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Report (Bericht) zugänglich unter
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Prüfung des Frost-Tausalz-Widerstandes von Beton mit dem modifizierten CDF-Verfahren (XF2)

Testing the freeze-thaw-resistance of concrete by the "modified CDF-method XF2"

Gehlen, Christoph ; Lowke, Dirk ; Milachowski, Charlotte

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Auftaumittel , Beton , Bewertung , Deutschland , Festigkeit , Forschungsbericht , Frost , Frost Tau Wechsel , Genauigkeit , Laboratorium , Prüfverfahren , Reproduzierbarkeit , Wassergehalt , Zusammensetzung
Freie Schlagwörter (Englisch): Concrete , Deicing , Evaluation (assessment) , Freezing thawing cycle , Frost , Germany , Laboratory (not an organization) , Mix design , Moisture content , Precision , Reproducibility , Research report , Strength (mater) , Test method
Collection: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 32 Zementbeton
Institut: Sonstige
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Sonstige beteiligte Institution: Centrum Baustoffe und Materialprüfung <München>
Dokumentart: Report (Bericht)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe B: Brücken- und Ingenieurbau
Bandnummer: 84
ISBN: 978-3-86918-180-6
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 08.08.2012
Kurzfassung auf Deutsch: Eine Bewertung für Betone, die den Anforderungen der Expositionsklasse XF2 genügen sollen, ist derzeit nur nach dem deskriptiven Konzept möglich. Um den Frost-Tausalz-Widerstand von Betonen in der Expositionsklasse XF2 durch ein Laborprüfverfahren nachweisen zu können, wurde in den letzten Jahren das modifizierte CDF-Verfahren (XF2) entwickelt, das einen abgeschwächten Frost-Tausalz-Angriff gemäß XF2-Exposition erzeugt und eine Beurteilung des Frost-Tausalz-Widerstandes bei mäßiger Sättigung zulässt. Hierbei wird bei gleicher Abkühlrate wie beim bekannten CDF-Verfahren für die Exposition XF4 die Minimaltemperatur auf -10 °C angehoben und die Prüfdauer auf 14 Frost-Tau-Wechsel verkürzt. Aufgrund der geringen Datenbasis war es bisher nicht möglich ein Abnahmekriterium festzulegen, mit dem für die Expositionsklasse XF2 geeignete Betonzusammensetzungen zuverlässig von ungeeigneten unterschieden werden können. Auch konnte das Prüfverfahren für eine Validierung noch nicht ausreichend charakterisiert werden. Eine Validierung des Prüfverfahrens würde es ermöglichen, Betonmischungen auch in der Expositionsklasse XF2 zu bewerten. Die Ziele des Forschungsvorhabens waren deshalb, eine Empfehlung für ein an der Praxis orientiertes Abnahmekriterium zu geben und das modifizierte CDF-Verfahren (XF2) zu validieren. Da eine Bewertung des Frost-Tausalz-Widerstands über ein Laborprüfverfahren nur dann möglich ist, wenn ein an der Praxis orientierter Grenzwert vorliegt, wurde auf Basis der Prüfung von 17 verschiedenen Betonrezepturen eine Empfehlung für ein Abnahmekriterium von 1000 g/m² mittlerer aufsummierter Abwitterung nach 14 Frost-Tau-Wechseln gegeben. Dieses Kriterium gilt für die untersuchten Betone, die bis auf die Mindestdruckfestigkeit die Anforderungen an die DIN-Normen erfüllen. Um die Prüfstreuung des modifizierten CDF-Verfahrens (XF2) zu beurteilen und damit die Qualität des Prüfverfahrens abschätzen zu können, wurden die Präzisionsdaten in Anlehnung an DIN ISO 5725 ermittelt. Die Präzision ist ein wichtiges Kriterium für die Qualität eines Prüfverfahrens. Die Wiederholpräzision wurde am cbm der TU München durch die Prüfung von 29 Betonen mit 17 verschiedenen Zusammensetzungen bestimmt. Bei einer mittleren Abwitterung von 1500 g/m² lag die Wiederholpräzision mit rund 13 % leicht über der Wiederholpräzision, die für das bereits bekannte CDF-Verfahren ermittelt wurde. Für eine mittlere aufsummierte Abwitterung von 1000 g/m² ergibt sich ein Variationskoeffizient von 13,9 %. Die Präzision unter Zwischenbedingungen umfasst den Einfluss aus der Betoncharge (Zeit) sowie aus unterschiedlichen Bearbeitern und Prüfgeräten. Die in diesem Forschungsvorhaben durchgeführten Untersuchungen zeigten mit einem Variationskoeffizienten von 18% bei einer mittleren Abwitterung von 1000 g/m² eine verhältnismäßig geringe Streuung der Prüfergebnisse unter Zwischenbedingungen. Die Vergleichspräzision gibt das Maximum der Streuung an. Sie wird durch Messungen unter veränderlichen Bedingungen (verschiedenen Labors, verschiedenen Bearbeiter und verschiedene Geräteausstattung) ermittelt. Zur Bestimmung der Vergleichspräzision wurde ein Ringversuch durchgeführt, an dem sich fünf deutsche Institute beteiligten. Untersucht wurden drei Betone, die sich deutlich in ihrem Frost-Tausalz-Widerstand unterschieden. Die Betonqualitäten konnten eindeutig voneinander unterschieden werden. Alle Institute ermittelten für jeden Beton eine Steigung im Abwitterungsverlauf, die der erwarteten Schädigung entsprach. Bei einer mittleren Abwitterung von 1000 g/m² ergab sich ein Variationskoeffizient unter Vergleichsbedingungen von 26 %. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass das modifizierte CDF-Verfahren (XF2) gemäß DIN EN ISO 17025 validiert ist. Die Korrelation zur Praxis wurde bereits in einem vorangegangen Forschungsvorhaben festgestellt. Für die hier untersuchten Betone wurde ein Abnahmekriterium von 1000 g/m² mittlerer aufsummierter Abwitterung nach 14 Frost-Tau-Wechseln abgeleitet. Die Präzision des modifizierten CDF-Verfahrens (XF2) liegt in der Größenordnung anderer etablierter Festbetonprüfungen (zum Beispiel der Druckfestigkeitsprüfung). Demnach liefert das modifizierte CDF-Verfahren (XF2) reproduzierbare und präzise Ergebnisse.
Kurzfassung auf Englisch: Currently there is no test method for evaluating concrete compositions which should fulfil the requirements of the exposure class XF2. Therefore, the "modified CDF method XF2" was developed in recent years. Compared to the established CDF method for evaluating concretes in the exposure class XF4 the cooling ratio is unchanged. The minimum temperature changed to -10° C and the test period was shortened to 14 freeze-thaw-cycles. Due to the small data base a resistance limit has not been determined yet. Such a resistance limit allows a distinction between resistant and non-resistant concrete. To verify the test method, it must be assessed in accordance with DIN ISO 5725. Such verification would show that the test method is approved with respect to practical performance. Therefore, the aims of this study were to define a resistance limit which represents the practical knowledge and to verify the test method. To determine a resistance limit, 17 different concrete compositions have been analysed. All concretes meeting strictly all the design specifications of standards had a mean scaling below 1000 g/m². Therefore, the resistance limit after 14 freeze-thaw-cycles for the analysed concrete compositions is 1000 g/m² mean scaling. To evaluate the scatter of the "modified CDF method XF2" the precision was determined in accordance with ISO 5725. The precision of a test method is the basis of any acceptance criterion for the quality assessment of a product. The repeatability covering the scatter of the materials and the test method was determined by evaluating 29 different concretes with 17 different compositions. The coefficient of variation for repeatability after 14 freeze-thaw-cycles at 1500 g/m² mean scaling has been established at 13 %. Thus, the scatter of the "modified CDF method XF2" is slightly higher than the scatter of the established CDF method. Under consideration of the scatter of the material, the scatter of the "modified CDF test XF2" is very good. At 1000 g/m² mean scaling the coefficient of variation for repeatability after 14 freeze-thaw-cycles was 13,9 %. The scatter between laboratories contains the impact of different operators and different equipment. In this research project investigations under intermediate precision conditions varying the factors time, operator and equipment have been carried out. The results showed a high precision under intermediate conditions. The coefficient of variation of reproducibility has been established at 18 % at 1000 g/m² mean scaling. The precision under reproducibility conditions indicates the maximum of the scatter. To assess the reproducibility a round robin test is necessary. To determine the reproducibility a collaborative assessment experiment was carried out. Five German institutes participated. Three concrete series with expected very high, intermediate and very low freeze resistance were tested. At a mean scaling of 1000 g/m² the reproducibility coefficient of variance has been established at 26 %. Thus, the precision of the "modified CDF method XF2" is in the range of other established test methods for hardened concrete (i.e. measurement of compressive strength). In summary, the results of this research project showed that the “"odified CDF method XF2" is precise and reliable.