DE4009062A1 - CONCRETE MIX - Google Patents

CONCRETE MIX

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DE4009062A1
DE4009062A1 DE19904009062 DE4009062A DE4009062A1 DE 4009062 A1 DE4009062 A1 DE 4009062A1 DE 19904009062 DE19904009062 DE 19904009062 DE 4009062 A DE4009062 A DE 4009062A DE 4009062 A1 DE4009062 A1 DE 4009062A1
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cement
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DE19904009062
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Simon Antony Austin
Peter John Robins
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Abstract

In order to increase the resistance to high temperatures of concrete produced from a concrete mix, a proportion of the cement contained in the mix is replaced by ground granular blast furnace slag (GGBFS). Alternatively, in a pavement quality concrete mix containing naturally occurring aggregates of limestone and sand, a proportion of the naturally occurring aggregates is replaced by a pulverized fuel ash (PFA) in the form of a lightweight aggregate, so as to increase the resistance to high temperatures of concrete produced from the mix. The PFA may be incorporated into the mix in combination with naturally occuring sand and cement.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Material zur Herstellung eines Betonpflasters für eine Startbahn zum Starten und Landen von Flugzeugen, insbes. von Senkrechtstartern.The invention relates to an improved material for Production of a concrete paving for a runway to the Starting and landing of aircraft, especially of vertical take-offs.

Startbahnen für senkrecht startende Flugzeuge, die aus Beton hergestellt sind, sind ausgiebigen Testversuchen unterzogen worden, um die Beanspruchungen festzustellen, die von Senkrechtstartern beim Starten auf derartige Startbahnen ausgeübt werden. Diese Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß während des Startens eines Senkrechtstarters, z. B. eines Harrier-Jets der Beton der Startbahn Oberflächentemperaturen von bis zu 300-350°C erreicht. Die Abhebdauer für derartige Flugzeuge kann zwischen fünf Sekunden für einen erfahrenen Piloten und bis zu sieben Sekunden für einen weniger erfahrenen Piloten betragen. Untersuchungen des Schadens an der Oberfläche der Startbahn ergaben, daß die Zerstörung der Oberfläche solcher Startbahnen durch Aufbrechen aufgrund von Wärmeeinwirkung anstatt durch Beschädigung aufgrund von Witterungsbedingungen erfolgt. Aus einer Studie über die Einflüsse einer raschen Aufheizung von Beton auf hohe Temperaturen ergibt sich, daß zwei Vorgänge beim Aufbrechen des Betons miteinander gekoppelt sind.Runways for vertical take-offs made of concrete are subjected to extensive test trials been used to determine the stresses of Vertical starters when starting on such runways be exercised. These test results have shown that while starting a whiz, e.g. B. one Harrier jets the runway concrete surface temperatures reached up to 300-350 ° C. The withdrawal duration for such Airplanes can take between five seconds for an experienced Pilots and up to seven seconds for a less experienced Pilots. Investigations of the damage to the Surface of the runway revealed that the destruction of the Surface of such runways by breaking open due to Exposure to heat instead of damage due to Weather conditions occur. From a study on the Influences of rapid heating of concrete to high Temperatures result in two processes when breaking up of the concrete are coupled together.

Im einen Fall verdampft Feuchtigkeit innerhalb des Betons mit solcher Geschwindigkeit, daß die daraus resultierenden Drücke, die innerhalb des Betons erzeugt werden, das Material zerbrechen können.In one case, moisture evaporates with the concrete such a speed that the resulting Pressures created within the concrete, the material can break.

Im anderen Fall kann die unterschiedliche thermische Ausdehnung der Materialmatrix interne Beanspruchungen erzeugen, die bewirken, daß der Beton auseinandergesprengt wird. In the other case, the different thermal expansion of the material matrix generate internal stresses that cause the concrete to be blown apart.  

Im ersten Fall wird Wasser im abgebundenen Beton auf drei verschiedene Arten aufgenommen, nämlich alsIn the first case, water in the set concrete is reduced to three different types, namely as

  • (1) Wasser, das chemisch in den Zementhydraten kombiniert ist,(1) Water that chemically combines in the cement hydrates is
  • (2) Wasser, das im Gel von Zementkomponenten (d. h. in den Gelporen) absorbiert ist, und(2) Water contained in the gel of cement components (i.e. in the Gelporen) is absorbed, and
  • (3) Wasser in den Kapillarporen (üblicherweise als freies Wasser bezeichnet) der Zementmatrix.(3) water in the capillary pores (usually as free Water) of the cement matrix.

Der Einfluß zunehmender Temperatur auf unterschiedlichen Wassergehalt variiert, im allgemeinen kann jedoch davon ausgegangen werden, daß bei Erreichen von 100°C der größte Teil des freien Wassers sich in Dampf umwandelt, während das chemisch gebundene Wasser und das adsorbierte Wasser nicht verdampfen, bis höhere Temperaturen erreicht sind, wenn die Komponenten, in denen das Wasser gebunden ist, dissoziieren und dehydrieren.The influence of increasing temperature on different Water content varies, but in general can vary be assumed that the largest when 100 ° C is reached Part of the free water turns into steam while that chemically bound water and the adsorbed water not evaporate until higher temperatures are reached when the Components in which the water is bound dissociate and dehydrate.

Unterschiedliche thermische Expansion kann sich entweder aus unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten des Aggregats und der Zementpaste oder aus dem Temperaturgradienten durch den Beton ergeben, wenn die Temperatur der Oberfläche rasch ansteigt. In diesem Zusammenhang ergibt eine Untersuchung des Temperaturgradienten im Beton, der einer raschen Aufheizung der Oberfläche ausgesetzt ist, daß der Gradient sehr steil ist, und daß nur eine sehr dünne Oberflächenschicht des Materials (von höchstens einigen wenigen Millimetern) tatsächlich sehr hohe Temperaturen annimmt.Different thermal expansion can result from either different coefficients of thermal expansion of the Aggregate and the cement paste or from the temperature gradient revealed by the concrete when the temperature of the surface increases rapidly. In this context, a Investigation of the temperature gradient in the concrete, the one is exposed to rapid heating of the surface that the Gradient is very steep, and that only a very thin surface layer of the material (from a few at most Millimeters) actually takes on very high temperatures.

Gewöhnlicher Portland-Zement (OPC) besteht aus vier Hauptbestandteilen, nämlich Dikalziumsilikat (C₂S), Trikalziumsilikat (C₃S), Trikalziumaluminat (C₃A) und Tetrakalzium-Aluminoferrit (C₄AF), die hydrieren und Kalziumsilikathydrate plus Kalziumhydroxid, und Kalziumaluminathydrat (C₃AH₆) zusammen mit verschiedenen anderen Hydraten ergeben. Ordinary Portland cement (OPC) consists of four main components, namely dicalcium silicate (C₂S), tricalcium silicate (C₃S), tricalcium aluminate (C₃A) and tetrakalzium aluminoferrite (C₄AF) that hydrate and calcium silicate hydrates plus Calcium hydroxide, and calcium aluminate hydrate (C₃AH₆) together with various other hydrates.  

Beim Erhitzen verliert gewöhnlicher Portland-Zement (OPC) zunächst das Kapillarwasser bei etwa 100°C, und anschließend sein absorbiertes und kombiniertes Wasser in bestimmten höheren Temperaturbereichen, bevor schließlich ein wasserfreier Zustand erreicht wird, über den hinaus sich neue keramische Phasen bilden (bei Temperaturen von über 1000°C). Eine Betrachtung der differentiellen Thermoanalysekurven von hydrierten Zementmineralien ergibt, daß Ettringit (falls vorhanden) bei etwa 150-200°C dehydriert. Hydrogarnet (C₃AH₆), das Hydrat von Trikalziumaluminat und Tetrakalzium- Aluminoferrit, bricht bei etwa 350°C zusammen. Bei etwa 500°C bricht Kalziumhydroxid zusammen und bildet freien Kalk, und die Kalziumsilikathydrate verlieren ihr Wasser bei Temperaturen über 800°C. Es ist wesentlich, daß die Wasser abgebenden Reaktionen intermittierend auftreten, und dies kann zur Erzeugung der Rißbildung entscheidend sein. Die Bildung von Kalk bei der Dehydrierung von Kaliumhydroxid ist eine Schwachstelle der OPC-Paste bzw. -Breies, weil ein anschließendes Benetzen ein starkes Zerreißen aufgrund der hohen volumetrischen Expansion (44%) ergeben kann, wenn der Kalk in Kalziumhydroxid erneut hydriert. Obgleich ein OPC-Beton hohen Temperaturen bei einem ersten Erhitzen widerstehen kann, ist er ungeeignet für Anwendungsfälle, die Bedingungen mit einschließen, in denen das Material wiederholt erhitzt, abgekühlt und Feuchtigkeit ausgesetzt wird.Ordinary Portland cement (OPC) loses on heating first the capillary water at about 100 ° C, and then its absorbed and combined water in certain higher temperature ranges before finally becoming anhydrous State is reached beyond which there are new ones form ceramic phases (at temperatures above 1000 ° C). A look at the differential thermal analysis curves of hydrogenated cement minerals indicates that ettringite (if present) dehydrated at about 150-200 ° C. Hydrogarnet (C₃AH₆), the hydrate of tricalzium aluminate and tetrakalzium- Aluminoferrite, breaks down at about 350 ° C. At about 500 ° C breaks down calcium hydroxide and forms free Lime and the calcium silicate hydrates lose their water Temperatures above 800 ° C. It is essential that the water donor reactions occur intermittently, and this can be critical to creating cracking. The Formation of lime is in the dehydration of potassium hydroxide a weak point in the OPC paste or paste because a subsequent wetting a strong tearing due to the high volumetric expansion (44%) if the Lime in calcium hydroxide hydrogenated again. Although a OPC concrete high temperatures when heated for the first time can withstand, it is unsuitable for use cases that Include conditions where the material repeats heated, cooled and exposed to moisture.

Die Hauptkomonente von Tonerdezement (HAC) ist Monokalzium- Aluminat (CA) zusammen mit kleinen Beträgen von C₁₂A₇ und anderen Komponenten abhängig von der Oxidzusammensetzung. Vereinfacht ausgedrückt hydriert CA und bildet CAH₁₀, C₂AH₈ und Tonerdegel (AH₃). Es ist kein Kalziumhydroxid vorhanden. Nun ist es bekannt, daß diese hexagonalen Hydrate metastabil sind und sich, insbesondere bei höheren Temperaturen und bei Vorhandensein von Feuchtigkeit, in das kubische Hydrat-Hydrogarnet (CAH₆) und Tonerdegel umwandeln. Molekulare Volumina der Umwandlungsprodukte sind kleiner als die der originalen Hydrate, so daß eine Umwandlung zu einer erhöhten Porosität und zu Festigkeitsverlust führt. Infolgedessen hat der Umwandlungsvorgang zu Problemen geführt, wenn HAC-Beton bei Baukonstruktionen verwendet worden ist.The main component of alumina cement (HAC) is mono-calcium Aluminate (CA) together with small amounts of C₁₂A₇ and other components depending on the oxide composition. In simple terms, CA hydrates and forms CAH₁₀, C₂AH₈ and alumina gel (AH₃). There is no calcium hydroxide. Now it is known that these hexagonal hydrates are metastable are and themselves, especially at higher temperatures and at Presence of moisture, in the cubic hydrate hydrogarnet (CAH₆) and alumina level. Molecular Volumes of the conversion products are smaller than that of the original hydrates, so that a conversion to an elevated  Porosity and loss of strength. As a result the conversion process led to problems when HAC concrete has been used in building constructions.

Beim Erhitzen verliert HAC-Paste auch ihr Kapillarwasser bei etwa 100°C. Zwischen Raumtemperatur und 300°C geht adsorbiertes Wasser verloren, und das Kalziumaluminat hydriert, und Aluminiumoxydgel bricht zusammen; dieser Vorgang ist üblicherweise bei etwa 400-500°C abgeschlossen. Im Unterschied zu OPC zerfallen die Hydrate in langsamerer und besser gesteuerter Weise und verursachen eine geringere innere Zerstörung. Es steht auch kein Kalziumhydroxid zur Verfügung, um möglicherweise destruktiven freien Kalk zu bilden. Bei sehr hohen Temperaturen (insbes. über 900°C) beginnt ein hitzebeständiger HAC-Beton wieder an Festigkeit zu gewinnen, wenn sich keramische Phasen innerhalb der Matrix ausbilden. Obgleich ein HAC-Beton beim Erhitzen widerstandsfähiger gegen Aufbrechen ist, was durch die Art und Weise, in der das Wasser verschwindet, und das Fehlen von freiem Kalk bedingt ist, kann der Nachteil bei baulichen Anwendungen auftreten, daß die Hydrate sich umwandeln und dadurch eine Festigkeitsverringerung auftritt.When heated, HAC paste also loses its capillary water about 100 ° C. Adsorbed is between room temperature and 300 ° C Lost water and hydrated the calcium aluminate, and alumina gel breaks down; this process is usually completed at around 400-500 ° C. in the Unlike OPC, the hydrates decay into slower and more controlled way and cause less internal destruction. Calcium hydroxide is also not available Available to potentially destructive free lime too form. At very high temperatures (especially above 900 ° C) a heat-resistant HAC concrete begins to regain strength win if there are ceramic phases within the matrix form. Although a HAC concrete is more resistant when heated against breaking up is what by the way in the water disappears and the lack of free lime is the disadvantage in structural applications occur that the hydrates transform and thereby a Strength reduction occurs.

Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Betonmischungen für Startbahnen für senkrecht startende Flugzeuge zu schaffen.The object of the invention is to provide improved concrete mixes for To create runways for vertically taking off aircraft.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein Anteil von Zement in einem ansonsten herkömmlichen Betongemisch von Pflasterqualität durch gemahlene, granulatförmige Hochofenschlacke (GGBFS) ersetzt wird, um den Widerstand des Betons gegen hohe Temperaturen zu erhöhen.According to the invention, this is achieved in that a Proportion of cement in an otherwise conventional concrete mix of pavement quality through ground, granular Blast furnace slag (GGBFS) is replaced to withstand the Increase concrete against high temperatures.

Bis zu 50% des Betongemisches kann durch das bevorzugte Material ersetzt werden, es wird jedoch ein Anteil von 40% an Austauschmaterial bevorzugt.Up to 50% of the concrete mix can go through the preferred Material will be replaced, however, it will account for 40% Exchange material preferred.

GGBFS wird normalerweise in Betonmischungen verwendet, um die Hydrationswärme in großen Eingüssen zu verringern und/oder den Widerstand des Materials gegen Sulfate im Boden zu vergrößern. Es ist interessant, festzustellen, daß ein selektives Ersetzen des Zementes durch GGBFS die Temperaturwiderstandsfestigkeit des Betons erhöht.GGBFS is normally used in concrete mixes to make the Reduce heat of hydration in large inlets and / or the resistance of the material to sulfates in the soil  enlarge. It is interesting to note that a selective replacement of the cement with GGBFS the temperature resistance of the concrete increased.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Widerstand eines Betongemisches von Pflasterqualität (PQC) dadurch verbessert, daß ein Teil der natürlich auftretenden Aggregate in der Mischung durch pulverisierte Brennstoffasche (PFA) ersetzt wird.According to a further embodiment of the invention Resistance of a pavement grade concrete mix (PQC) improved that part of the naturally occurring Aggregates in the mixture through powdered fuel ash (PFA) is replaced.

Die PFA kann die Form von Pellets annehmen, um große, in der Natur auftretende Aggregate zu ersetzen, die normalerweise bei dem PQC-Gemisch auftreten. Ein bevorzugtes Material ist das unter der Bezeichnung LYTAG von der Firma Booral Lytag Limited vertriebene Material.The PFA can take the form of pellets to large, in the Naturally occurring aggregates to replace that normally occur with the PQC mixture. A preferred material is that under the name LYTAG from the company Booral Lytag Limited material distributed.

Die Pellets können eine Nenngröße von etwa 10 mm aufweisen.The pellets can have a nominal size of about 10 mm.

Die Pellets können zu einem feinen Aggregat geringen Gewichtes gemahlen als Ersatz für Sand in dem PQC-Gemisch verwendet werden.The pellets can form a fine, light-weight aggregate ground used as a substitute for sand in the PQC mixture will.

Das bevorzugte PFA-Material ist das Abfallprodukt bei der Erzeugung von Elektrizität in Kohlekraftwerken; es wird pelletisiert und bei 1200°C gesintert, um harte, kugelförmige Knoten mit einem Porenverhältnis von 40% zu erzeugen.The preferred PFA material is the waste product at Generation of electricity in coal-fired power plants; it will pelletized and sintered at 1200 ° C to hard, spherical Create nodes with a pore ratio of 40%.

Das Material ist bisher als Aggregat geringen Gewichtes für Gußbetonstrukturen geringer Dichte verwendet worden und kann Baubeton mit Festigkeiten im Bereich bis zu 60 N/nm² ergeben. Es wurde bisher jedoch nicht erkannt, daß durch das Einbringen dieses Materials in eine Betonmischung das resultierende Material wesentlich widerstandsfähiger gegen Aufbrechen gemacht werden kann, wenn die Oberfläche hohen Temperaturen während des Startens eines Senkrechtstarters ausgesetzt wird.The material has so far been used as a lightweight unit Cast concrete structures of low density have been used and can Building concrete with strengths in the range up to 60 N / nm² result. However, it has not yet been recognized that the introduction the resulting this material into a concrete mix Material much more resistant to breaking open can be made when the surface is high temperature is suspended while starting a whiz.

Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird die Hochtemperatur-Widerstandsfestigkeit eines Betongemisches dadurch verbessert, daß grobes Aggregat geringen Gewichtes, wie es in Verbindung mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist, in Verbindung mit natürlichem Sand und Zement verwendet wird.According to a third embodiment of the invention, the High temperature resistance of a concrete mix improved by the fact that coarse aggregate of low weight,  as in connection with the second embodiment of the Invention is described in connection with natural sand and cement is used.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit den Daten beschrieben, die sich auf eine Reihe von Tests beziehen, welche durchgeführt wurden, um den Aufbrechwiderstand unterschiedlicher Betongemische zu bestimmen.In the following the invention is related to the data described that relate to a series of tests which were done to break up resistance to determine different concrete mixtures.

In einer ersten Stufe des Untersuchungsprogramms war es erforderlich, im einzelnen die möglichen Mechanismen zu prüfen, die beim Aufbrechen vorliegen, um alternative Mischformen mit der Möglichkeit eines verbesserten Aufbrechwiderstandes zu identifizieren. Es scheint sehr wenig zugängliche Informationen zu diesem Problem zu geben, weil OPC-Zemente normalerweise nicht für Hochtemperatur/Aufbrechvorgänge eingesetzt werden. Verwandt mit diesem Problem ist jedoch das Verhalten von zementartigen Materialien in hitzebeständigen Anwendungsfällen (wenn OPC-Beton nicht verwendet werden) und auch das Verhalten von Baubeton nach Feuerschäden.It was in a first stage of the investigation program necessary, in detail the possible mechanisms check that exist at breakup for alternative Mixed forms with the possibility of an improved breaking resistance to identify. It seems very little to give accessible information about this problem because OPC cements are not normally used for high temperature / cracking operations be used. Is related to this problem however the behavior of cementitious materials in heat-resistant applications (if OPC concrete is not ) and also the behavior of building concrete Fire damage.

Es gibt zwei mögliche Fälle des Aufbrechens von Beton, bedingt durch rasches Erhitzen. Im einen Fall kann sich Feuchtigkeitsdampf innerhalb der Matrix mit solcher Geschwindigkeit aufbauen, daß die daraus resultierenden Drücke den Beton zerbrechen. In einem abgebundenen Zement kann Wasser auf drei verschiedene Arten enthalten sein, nämlich alsThere are two possible cases of concrete cracking, due to rapid heating. In one case it can Moisture vapor within the matrix at such a rate build up that the resulting pressures the Breaking concrete. In a set cement, water can in three different ways, namely as

  • (1) Wasser, das in den Zementhydraten gebunden ist,(1) water bound in the cement hydrates,
  • (2) Wasser, das im Gel von Zementkomponenten adsorbiert ist (d. h. in den Gelporen), und(2) Water adsorbed in the gel by cement components (i.e. in the gel pores), and
  • (3) Wasser in den kapillaren Poren der Zementmatrix (als freies Wasser bezeichnet).(3) water in the capillary pores of the cement matrix (as called free water).

Während der Einfluß sich erhöhender Temperatur auf diese unterschiedlichen Formen von Wasser komplex ist, läßt sich sagen, daß generell das Kapillarwasser sich bei etwa 100°C in Dampf umwandelt und die kombinierten Wasserformen (chemisch gebunden und adsorbiert) Feuchtigkeitsdampf bei höheren Temperaturen bilden, und zwar abhängig von der Temperatur, bei der die verschiedenen Komponenten dehydrieren.While the influence of increasing temperature on this different forms of water can be complex say that generally the capillary water is around 100 ° C converted into steam and the combined water forms (chemical  bound and adsorbed) moisture vapor at higher Form temperatures, depending on the temperature, where the various components dehydrate.

Der zweite Fall betrifft die unterschiedliche thermische Expansion der Matrix, die den Beton zum Bersten bringt. Diese differentielle Bewegung kann das Ergebnis entweder unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten des Aggregates und der Zementpaste (Zementbrei) oder das Resulat des Temperaturgradienten durch den Beton sein, wenn die Oberfläche rasch erhitzt wird; früher durchgeführte Arbeiten haben bereits gezeigt, daß nur die oberen wenigen Millimeter diesen sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind.The second case concerns the different thermal Expansion of the matrix that causes the concrete to burst. These differential movement can be either different coefficient of thermal expansion of the Aggregates and the cement paste (cement paste) or the result of the temperature gradient through the concrete if the Surface is heated quickly; previous work have already shown that only the top few millimeters are exposed to these very high temperatures.

Der Widerstand von Beton gegen diese beiden Mechanismen hängt eindeutig von vielen Faktoren ab. Bezogen auf durch Wasserdampf induzierte Fehler kommen in Frage der Wassergehalt des Gemisches, die chemischen Komponenten der Hydration und die Temperatur, mit der sie dehydrieren, die Permeabilität der Matrix, der Feuchtigkeitsgehalt des Betons und die Festigkeit des Betons. Bezogen auf den zweiten Mechanismus sind es die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien, ihre thermische Leitfähigkeit und wiederum die Festigkeit des Betons.The resistance of concrete to these two mechanisms depends clearly depends on many factors. Related to water vapor induced errors come into question the water content of the Mixture, the chemical components of hydration and the Temperature at which they dehydrate, the permeability of the Matrix, the moisture content of the concrete and the strength of the concrete. In relation to the second mechanism, they are thermal expansion coefficient of the materials, their thermal conductivity and in turn the strength of the Concrete.

Um zu versuchen, den Widerstand gegen Aufbrechen des OPC- Betongemisches mit Pflasterqualität zu erhöhen, wurden eine Reihe von Optionen geprüft:To try to break open the OPC Increasing concrete mix with pavement quality has been one Set of options checked:

  • (i) Das freie Wasser in dem gehärteten Beton wurde dadurch reduziert, daß das Wasser/Zement-Verhältnis der Mischung verringert wurde (unter Verwendung eines Super-Weichmachers);(i) The free water in the hardened concrete became thereby reduces the water / cement ratio of the Mixture was reduced (using a Super plasticizer);
  • (ii) Erhöhen der Permeabilität des Betons (unter Verwendung eines grobkörnigeren Zements) in einem Versuch, den beim Erhitzen gebildeten Wasserdampf leichter entweichen zu lassen; (ii) Increasing the permeability of the concrete (using of a coarser grain cement) in an attempt to Escaping water vapor more easily when heated allow;  
  • (iii) Ändern der Hydratkomponenten des Gemisches (unter Verwendung von zementersetzenden Materialien) und damit das Verhalten beim Erhitzen, und(iii) changing the hydrate components of the mixture (under Use of cement-replacing materials) and thus the behavior when heated, and
  • (iv) Reduzieren des Einflusses der unterschiedlichen thermischen Expansion im Beton (unter Verwendung von künstlichen Aggregaten, und zwar groben und/oder feinen).(iv) Reduce the influence of the different thermal expansion in concrete (using artificial aggregates, namely rough and / or fine).

Ferner wurde die Verwendung eines Zements mit hohem Aluminiumoxygehalt als Austausch für den Portlandzement in dem Standard-PQ-Betongemisch untersucht. Eine Weichmacher/Verzögerer- Beimischung wurde in dieser Mischung verwendet, um die Verarbeitungsdauer zu vergrößern, da eine frühzeitige Beeinträchtigung der Bearbeitbarkeit bekanntermaßen zu möglichen Problemen führt und ein einwandfreies Finish eines HAC-Betons verhindert wird.Furthermore, the use of a high alumina cement as an exchange for the Portland cement in the Standard PQ-concrete mix examined. A plasticizer / retarder Admixture was used in this mixture to make up the Increase processing time because of an early Impairment of workability is known to possible problems and a perfect finish of a HAC concrete is prevented.

ZementeCements

Es wurden bei dieser Untersuchung drei Zemente verwendet, nämlichThree cements were used in this study, namely

  • (i) gewöhnlicher Portland-Zement, der BS 12 entspricht,(i) ordinary Portland cement that complies with BS 12,
  • (ii) grober, gewöhnlicher Portland-Zement, der von der Fa. Castle Cement geliefert wird. Dieser Zement hat eine spezifische Oberfläche von etwa 280 m²/kg verglichen mit etwa 380 m²/kg für normalen Portland-Zement, und(ii) coarse, ordinary Portland cement manufactured by Castle cement is delivered. This cement has one specific surface area of about 280 m² / kg compared with about 380 m² / kg for normal Portland cement, and
  • (iii) gewöhnlicher Zement mit hohem Aluminiumoxidgehalt (Fondu), geliefert von der Fa. Lafarge.(iii) ordinary high alumina cement (Fondu), supplied by Lafarge.
AggregateAggregates

Es wurden Standard-PQ-Betonaggregate verwendet, die aus einem feinen Aggregat von gewaschenem Flußsand und einem groben Aggregat mit quarzithaltigem Kalkstein bestanden, die in zwei maximalen Aggregatgrößen (10 mm und 20 mm) geliefert wurden. Standard PQ concrete aggregates were used, which consist of one fine aggregate of washed river sand and a coarse Aggregate with quartzite limestone existed in two maximum unit sizes (10 mm and 20 mm) were delivered.  

Es wurden ferner zwei künstlich hergestellte Aggregate verwendet. Lytag-Aggregate wurden in zwei Formen verwendet, nämlich in einem groben Aggregat mit einer Körnung von 10 mm und einem abgestuften feinen Aggregat (etwa 4 mm abwärts). Lytag besteht aus pelletierter und gesinterter pulverisierte Flugasche und ist als Baustoffaggregat geringen Gewichtes im Handel.There were also two artificially produced aggregates used. Lytag aggregates were used in two forms, namely in a coarse aggregate with a grain size of 10 mm and a graded fine aggregate (about 4 mm down). Lytag consists of pelletized and sintered powdered Fly ash and is a lightweight building material aggregate in Trade.

Ein expandiertes, gemahlenes Schamottesteinmaterial (EFG), das von der Fa. Alfa Aggregate Ltd. in drei Größen (5-10 mm, 0-5 mm und 0-2,5 mm) geliefert wird, wurde ebenfalls geprüft. EFG ist Schamotte geringen Gewichts für mittlere Beanspruchung, hergestellt durch Sintern und Zermahlen von Schamottematerialien, wie sie in der Feuerfest-Industrie verwendet werden.An expanded, milled firebrick material (EFG), that from Alfa Aggregate Ltd. in three sizes (5-10 mm, 0-5 mm and 0-2.5 mm) was also delivered checked. EFG is low weight chamotte for medium Stress produced by sintering and grinding Fireclay materials as used in the refractory industry be used.

ZementaustauschmaterialienCement exchange materials

Es wurden zwei Zementaustauschmaterialien geprüft, nämlich gemahlene, granulatförmige Hochofenschlacke (GGBFS) zu BS 6699 und pulverisierte Flugasche (PFA) zu BS 3892.Two cement exchange materials were tested, namely ground, granular blast furnace slag (GGBFS) to BS 6699 and powdered fly ash (PFA) for BS 3892.

BeimischungenAdmixtures

Es wurde ein Luft einschließendes Mittel verwendet, nämlich Fro-be, das von der Fa. Sika Ltd. vertrieben wird; dieses Mittel wurde bei allen Gemischen zur Herstellung von Testtafeln mit Ausnahme von HAC-Kalksteingemisch verwendet. Ein Superweichmacher, Sikament, der von der Fa. Sika Ltd. vertrieben wird, wurde in einem Gemisch verwendet, um ein PQ-Gemisch mit einem niedrigen Wassergehalt zu erzielen.An air entrapping agent was used, namely Fro-be manufactured by Sika Ltd. is distributed; this All mixtures were used to produce test panels with the exception of HAC limestone mix used. A super plasticizer, sicament, made by Sika Ltd. is distributed in a mixture used to make a To achieve a PQ mixture with a low water content.

Ein verzögernder Weichmacher, Plastiment VZ, der von der Fa. Sika Ltd. vertrieben wird, wurde bei den Tonerdezement-Kalksteinbetonmischungen verwendet.A retarding plasticizer, Plastiment VZ, which is manufactured by Sika Ltd. is distributed in the alumina cement-limestone concrete mixes used.

Zusätzlich zu den Testtafeln bzw. Testplatten, die in der nachbeschriebenen Weise unter Verwendung der vorerwähnten Bestandteile hergestellt wurden, wurden drei weitere Tafeln der Fa. Proderite Ltd. eingesetzt, deren Hypol HTC-Gemisch zum Vergleich verwendet wurde. Dabei handelt es sich um einen Spezial-Hochtemperaturbeton, der zementitartige und polymere Materialien enthält, und der mit einem Oberflächenüberzug auf Aluminiumbasis fertigbearbeitet wird.In addition to the test panels or test panels that are in the as described using the aforementioned Ingredients were made, three more panels were made  from Proderite Ltd. used whose Hypol HTC mixture was used for comparison. It is a Special high-temperature concrete, the cementite-like and polymeric Contains materials, and that with a surface coating Aluminum base is finished.

Der Beton für die Testtafeln wurde nach einer Spezifikation hergestellt, die die folgenden Forderungen enthielt:The concrete for the test panels was made according to a specification manufactured, which contained the following requirements:

  • (1) maximales Aggregat/Zement-Verhältnis von 5,8;(1) maximum aggregate / cement ratio of 5.8;
  • (2) maximales Wasser/Zement-Verhältnis von 0,45;(2) maximum water / cement ratio of 0.45;
  • (3) Feinaggregatgehalt bis 32-37 Gewichtsprozent des gesamten Aggregatgehaltes;(3) Fine aggregate content up to 32-37 percent by weight of total aggregate content;
  • (4) Volumen der eingeschlossenen Luft 5% + 1%; und(4) volume of enclosed air 5% + 1%; and
  • (5) Slump von 30-60 mm.(5) Slump from 30-60 mm.

Für Versuchsgemische basiert die Festigkeitsforderung auf Kompressionstests mit einem Würfel von 150 mm, der Mittelwert der drei Proben überschreitet die angestrebte mittlere Festigkeit von 32,3 MPa für sieben Tage.For test mixtures, the strength requirement is based on Compression tests with a cube of 150 mm, the mean of the three samples exceeds the target mean Strength of 32.3 MPa for seven days.

Diese Spezifizierung wurde für alle Tafelmischungen auf Kalksteinaggregat/OPC-Basis verwendet. Wenn künstlich hergestellte Aggregate oder HAC verwendet wurden, wurden die Mischungsanteile auf Empfehlungen der Lieferfirmen und Erfahrungen aus früheren Untersuchungen abgestellt. Während der gesamten Tafelproduktion wurde den Forderungen nach maximalem Wasser/Zement-Verhältnis, Bearbeitbarkeit und Sieben-Tage-Festigkeit gefolgt, und diese Anforderungen erfüllt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß im Hinblick auf frühere Arbeiten die Bearbeitbarkeit unter Verwendung der Vebe-Methode im Gegensatz zum Slump-Test (Konsistenzprüfung) bewertet wurde, wobei eine Zeit von etwa zehn Sekunden zur Erzielung einer zufriedenstellenden Bearbeitbarkeit für dieses Verfahren für die Tafelherstellung als ausreichend befunden wurde. This specification was based on all table mixes Limestone aggregate / OPC base used. If artificial manufactured aggregates or HAC were used, the Mixing proportions based on recommendations from suppliers and Experience from previous investigations turned off. While the entire table production was in accordance with the requirements maximum water / cement ratio, workability and Seven-day firmness followed and these requirements Fulfills. However, it should be noted that in view on previous work the machinability using the Vebe method in contrast to the slump test (consistency check) was evaluated, with a time of about ten seconds Achieve satisfactory workability for this method is sufficient for the table production was found.  

Zu Vergleichszwecken wurde ein einfacher Aufbrechtest durchgeführt, um die relative Leistung unterschiedlicher Mischungsformen festzustellen, wobei die Absicht bestand, geeignete Mischungen für die Tafelherstellung zum endgültigen Testen auf einer Flugzeug-Startbahn zu identifizieren. Dieser Test bestand darin, eine Tafel von 405 × 255 mm unter einer Oxy-Azetylen-Flamme in einem festen Abstand von 145 mm über der Oberfläche zu erhitzen. Diese Höhe wurde gewählt, weil sie ein Aufbrechen in einem OPC-PQ-Steuergemisch in etwa zwölf Sekunden ergab; dies ist ähnlich den Verweildauern bis zum ersten Aufbrechen, das unter Testbedingungen einer Startbahn erreicht wurde.For comparison purposes, a simple break up test was carried out performed to differentiate the relative performance To identify mixture forms, with the intention of suitable mixtures for the table production to the final Identify testing on an aircraft runway. This Test consisted of a 405 x 255 mm panel under one Oxy-acetylene flame at a fixed distance of 145 mm above to heat the surface. This height was chosen because they break up in an OPC-PQ control mix roughly gave twelve seconds; this is similar to the length of stay until for the first break, which under test conditions a Runway was reached.

Die Versuchsgemische haben sich hauptsächlich damit befaßt, eine einwandfreie Bearbeitbarkeit (d. h. Vebe von etwa zehn Sekunden) und ein brauchbares Oberflächenfinish zu erzielen. In manchen Fällen wurden auch Festigkeiten bei Kuben von 100 mm gemessen.The experimental mixtures were mainly concerned with perfect machinability (i.e. Vebe of about ten Seconds) and a usable surface finish. In some cases, the strength of cubes was 100 mm measured.

Insgesamt zehn Versuchsmischungen wurden zur Herstellung und zum Prüfen von kleinen Tafeln erstellt. Die Mischungen wurden so gewählt, daß sie den Bereich von Materialien abdecken, die in Tabelle 1 beschrieben sind.A total of ten test mixtures were used to manufacture and created for testing small boards. The blends were chosen to cover the range of materials that are described in Table 1.

Es wurden Tests an jeweils einer oder zwei Tafeln einer jeden Mischungsart durchgeführt. Sowohl an der Ober- als an der Unterseite der Tafel wurde ein Minimum von sechs Aufbrechtests durchgeführt. Die maximale Verweildauer betrug 40 Sekunden. Die Resultate sind in Tabelle 2 zusammengefaßt, wobei (40) angibt, daß kein Aufbrechen stattgefunden hat, und es wurde zu Mittelungszwecken ein aufbruchfreies Resultat so gewertet, als ob es eine Zeit bis zum ersten Aufbrechen von 40 Sekunden haben würde. Tests were made on one or two panels of each Mix type performed. Both on the top and on the Bottom of the panel was a minimum of six breakup tests carried out. The maximum length of stay was 40 Seconds. The results are summarized in Table 2, where (40) indicates that no breakup has occurred, and for averaging purposes it became a result without break-in rated as if there was a time until the first breakup of Would have 40 seconds.  

Resultate eines einfachen AufbrechtestsResults of a simple breakup test

Die erste Beobachtung ist, daß dieser einfache Aufbrechtest erheblich unterschiedliche Resultate bei unterschiedlichen Arten von Beton ergab. Die Tests haben ergeben, daßThe first observation is that this simple pry open test significantly different results with different Types of concrete revealed. The tests have shown that

  • (i) bei Verwendung eines groben OPC (Mischung 23) nur ein geringer Einfluß auf die Aufbrechdauer auftrat,(i) When using a coarse OPC (Mix 23) only one little influence on the break-up time occurred,
  • (ii) bei Verwendung eines Superweichmachers zur Erzielung eines niedrigen Wassergehaltes (Mischung 22) eine sehr gering widerstandsfähige Oberseite gegen Aufbrechen, aber eine wesentlich höher widerstandsfähige Bodenfläche gegen Aufbrechen ergab. Dieser Unterschied kann durch die sehr feuchte Oberfläche bedingt sein, die während des Vibrierens und Fertigbearbeitens entsteht,(ii) when using a super plasticizer to achieve a very low water content (mixture 22) poorly resistant top against breaking open, but a much more resilient floor area against breaking open. This difference can be caused by the very damp surface, the occurs during vibrating and finishing,
  • (iii) ein Zementaustauschmaterial in einem sonst Standard-PQ- Gemisch (Mischungen 20 und 21) den Widerstand gegen Aufbrechen erheblich verbessert hat, wobei PFA weit bessere Ergebnisse ergab als Schlacke,(iii) a cement exchange material in an otherwise standard PQ Mixture (Mixtures 20 and 21) the resistance against Breakup has improved significantly, with PFA being far gave better results than slag,
  • (iv) ein Aggregat geringen Gewichtes in Kombination mit Kalksteinsandmehlen den Widerstand gegen Aufbrechen ebenfalls verbessert hat, insbs. auf der Oberseite (Mischungen 23A und 23C), und die Verwendung von PFA zusätzlich eine weitere Verbesserung ergab (Mischung 32);(iv) a light weight aggregate in combination with Limestone sand flours offer resistance to breakup has also improved, esp. on the top (Mixtures 23A and 23C), and the use of PFA In addition, there was a further improvement (mixture 32);
  • (v) die Verwendung von HAC (Mischung 23D) einen guten Widerstand gegen Aufbrechen ergab, jedoch nicht außergewöhnlich, und(v) the use of HAC (blend 23D) a good one Resistance to breakup resulted, however, not exceptional, and
  • (vi) die Verwendung von Lytag-Aggregaten geringen Gewichtes (Mischung 23C) durchwegs einen Beton mit ausnehmend hohem Widerstand gegen Aufbrechen ergab, wobei nur ein Test aus achtzehn ein Aufbrechen zeigte.(vi) the use of low weight Lytag aggregates (Mix 23C) consistently with a concrete high resistance to breakup resulted, only one Test from eighteen showed a breakup.

Die Testresultate belegen, daß ein gegen Aufbrechen stärker widerstandsfähiger Beton als die Standard-PSA-PQ-Mischungsart hergestellt werden kann, und daß Testtafeln, die neun dieser Mischungsarten zeigten, für Großversuche hergestellt wurden. The test results show that a stronger against breakup more resistant concrete than the standard PSA-PQ mix can be made, and that test panels, the nine of these Mixing types showed that large-scale tests were carried out.  

Herstellung von Testtafeln für BodenerosionsversucheManufacture of test boards for soil erosion tests Einzelheiten der MischungenDetails of the mixtures

Die neun Mischungsarten, die zur Herstellung von Tafeln für Großversuche verwendet werden, sind in Tabelle 3 (Mischungen 24-32) beschrieben; in dieser Stufe wurde die PQ-Versuchsmischung mit niedrigem Wasser/Zement-Verhältnis ausgeschlossen. Alle Mischungen mit Ausnahme des HAC-Betons enthielten ein Lufteinschlußmittel. Die Verwendung von PFA verringerte den Luftgehalt (bis 2%) entscheidend, und es war nicht möglich, den Luftgehalt der Mischungen, die künstlich hergestellte Aggregate enthielten, bei dem verwendeten Betriebsdruck festzustellen bzw. aufzuzeichnen.The nine types of blends used to make panels for Large-scale tests are used in Table 3 (Mixtures 24-32); at this stage the PQ trial mix with low water / cement ratio excluded. All mixes except the HAC concrete contained an air entrapping agent. The use of PFA decreased the air content (up to 2%) was critical and it wasn't possible the air content of the mixtures that are artificial manufactured aggregates contained in the used Determine or record operating pressure.

Die Bearbeitbarkeiten aller Mischungen waren zufriedenstellend und lagen im Bereich von 6-9 Sekunden. Die Sieben- Tage-Festigkeit bei 150 mm Kuben lagen alle über dem minimalen, erforderlichen Bereich (32 MPa) und lagen alle im Bereich von 35,7 bis 40 MPa (mit Ausnahme des HAC-Gemisches).The machinability of all blends was satisfactory and were in the range of 6-9 seconds. The seven- Daily strength at 150 mm cubes were all above the minimum required range (32 MPa) and were all within Range from 35.7 to 40 MPa (with the exception of the HAC mixture).

TafelherstellungBoard making

Es wurden aus jeder Mischung drei Tafeln von 600 × 600 × 100 mm hergestellt, mit Ausnahme der Mischung 31 (zwei Tafeln 800×600×100 mm) und Mischung 32 (eine Tafel gleicher Größe). Die bei allen Testtafeln angewendete Technik des Verdichtens und Finishens war die gleiche wie in dem vorausgehenden Testprogramm (2), nämlichThree panels of 600 × 600 × 100 mm were made from each mixture produced, with the exception of mixture 31 (two plates 800 × 600 × 100 mm) and mixture 32 (a plate of the same size). The compression technique used on all test panels and finishing was the same as in the previous one Test program (2), namely

  • (1) vollständiges Füllen der Form mit einer geringen Überladung,(1) complete filling of the mold with a slight overload,
  • (2) Verdichten mit Innenvibrator,(2) compression with internal vibrator,
  • (3) Egalisieren mit zwei Durchläufen der Rüttelbohle,(3) Equalize with two passes of the vibrating screed,
  • (4) Entfernen des Überstandes mit zwei Durchläufen des Schabers (Kanalabschnitt),(4) Remove the supernatant with two passes of the Scraper (channel section),
  • (5) Schließen der Oberfläche mit 102 Durchläufen der Rüttelbohle, und(5) closing the surface with 102 passes of the vibrating plank, and
  • (6) Glätten der Oberfläche für das Finish.(6) Smooth the surface for the finish.

Die Tafeln wurden im Labor unter Kunststoffverkleidung etwa 28 Tage gehärtet. Es wurde keine Härtungskomponente verwendet, die Oberfläche einer jeden Tafel wurde jedoch gelegentlich benetzt.The boards were in the laboratory under plastic cladding, for example Hardened for 28 days. No curing component was used however, the surface of each panel became occasional wetted.

TestvorgangTest process

Ziel des Testprogrammes war, die Leistung der unterschiedlichen Mischungsarten unter Strahlblasbedingungen zu bewerten. Die Versuchsanordnung wurde deshalb mit einer Harrier-Strahldüse mit einer Strahlaustrittstemperatur von 700°C bei einem Höhenabstand von drei Düsendurchmessern über der Tafeloberfläche und einem Druckverhältnis von 1,5 betrieben.The aim of the test program was the performance of the different Evaluate types of mixtures under jet blowing conditions. The experimental setup was therefore made with a Harrier jet nozzle with a beam exit temperature of 700 ° C at a Height distance of three nozzle diameters above the board surface and operated at a pressure ratio of 1.5.

Jede Platte (die in ihrer Stahlform gehalten wurde) wurde auf den Schienen eines Bodenerosionsgestelles befestigt und dann zentrisch unter der Strahldüse positioniert, wobei ihre Oberfläche senkrecht zur Strahlachse und in einer bestimmten Höhe angeordnet war. Bevor die Platte der Strahlwirkung ausgesetzt wurde, wurden Testdruck und Temperatur auf einem die Proben schützenden Wärmeschirm ausgebildet. Sobald die einwandfreien Betriebsbedingungen erzielt waren, wurde der Wärmeschirm mit Hilfe eines durch einen Linearmotor angetriebenen Laufwagens des Bodenerosionsgestells entfernt und der Beton dem Blasstrahl ausgesetzt.Each plate (which was kept in its steel form) was opened attached to the rails of a soil erosion rack and then positioned centrally under the jet nozzle, with their Surface perpendicular to the beam axis and in a certain Height was arranged. Before the plate's blasting effect Test pressure and temperature were exposed to one the heat shield protecting the samples. As soon as the perfect operating conditions were achieved, the Heat shield with the help of a driven by a linear motor Removed trolley of the soil erosion frame and the Exposed concrete to the blow jet.

Jede Platte wurde über eine minimale Strahlverweildauer von 40 Sekunden geprüft. Wenn dann kein Aufbrechen festgestellt wurde, wurde der Versuch 120 Sekunden lang fortgesetzt, bis abgeschaltet wurde.Each plate was blasted with a minimum of 40 seconds checked. If no breakup is found the experiment was continued for 120 seconds until was switched off.

Vollständige visuelle und thermische Bilddaten für alle Testdurchläufe wurden zu Analyse auf Videoband aufgenommen. Complete visual and thermal image data for everyone Test runs were recorded on videotape for analysis.  

Beziehung zwischen Oberflächentemperatur und VerweildauerRelationship between surface temperature and length of stay

Die maximale Oberflächentemperatur der Tafeln, die aus den thermischen Bildaufzeichnungen erhalten werden, ist in den Fig. 1, 2 und 3 über der Verweildauer aufgetragen, die Mischungen werden dabei nach OPC/Zement-Austausch, Aggregat und HAC-Varianten gruppiert.The maximum surface temperature of the boards, which are obtained from the thermal image recordings, is plotted in FIGS. 1, 2 and 3 over the residence time; the mixtures are grouped according to OPC / cement exchange, aggregate and HAC variants.

Ein Vergleich mit dem Resultat der OPC-PQ-Steuermischung zeigt, daß die Zementaustauschmaterialien die Geschwindigkeit der Temperaturzunahme (Fig. 1) verringert haben. Die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung der auf dem EFG-Aggregat basierenden Mischung war ähnlich der OPC-PQ-Steuerung, während die der Lytag-Mischungen größer war (Fig. 2). Die Hypol-HTC und eine HAC-Tafel waren im Ergebnis ähnlich der OPC-Steuerung; jedoch hat die andere HAC-Tafel Temperatur mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit erreicht (Fig. 3).A comparison with the result of the OPC-PQ control mixture shows that the cement exchange materials have reduced the rate of temperature increase ( Fig. 1). The rate of temperature increase of the mixture based on the EFG aggregate was similar to the OPC-PQ control, while that of the Lytag mixtures was greater ( Fig. 2). The Hypol-HTC and a HAC panel were similar to the OPC control; however, the other HAC panel has reached temperature at a much slower rate ( Fig. 3).

Verweildauer bis zum ersten AufbrechenDwell time until the first break up

Die Zeit bis zum ersten Aufbrechen für jede Tafel ist in Tabelle 4 dargestellt und graphisch in Fig. 4 gezeigt (wobei eine Verweildauer von 120 Sekunden angibt, daß am Ende dieser Testperiode kein Aufbrechen stattgefunden hat). Die Ergebnisse zeigen:The time to first break up for each panel is shown in Table 4 and shown graphically in Figure 4 (with a 120 second dwell time indicating that no breakup occurred at the end of this test period). The results show:

  • (i) Die OPC-PQ-Betonmischung zeigte etwas bessere Ergebnisse als in den vorausgehenden Tests, wobei eine mittlere Verweildauer von 15 Sekunden bis zu einem ersten Aufbrechen festgestellt wurde (verglichen mit etwa 10 Sekunden bei den vorherigen Versuchen, Fig. 5);(i) The OPC-PQ concrete mix showed slightly better results than in the previous tests, with an average residence time of 15 seconds to a first break-up (compared to about 10 seconds in the previous tests, Fig. 5);
  • (ii) das grobe OPC-Kalkstein-Gemisch war etwas schlechter als das Steuergemisch mit einem Mittelwert von 10 Sekunden;(ii) the coarse OPC-limestone mixture was slightly worse than the tax mix with an average of 10 Seconds;
  • (iii) das Ergebnis der Mischung, die PFA als Zementaustausch enthielt, war enttäuschend und ergab nur einen Mittelwert von etwa 15 Sekunden bis zum ersten Aufbrechen; (iii) the result of the mix, the PFA as a cement exchange contained, was disappointing and gave only an average from about 15 seconds to the first break;  
  • (iv) im Gegensatz hierzu zeigten die Tafeln mit GGBFS als Zementaustausch wesentlich bessere Ergebnisse als die PQ-Steuerung mit einem Mittelwert von 32 Sekunden über eine Testdauer von 40 Sekunden (wobei kein Aufbrechen als Wert von 40 Sekunden gewertet wurde);(iv) in contrast, the panels with GGBFS showed as Cement exchange much better results than that PQ control with an average of 32 seconds over a test duration of 40 seconds (with no breakup was evaluated as a value of 40 seconds);
  • (v) die beiden getesteten HAC-Beton-Tafeln zeigten wesentlich bessere Ergebnisse als die vorerwähnten OPC-Mischungen; sie ergaben eine mittlere Verweildauer von 77 Sekunden bis zum ersten Aufbrechen. Die Aufbrüche, wenn sie tatsächlich auftraten, waren in bezug auf plötzliches Auftreten und Größe außergewöhnlich;(v) The two HAC concrete panels tested showed significant better results than the aforementioned OPC blends; they had an average length of stay of 77 Seconds before the first break. The departures, though they actually occurred were related to sudden Appearance and size extraordinary;
  • (vi) von den drei auf EFG hergestellten Tafeln ergab das eine ein Aufbrechen nach 15 Sekunden, während die anderen beiden auch nach 120 Sekunden noch nicht aufgebrochen waren;(vi) of the three panels produced on EFG, this resulted a breakup after 15 seconds while the not the other two even after 120 seconds had left;
  • (vii) alle Lytag-Mischungen, die unter Harrier-Bedingungen getestet wurden, dauerten über den vollen Zeitraum von 120 Sekunden, ohne daß ein Aufbrechen festgestellt wurde (eine der Lytag/Sand-Platten hatte einige sehr kleine Aufbrechstellen, die über großen Sandpartikeln angeordnet waren, die aber nicht gezählt wurden); und(vii) all Lytag blends operating under Harrier conditions tested lasted the full period of 120 seconds without a break (one of the Lytag / Sand plates had some very small break-up points over large sand particles were ordered, but were not counted); and
  • (viii) die beiden Hypol-HTC-Tafeln zeigten nach 120 Sekunden kein Aufbrechen.(viii) the two Hypol-HTC panels showed after 120 seconds no departure.
Temperaturen beim ersten AufbrechenTemperatures the first time you break open

Die Oberflächentemperaturen beim ersten Aufbrechen für die Tafeln, die Aufbrechungen zeigten, sind in Tabelle 4 angegeben und graphisch in Fig. 6 gezeigt. Die OPC-PQ-Steuermischungs- Tafeln ergaben erste Aufbrechtemperaturen im Bereich von 320-370°C, was im Vergleich zu Werten, die bei früheren Untersuchungen festgestellt wurden (Fig. 7), sehr viel ist. Die beiden großen OPC-Tafeln, für die die thermischen Bilder mit Erfolg ausgezeichnet worden sind, ergaben erste Aufbrechtemperaturen von 350°C und 415°C.The surface temperatures at the first cracking for the panels showing cracking are given in Table 4 and shown graphically in Fig. 6. The OPC-PQ control mix panels gave first break temperatures in the range of 320-370 ° C, which is a lot compared to values found in previous studies ( Fig. 7). The two large OPC panels, for which the thermal images have been successfully awarded, showed the first break temperatures of 350 ° C and 415 ° C.

Die ersten Aufbrechtemperaturen für die Tafeln, die mit einem OPC/Kalkstein-Beton hergestellt wurden, der eines der beiden verwendeten Zementaustauschmaterialien (PFA und GGBFS) enthielt, lagen alle im Bereich von 390°C bis 425°C. Der Mittelwert der ersten Aufbrechtemperatur für die HAC-Tafeln lag bei 435°C.The first break-up temperatures for the tablets, with a OPC / limestone concrete were made, one of the two Cement exchange materials used (PFA and GGBFS) contained, were all in the range of 390 ° C to 425 ° C. The Average of the first break temperature for the HAC panels was at 435 ° C.

Im Vergleich hierzu lagen die maximalen Oberflächentemperaturen, die bei Verwendung der auf Lytag basierenden Tafeln erreicht wurden, welche vor Beendigung des Tests überhaupt kein Aufbrechen zeigten, im Bereich von 510- 540°C.In comparison, the maximum surface temperatures were those using Lytag based Panels were reached before the test was completed showed no breakup at all in the 510- 540 ° C.

Die aufgebrochenen Bereiche der Testtafeln, die innerhalb 40 Sekunden fehlerhaft wurden, sind in Tabelle 4 angegeben und graphisch in Fig. 8 gezeigt. Während der Bereich der Aufbrechgröße groß war, ist der mittlere aufgebrochene Bereich ähnlich, und zwar zwischen 53 und 96 cm². Für diese Materialien ist das Ausmaß der aufgetretenen Beschädigung ein ähnlicher Wert, während die Verweildauer bis zum ersten Aufbrechen ganz erheblich variiert.The broken areas of the test panels which became defective within 40 seconds are shown in Table 4 and shown graphically in FIG. 8. While the area of breakup size was large, the middle breakup area is similar, between 53 and 96 cm². For these materials, the extent of damage that occurs is a similar value, while the time it takes to break open varies considerably.

Aufgrund der guten Ergebnisse einiger der Mischungsarten unter Harrier-Strahlbedingungen wurden vier Tafeln unter härteren Bedingungen getestet. Die Testvorrichtung wurde mit einer Strahlaustrittstemperatur von 1000°C und einem Druckverhältnis von 4,0 betrieben. Diese Tests dienten zwei Zwecken: Zuerst sollte versucht werden, zwischen dem Aufbrechwiderstand der vier besten Mischungen, die noch nicht aufgebrochen waren, wenn sie dem früheren Strahlblastest ausgesetzt wurden, zu differenzieren, und zweitens wollte man einige Informationen über die Brauchbarkeit dieser Materialien für die Zukunft gewinnen. Because of the good results of some of the mix types four panels were placed under Harrier blasting conditions tested tougher conditions. The test device was with a beam exit temperature of 1000 ° C and one Pressure ratio operated by 4.0. These tests served two Purposes: First, an attempt should be made between the breaking resistance of the four best blends that haven't yet had broken out when they passed the previous blast test were exposed to differentiate, and secondly one wanted some information about the usability of these materials win for the future.  

Die vier getesteten Mischungen waren HAC (Mischung 30), Hypol HTC (Mischung 33), OPC Lytag/Sand (Mischung 28), und OPC/nur Lytag (Mischung 31). Die Resultate dieser vier Testdurchläufe sind in Tabelle 5 zusammengestellt.The four mixtures tested were HAC (Mix 30), Hypol HTC (blend 33), OPC Lytag / Sand (blend 28), and OPC / only Lytag (mix 31). The results of these four test runs are summarized in Table 5.

Die Erhöhung der Oberflächentemperatur mit der Verweildauer ist in Fig. 9 dargestellt, und die jeweilige Verweildauer bis zum ersten Aufbruch in Fig. 10. Aus den Resultaten ergibt sich, daß die HAC und Lytag/Sand-Mischungen sich sowohl in bezug auf die Geschwindigkeit der Temperaturzunahme als auch die Zeit bis zum ersten Aufbrechen ähnlich verhielten (etwa eine Sekunde). Beide Tests wurden nach 20 Sekunden beendet, weil ein zu starkes Aufbrechen aufgetreten war.The increase in the surface temperature with the residence time is shown in FIG. 9, and the respective residence time until the first break in FIG. 10. From the results it follows that the HAC and Lytag / Sand mixtures differ both in terms of the speed of the The increase in temperature and the time until the first breakup behaved similarly (about one second). Both tests were terminated after 20 seconds due to excessive break-up.

Die Oberfläche der Hypol-HTC-Tafel heizte sich langsamer auf und zeigte Aufbrechungen nach 6 Sekunden. Am Ende des Tests (nach 40 Sekunden) zeigte die Tafel erhebliche Aufbrech- und Erosionserscheinungen.The surface of the Hypol-HTC tablet heated up more slowly and showed breaks after 6 seconds. At the end of the test (after 40 seconds) the panel showed considerable break-up and Signs of erosion.

Im Gegensatz hierzu zeigte die Mischung auf OPC-Basis mit Lytag-Grob- und Fein-Aggregaten keine Aufbrecherscheinungen innerhalb der Testdauer von 40 Sekunden. Nach dem Testen zeigte die Oberfläche der Tafel eine Verfärbung, obgleich feine Risse zu sehen waren, wie dies zu erwarten war.In contrast, the mixture based on OPC also showed Lytag coarse and fine aggregates show no signs of breaking open within the test duration of 40 seconds. After testing the surface of the panel showed discoloration, although fine cracks were seen, as was to be expected.

Einfache LaboraufbrechtestsSimple lab breakdown tests

Der einfache Laboraufbrechtest unter Verwendung einer Oxy-Acetylenflamme ergab sehr unterschiedliche Aufbrechzeiten für den Bereich von untersuchten Betonmischungen. Die Mischungsarten waren in abnehmender Reihenfolge des AufbrechwiderstandesThe easy lab breakdown test using one Oxy-acetylene flame gave very different break-up times for the area of examined concrete mixtures. The Mix types were in decreasing order of resistance to breakup

Der Zusammenhang zu dem Ergebnis der getesteten Mischungen unter Strahlblasbedingungen in dem Bodenerosionsgestell war im allgemeinen gut, die wesentliche Ausnahme ist die OPC-PQC- Mischung mit PFA, die unter Strahlblasbedingungen schlechte Ergebnisse erbrachte.The relationship to the result of the mixtures tested was in the soil erosion rack under jet blowing conditions generally good, the main exception is the OPC-PQC- Mix with PFA, which is bad under jet blowing conditions Results.

Vergleichende Leistung von Mischungen unter StrahlblasbedingungenComparative performance of mixtures under jet blowing conditions

Die Strahlerosionstests haben bestätigt, daß die Mischungsarten einen weiten Bereich an Aufbrechwiderstand hatten, wobei alle bis auf zwei wesentlich besser waren als die OPC-PQC- Steuerung. Der brauchbarste Indikator für den Aufbrechwiderstand ist die Verweildauer bis zum ersten Aufbrechen. Auf der Grundlage der Tests unter Harrier-Bedingungen (700°C, Druckverhältnis 1,5) und den nachfolgenden Tests bei 1000°C mit einem Druckverhältnis von 4,0 (ASTOVL) auf die meisten resistenten Materialien ist die Erfassung des Aufbrechwiderstandes der Mischungsart wie folgt:The radiation erosion tests have confirmed that the types of mixture had a wide range of break resistance, with all but two were significantly better than the OPC-PQC Control. The most useful indicator of break-up resistance is the length of stay until the first departure. On the Basis of the tests under Harrier conditions (700 ° C, Pressure ratio 1.5) and the subsequent tests at 1000 ° C with a pressure ratio of 4.0 (ASTOVL) on most resistant materials is the detection of the breaking resistance the mix type as follows:

Die Leistung der Hypol HTC-Tafel kann als sehr gut eingestuft werden (sie blieb ohne Aufbrechungen nach 40 Sekunden unter Harrier-Bedingungen), das Oberflächenmaterial wurde jedoch nach 120 Sekunden eindeutig beschädigt, es verfärbte sich und wurde brüchig (konnte leicht mit einem Fingernagel entfernt werden).The performance of the Hypol HTC tablet can be classified as very good (it remained undisrupted after 40 seconds Harrier conditions), but the surface material was clearly damaged after 120 seconds, it discolored and became fragile (could easily be removed with a fingernail will).

Die Zeit-/Temperatur-Profile zeigten, daß die Oberfläche der künstlich hergestellten Aggregattafeln sich rascher aufheizte als der OPC-PQC-Beton; dies kann den allgemeinen Isoliereigenschaften zugerechnet werden. Umgekehrt erhitzten sich die Betonmaterialien mit Zementaustausch langsamer als die OPC-PQC-Betonmaterialien, was eine Erhöhung ihrer thermischen Leitfähigkeit vermuten läßt.The time / temperature profiles showed that the surface of the artificially produced aggregate panels heated up more quickly as the OPC-PQC concrete; this can affect the general insulation properties be attributed. Conversely, they heated up Concrete materials with cement exchange slower than that OPC-PQC concrete materials, increasing their thermal Conductivity suggests.

Der OPC-PQC-Beton ergab Temperaturen bei einem ersten Aufbrechen in der Größenordnung der Werte, die bei früheren Arbeiten festgestellt wurden (d. h. 320-370°C). Die OPC/Kalkstein-Aggregatmischung, die eines der Zementaustauschmaterialien (PFA und GGBFS) enthielten, ergab höhere erste Aufbrechtemperaturen (im Bereich von 390-425°C). Der HAC-Beton zeigte keine Aufbrecherscheinungen, bis etwa 435°C erreicht waren, und die Mischungen, die Lytag-Aggregate enthielten, erreichten Oberflächentemperaturen von über 500°C ohne Aufbrecherscheinungen. The OPC-PQC concrete gave temperatures at a first Breaking up in the order of the values of previous ones Work has been identified (i.e. 320-370 ° C). The OPC / limestone aggregate mix, which is one of the cement exchange materials (PFA and GGBFS) included resulted in higher first break temperatures (in the range of 390-425 ° C). The HAC concrete showed no signs of cracking up to about 435 ° C were achieved, and the mixtures, the Lytag aggregates contained, reached surface temperatures of over 500 ° C without signs of breakage.  

Diese Oberflächentemperaturen und zugeordneten Verweildauern beim ersten Aufbrechen sind zu vergleichen mit Bedingungen, die früher im Einsatz festgestellt wurden, woraus geschlossen wird, daß die Mischungen auf HAC- und Lytag-Basis unter Harrier-Einsatzbedingungen gute Resultate ergeben. Die Mischungen auf der Basis von OPC/Schlacke-PQC-Beton und EFG-Aggregat lassen auch einwandfreie Ergebnisse erwarten, obgleich diese Materialien nicht genauso widerstandsfähig gegen Aufbrechen sind.These surface temperatures and assigned dwell times the first time you break open, compare with conditions, which were previously determined in use, which leads to the conclusion is that the mixtures based on HAC and Lytag Harrier operating conditions give good results. The Mixtures based on OPC / slag-PQC concrete and EFG units can also be expected to produce flawless results, although these materials are not as tough are against breaking open.

Mechanismen des AufbrechensMechanisms of breakup

Früher wurde vermutet, daß zwei mögliche Mechanismen das Aufbrechen verursachenPreviously, two possible mechanisms were thought to do this Cause breakup

  • (1) einer verbunden mit Wasserdampfbildung und(1) one associated with water vapor formation and
  • (2) der andere mit einem differentiellen thermischen Expansionseffekt.(2) the other with a differential thermal expansion effect.

In der Praxis ist es wahrscheinlich, daß diese Mechanismen gemeinsam das Aufbrechen des PQ-Betons verursachen.In practice, it is likely that these mechanisms together cause the PQ concrete to break open.

Ein Vergleich des Aufbrechverhaltens der verschiedenen Mischungsarten mit dem des OPC-PQ-Betons zeigt, daß zwar die Modifizierung der zementartigen Matrix (unter Verwendung von PFA oder GGBFS) einige Verbesserungen erbrachte, die weitaus überwiegenden Erhöhungen im Widerstand gegen ein Aufbrechen jedoch erzielt wurden, wenn die natürlichen Aggregate durch künstlich hergestellte ersetzt wurden (insbesondere das Lytag-Aggregat mit geringem Gewicht). Dies kann darauf beruhen, daß diese porösen Aggregate den freiwerdenden Wasserdampf absorbieren können, oder wahrscheinlicher, daß sie eine weniger differentielle thermische Expansion einführen (oder ihr besser widerstehen).A comparison of the breakup behavior of the different Mixing types with that of the OPC-PQ concrete shows that the Modification of the cementitious matrix (using PFA or GGBFS) has brought some improvements that far predominant increases in resistance to breakup however, when natural aggregates were achieved by artificially produced were replaced (in particular the Low weight Lytag unit). This can be due to this are based on the fact that these porous aggregates are released Can absorb water vapor, or more likely that they introduce less differential thermal expansion (or better resist it).

Es ist interessant, festzustellen, daß Betonmaterialien häufig eine wesentliche Erhöhung ihres thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei Temperaturen über 320°C ergeben, und dies hat zum Dehydrieren der Zementpaste beigetragen. Ein Wert von 8 · 10-6 pro °C unterhalb und 20 · 10-6 pro °C oberhalb dieser Temperatur ist für einen Kalk-Kies-Aggregat- Beton aus der Literatur bekannt, während interessanterweise ein Blähschiefertonaggregat eine Erhöhung von nur 6,1-7,5 · 10-6 pro °C zeigte.It is interesting to note that concrete materials often result in a substantial increase in their coefficient of thermal expansion at temperatures above 320 ° C, and this has contributed to the dehydration of the cement paste. A value of 8 · 10 -6 per ° C below and 20 · 10 -6 per ° C above this temperature for a lime-gravel aggregate concrete is known from the literature, while interestingly, an expanded slate clay aggregate an increase of only 6.1 -7.5 x 10 -6 per ° C.

In Hinblick auf die Tatsache, daß der PQ/Kalkstein-Beton unter Testbedingungen ein Aufbrechen bei einer Temperatur von 320-370°C zeigt (d. h. gerade über der kritischen Übergangstemperatur von 320°C liegt) und daß der künstlich hergestellte Lytag-Aggregat-Beton (ebenfalls mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 7 · 10-6 pro °C) kein Aufbrechen zeigt, dürfte der wahrscheinlichste Mechanismus, der das Aufbrechen bewirkt, ein differenzieller thermischer Expansionseffekt zwischen der oberen, sehr heißen Schicht des Betons und den darunterliegenden kühleren Schichten sein. Dieser Effekt wird gegenüber allen natürlichen Aggregatpartikeln verstärkt, die in der Nähe der Oberfläche liegen, da die Partikel an der Oberfläche einen wesentlich niedrigeren thermischen Expansionskoeffizienten haben als die Paste.In view of the fact that the PQ / limestone concrete shows cracking at a temperature of 320-370 ° C under test conditions (ie just above the critical transition temperature of 320 ° C) and that the artificially produced Lytag aggregate concrete (also with a coefficient of thermal expansion of about 7 x 10 -6 per ° C) shows no cracking, the most likely mechanism that causes cracking is likely to be a differential thermal expansion effect between the top, very hot layer of the concrete and the underlying cooler layers . This effect is enhanced compared to all natural aggregate particles that are close to the surface, since the particles on the surface have a significantly lower coefficient of thermal expansion than the paste.

Die Resultate zeigen eindeutig die Überlegenheit der Lytag- Mischung in Hinblick auf Widerstand gegen Düsenstrahlbedingungen. Sie zeigen auch, daß es möglich ist, auf dieser Mischung einen Pflasterbeton herzustellen, der für die nächste Generation von vertikal startenden und landenden Flugzeugen geeignet ist. The results clearly show the superiority of the Lytag blend in terms of resistance to jet conditions. They also show that it is possible to use this mixture to make paving concrete that is suitable for the next generation of vertically taking off and landing aircraft.

Claims (12)

1. Betonmischung mit Pflasterqualität, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil von Zement, der im Gemisch enthalten ist, durch gemahlene, granulatförmige Hochofenschlacke (GGBFS) ersetzt ist, um den Widerstand gegen hohe Temperaturen des aus dem Gemisch gewonnenen Betons zu erhöhen.1. Concrete mix with pavement quality, characterized in that a proportion of cement contained in the mixture is replaced by ground, granular blast furnace slag (GGBFS) in order to increase the resistance to high temperatures of the concrete obtained from the mixture. 2. Betonmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 50% des Gemisches durch GGBFS ersetzt ist.2. Concrete mixture according to claim 1, characterized in that up to 50% of the mixture is replaced by GGBFS. 3. Betonmischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 40% des Gemisches durch GGBFS ersetzt ist.3. Concrete mixture according to claim 2, characterized in that 40% of the mixture is replaced by GGBFS. 4. Betonmischung mit Pflasterqualität, die natürlich auftretende Aggregate von Sandstein und Sand enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der natürlich auftretenden Aggregate durch pulverisierte Brennstoffasche (PFA) in Form eines Aggregats niedrigen Gewichtes ersetzt wird, um den Widerstand des aus dem Gemisch gewonnenen Betons gegen hohe Temperaturen zu erhöhen.4. Concrete mix with pavement quality, the naturally occurring Contains aggregates of sandstone and sand, thereby characterized in that at least part of the course aggregates occurring through pulverized fuel ash (PFA) in the form of a low-weight unit is replaced to the resistance of the mixture recovered concrete against high temperatures. 5. Betonmischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die PFA in Form von Pellets vorliegt.5. Concrete mixture according to claim 4, characterized in that the PFA is in the form of pellets. 6. Betonmischung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets eine Aggregatgröße von 10 mm haben.6. Concrete mixture according to claim 5, characterized in that the pellets have an aggregate size of 10 mm. 7. Betonmischung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pellets zu einem Feinaggregat geringen Gewichtes gemahlen sind.7. Concrete mixture according to claim 5, characterized in that the pellets to a fine aggregate of low weight are ground. 8. Betonmischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die PFA eine von der Firma Boral Lytag Limited unter der Bezeichnung LYTAG vertriebene Betonmischung ist. 8. Concrete mixture according to claim 4, characterized in that the PFA is owned by Boral Lytag Limited the name LYTAG is sold concrete mix.   9. Betonmischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die PFA ein Abfallprodukt bei der Stromerzeugung in Kohlekraftwerken aufweist, wobei das Abfallprodukt pelletiert und bei 1200°C gesintert worden ist, um harte, kugelförmige Knollen mit einem Leerverhältnis von 40% zu erzeugen.9. Concrete mixture according to claim 4, characterized in that the PFA is a waste product in the generation of electricity in Has coal-fired power plants, the waste product pelleted and sintered at 1200 ° C to hard, spherical tubers with an empty ratio of Generate 40%. 10. Betonmischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die PFA in das Gemisch in Verbindung mit natürlichem Sand und Zement eingebaut ist.10. Concrete mixture according to claim 4, characterized in that the PFA in the mixture in conjunction with natural Sand and cement is installed. 11. Betonmischung nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch ein Luft einschließendes Mittel.11. Concrete mixture according to claim 1 or 4, characterized by an air entrapping agent. 12. Beton, hergestellt aus einem Betongemisch nach Anspruch 1 oder Anspruch 4.12. Concrete made from a concrete mix according to claim 1 or claim 4.
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