Frischbeton ist ein Zweiphasensystem, dessen Verformungsverhalten von der Mörtelmatrix und dem Grobzuschlag abhängt. Die Rheologie liefert physikalisch definierbare Kennwerte für dieses Verformungsverhalten durch Messmethoden, die das Fließverhalten quantitativ charakterisieren. In Rotationsrheometern wird das Fließverhalten von Zementleim und Mörtel untersucht. Dabei werden Fließkurven und Viskositätswerte erfasst, die von mehreren Faktoren abhängen: vom Wasserzementwert, von der Mahlfeinheit, von Verzögererzusätzen und von der Zeit nach dem Anmischen.
Was sind rheologische Kennwerte und warum sind sie wichtig?
Rheometrische Verfahren bieten eine präzisere Charakterisierung als empirische Konsistenzprüfungen und ermöglichen es, das Fließverhalten von Frischbeton und Mörtel gezielt zu untersuchen und zu optimieren. Die funktionellen Zusammenhänge zwischen Schubspannung, Scherrate und Materialzusammensetzung lassen sich mathematisch beschreiben und darstellen. Diese quantitative Charakterisierung des Materialverhaltens durch Fließkurven und Viskositätswerte ermöglicht eine fundierte Bewertung der Verarbeitbarkeit.
Beton wird fest, das weiß man – doch bevor er aushärtet, muss er verarbeitbar sein. Wie man diese Verarbeitbarkeit wissenschaftlich einhalten und steuern kann, ist Gegenstand rheologischer Untersuchungen. Die rheologische Betrachtung des Betons ermöglicht es, ihn in Einzelphasen zu zerlegen und mit überschaubarem Aufwand mittels rheometrischer Messungen an diesen Einzelphasen optimale Zusammensetzungen der Ausgangsstoffe zu definieren.
Wie wird das Fließverhalten gemessen?
Sinnvolle Ausgangsphasen für die rheologische Analyse sind der Bindemittelleim und der Betonmörtel. Die Zusammensetzung des Bindemittelleimes ist durch den festigkeitsabhängigen Wasserzementwert vorbestimmt. Die dabei sich ergebende Fließfähigkeit des Leimes beeinflusst sehr wesentlich die Fließeigenschaften des Betons. Eine Änderung des Leimfließens ist nur mit Hilfe von Zusatzmitteln zu erreichen.
Entscheidend ist außerdem, dass der Leim sich bei der Verarbeitung des Betons nicht entmischt. Ein bestimmtes Mindestfließmoment gewährleistet diese Stabilität. Der Betonmörtel – ein Gemisch aus dem Zementleim und dem Betonsand bis 2 mm Korngröße – zeigt abhängig vom Fließverhalten des Zementleimes und dem Kornaufbau des Sandes jeweils ein charakteristisches Fließen. Kennt man aus der Analyse bewährter Praxisbetone die erforderliche Fließeigenschaft des Betonmörtels, dann kann mittels Viskomatmessungen die für den Beton optimale Mörtelzusammensetzung mit wenig Aufwand ermittelt werden.
Welche Einflüsse verändern das Fließverhalten?
Zementleim mit Quarzmehlzuschlag zeigt veränderte Fließeigenschaften. Quarzmehl-Suspensionen weisen im Vergleich zu reinem Zementleim und Mörteln unterschiedliche Fließkurven auf. Die Partikelgröße und Kornform beeinflussen die Wechselwirkungen zwischen den Partikeln und damit das Fließverhalten des Gesamtsystems. Neben diesen materialspezifischen Einflüssen wirken sich auch Temperatur, verschiedene Sande und der Wasserzementwert auf die rheologischen Eigenschaften aus.
Der Einsatz von Betonverflüssigern und Fließmitteln ermöglicht eine gezielte Steuerung der Konsistenz. Die rheologischen Untersuchungen bilden die Grundlage für eine wasserzementwertsichere und gleichbleibend gut verarbeitungsfähige Betonkonfektionierung. Dabei wird ein vorgelegtes Wasser-Zement-Sand-Gemisch soweit mit weiterem Sand aufgefüllt, bis ein bestimmtes Fließverhalten erreicht ist.
Einsatz in der Praxis
Rheometrische Messverfahren haben sich als Ergänzung zu den genormten Prüfverfahren als schnelles und zuverlässiges Prüfmittel bewährt. Sie werden bei vielen Prüfungen, Untersuchungen, Entwicklungen und als Qualitätssicherungsinstrument eingesetzt. Die Vorteile dieses Verfahrens sind die Zeitersparnis gegenüber der herkömmlichen Rezepturerstellung und die Gewissheit über die Stabilität des Betonmörtels.
Umfangreiche Voruntersuchungen ermöglichen den effizienten Einsatz rheometrischer Messgeräte. Dazu gehören der Vergleich unterschiedlicher Messprofile an Zementleimen und Zementmörteln, Reproduzierbarkeitsuntersuchungen als Mehrfachprüfungen sowie die Erstellung von Prüfanweisungen im Rahmen eines Qualitätsmanagementsystems. Die rheologische Analyse unterstützt Entwicklungen, Beanstandungsuntersuchungen und die kontinuierliche Optimierung der Betonqualität.
