28 Tagen.Splitting strength is tested according to IS 5816 - 1999. The cleavage strength of the UHPC samples aged 7, 14 and 28 days. The results show that the control mix achieved the lowest splitting strengths of 4.06 MPa, 5.12 MPa and 8.52 MPa after 7, 14 and 28 days, respectively. The cleavage strength of UHPC increases with the proportion of nano-Al 2 O 3 particles. These results are also consistent with the compressive strength results, with the higher cleavage tensile strengths being noted for the UHPC blends mixed with nano-Al 2 O 3 particles. However, the highest splitting strength was observed in the 2.0 AL compound at 6.05 MPa, 8.90 MPa and 10.23 MPa at 7, 14 and 28 days of age, respectively. Replacement of 2% nano-Al 2 O 3 particles improved splitting strength by 49.01%, 73.83% and 20.07% at 7, 14 and 28 days of age.
Die Verbesserung der Spaltzugfestigkeit ist hauptsächlich auf den schnellen Verbrauch von Ca(OH)2 zurückzuführen, das während des Hydratationsprozesses, insbesondere in den ersten Jahren, mit Nano-Al2O3-Teilchen ein C-S-H-Gel gebildet hat. Dadurch wird die Interkonnektivität der Poren aufgrund der höheren Reaktivität und der geringeren Größe der Nano-Al2O3-Partikel verringert. Folglich wurde die Hydratation beschleunigt 0 20 40 60 80 7d 14 d 28 d Prozentualer Festigkeitszuwachs (%) Alter (Tage) 0.5 AL 1.0 AL 1.5 AL 2.0 AL 2.5 AL 3.0 AL Prozess, der ein größeres Volumen an Reaktionsprodukten und eine dichtere Mikrostruktur bildete.The improvement in cleavage strength is mainly due to the rapid consumption of Ca(OH) 2 , which formed a CSH gel with nano-Al 2 O 3 particles during the hydration process, especially in the early years. This reduces the interconnectivity of the pores due to the higher reactivity and smaller size of the nano-Al 2 O 3 particles. Consequently, the hydration was accelerated 0 20 40 60 80 7d 14d 28d Percent Strength Gain (%) Age (days) 0.5 AL 1.0 AL 1.5 AL 2.0 AL 2.5 AL 3.0 AL process forming a larger volume of reaction products and a denser microstructure.
Wasseraufnahmewater absorption
Die Wasseraufnahme von UHPC-Mischungen wird gemäß ASTM C 642 - 06 getestet. Die Wasseraufnahme von UHPC-Proben, die Nano-Al2O3-Partikel in verschiedenen Verhältnissen enthalten. Die maximale Wasseraufnahme in der Kontrollmischung beträgt 0.66 % und 0.54 % nach 28 bzw. 56 Tagen. Die minimale Wasseraufnahme der 2.0 AL-Mischung beträgt hingegen 0.53 % und 0.42 % im Alter von 28 bzw. 56 Tagen. Die minimale Wasseraufnahme des Betons ist ein Zeichen für die geringe Porengröße der Mischung. Die Ergebnisse bestätigen, dass der Ersatz von Nano-Al2O3-Partikeln die Wasseraufnahme von UHPC deutlich reduziert hat. Die Zugabe von 2% Nano-Al2O3-Partikeln verringerte die Wasseraufnahme um 22.22% im Vergleich zur Kontrollmischung. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Nano-Al2O3-Teilchen die Hohlräume in der Mischung füllen, da die Nano-Al2O3-Teilchen die Mikrostruktur der UHPC-Matrix verdichten; dies führt zu einem Rückgang der Wasseraufnahme in der Mischung. Wenn der Gehalt an Nano-Al2O3-Teilchen auf mehr als 2 % erhöht wird, steigt der Absorptionswert, jedoch sind diese Wasserabsorptionswerte immer noch niedriger als die der Kontrollprobe. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass sich der Abstand zwischen den Nanopartikeln bei höheren Konzentrationen verringert, was die Bildung von Ca(OH)2-Kristallen einschränkt. Infolgedessen verringert sich das Verhältnis von Kristallen zu C-S-H-Gel und die Wasseraufnahme im Beton nimmt tendenziell zu. Die puzzolanische Reaktion und die Füllwirkung der Nano-Al2O3-Partikel sowie das Aushärtungsalter des Betons spielen eine wichtige Rolle bei der Verringerung des Volumens der durchlässigen Hohlräume im Beton.The water absorption of UHPC blends is tested according to ASTM C 642 - 06. The water absorption of UHPC samples containing nano-Al 2 O 3 particles in different ratios. The maximum water uptake in the control mixture is 0.66% and 0.54% after 28 and 56 days, respectively. In contrast, the minimum water absorption of the 2.0 AL mixture is 0.53% and 0.42% at the age of 28 and 56 days, respectively. The minimal water absorption of the concrete is an indication of the small pore size of the mix. The results confirm that the replacement of nano-Al 2 O 3 particles significantly reduced the water absorption of UHPC. The addition of 2% nano-Al 2 O 3 particles reduced water uptake by 22.22% compared to the control mixture. This could be due to the nano-Al 2 O 3 particles filling the voids in the mixture as the nano-Al 2 O 3 particles densify the microstructure of the UHPC matrix; this leads to a decrease in water absorption in the mixture. If the content of nano-Al 2 O 3 particles is increased to more than 2%, the absorption value increases, but these are water-ab sorption values still lower than those of the control sample. This could be due to the fact that the distance between the nanoparticles decreases at higher concentrations, which limits the formation of Ca(OH) 2 crystals. As a result, the ratio of crystals to CSH gel decreases and water absorption in the concrete tends to increase. The pozzolanic reaction and the filling effect of the nano-Al 2 O 3 particles and the hardening age of the concrete play an important role in reducing the volume of the permeable voids in the concrete.
Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können die Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.The figures and the preceding description give examples of embodiments. Those skilled in the art will understand that one or more of the elements described may well be combined into a single functional element. Alternatively, certain elements can be broken down into multiple functional elements. Elements from one embodiment may be added to another embodiment. For example, the order of the processes described herein may be changed and is not limited to the manner described herein. Additionally, the actions of a flowchart need not be performed in the order shown; Also, not all actions have to be carried out. Also, the actions that are not dependent on other actions can be performed in parallel with the other actions. The scope of the embodiments is in no way limited by these specific examples. Numerous variations are possible, regardless of whether they are explicitly mentioned in the description or not, e.g. B. Differences in structure, dimensions and use of materials. The scope of the embodiments is at least as broad as indicated in the following claims.
Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.Advantages, other benefits, and solutions to problems have been described above with respect to particular embodiments. However, the benefits, advantages, problem solutions, and components that can cause an advantage, benefit, or solution to occur or become more pronounced are not to be construed as a critical, required, or essential feature or component of any or all claims.
Bezugszeichenlistereference list
- 100100
- Ein System zur Vorbereitung von Ultra-Hochleistungen.A system for preparing ultra-high performance.
- 102102
- Sonicatorsonicator
- 104104
- Mörtelmischermortar mixer
- 106106
- Mischkammermixing chamber
- 108108
- Gießformmold
- 110110
- Behandlungskammertreatment chamber
Claims (10)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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-
2023
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