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Erweiterung der Bewertungsansätze

Pflasterstein mit Vorsatz – ein System Die Möglichkeiten zur Beeinflussung der Pflasterstein- und Plattenqualität haben sich in den letzten Jahren von der Rohstoff- und Hilfsmittelauswahl enorm erhöht, die damit verbundenen Risiken auch. Die Schwierigkeiten, Kundenbedürfnisse, speziell in der „visuellen Qualität“ zu befriedigen, haben damit nicht abgenommen. Dies hat neben den steigenden Ansprüchen der Kunden unter anderem auch mit den Bewertungsmethoden zu tun, welche dem Systemaufbau und der stetig zunehmenden Komplexität noch zu wenig Rechnung tragen. Ein Zement- und oder ein Zusatzmittelwechsel kann beispielsweise die Porenstrukturen, die Hydratationsabläufe, den Hydratationsgrad und damit das allgemeine Verhalten gravierend verändern; mehr als dies gemeinhin angenommen wird. Ohne gezielte Beobachtung und Überwachung kann das System schon mit einer relativ „kleinen“ Veränderung aus dem Gleichgewicht geraten. Aus diesem Hintergrund heraus soll in dieser Arbeit als Beispiel ein Pflasterstein mit Vorsatz analysiert werden. Ein Pflasterstein mit Vorsatz ist im Gegensatz zu einem Monostein unter Berücksichtigung von Konzept und Herstellung ein sehr komplexes zweischichtiges System. Insbesondere sollte vermehrt der Tatsache Rechnung getragen werden, dass für die meisten kundenrelevanten Qualitätsmerkmale die Hydratationsabläufe und die daraus folgenden Porenstrukturen im Vorsatz verantwortlich sind. Dabei sind meist unzufriedene Kunden nicht primär auf ein bestimmtes Konzept, sondern vielmehr auch auf zu große Streuungen innerhalb von Produktionslosen oder von Los zu Los zurückzuführen.

Erfahrungen aus der Praxis n Der Systemaufbau des zweischichtigen Steins wird weder in der Konzeption noch bei der Überwachung noch bei der Normprüfung genügend berücksichtigt. n Die qualitäts- und oberflächenrelevanten Parameter und Eigenschaften müssen deshalb konsequenterweise auch bei der Produktionsüberwachung, und vor allem auch direkt am Vorsatz ermittelt werden. n In Diskussionen und Berichten kann immer wieder beobachtet werden, dass versucht wird, Oberflächeneigenschaften wie beispielsweise Frost- und Ausblühwiderstand, Abriebfestigkeit, Farbkonstanz etc. mit der Rohdichte oder der Druckfestigkeit (bestimmt am Hinterbeton) zu korrelieren. n In der Produktionsüberwachung werden oft „Nass-Rohdichten“ über die Verdrängungsmethode ermittelt. Dies ist begrüßenswert, allerdings wird bei diesem Verfahren infolge der Massenverhältnisse nur der Hinterbeton bewertet. Die für den Kunden relevanten Vorsatzparameter gehen bei dieChristoph Häring, Maschinenbauingenieur, hat große Erfahrung im Bereich der Zement-, Beton- und Faserzementtechnologie. Er leitete während langer Zeit Faserzementwerke namhafter internationaler Gesellschaften in Brasilien und Japan und wirkte als Leiter der Umsetzung der Forschungs- und Entwicklungsergebnisse im Bereich Asbest-Ersatzfasern auf den Einsatz im Werk. Heute ist er über die Firma CemTec, technische Beratungsstelle für zementgebundene Systeme, selbstständiger Berater der Schweizer und auch der internationalen Betonwarenindustrie.

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Broadening the approach to quality assessment

Pavers with facing – a complex system The possibilities and opportunities for influencing the quality of pavers have increased enormously, due to the wide choice of cements and admixtures that have in recent years become available. On the other hand, the associated risks have also increased. Problems of satisfying customer demands, particularly with regard to the visual quality, have also not decreased. One of the reasons for this, apart from customers’ generally everincreasing expectations, is that the evaluation methods used still take insufficient account of system structures and their continuously increasing complexity. A change in cement or admixture, for example, can considerably change the pore structures, the hydration processes, the degree of hydration and, as a result, the overall behavior; much more so than is generally assumed. Without selective observation and supervision, even a relatively “minor“ change can throw the entire system off balance. In this context, this paper will present as example an analysis of a paving block with facing. A paving block with facing, in comparison to a monoblock, is a highly complex, two-layer system, when considering it in terms of the mix design and the production process. In particular the fact that the hydration processes and the resulting pore structures in the facing determine the quality attributes of relevance to the customer should receive more attention. Most often, it’s not only a specific mix design that is at the root of a customer’s dissatisfaction, but also the excessive variations in production batches and from one batch to the other.

Experiences from practice n The system structure of a two-layered block is not sufficiently taken into account, neither in its conception nor in the course of supervision. n The quality- and surface-relevant parameters and properties must therefore, to be consistent, also be determined during production control, and in particular directly on the facing. n In discussions and reports it can be repeatedly observed that attempts are being made to correlate surface properties, such as the resistance to frost and efflorescence, abrasion resistance, color etc. with the density or the compressive strength (determined on the backing concrete). n In the course of production control, “wet densities“ are often determined by the displacement method. This is a good thing, except that with this method, due to the mass ratios, only the backing concrete is assessed. In this test, the parameters for the facing relevant for the customer get lost. The same applies to the water absorption tests that are performed on the whole block with facing.

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ser Prüfung verloren. Das gleiche gilt für die Bewertung der Wasseraufnahmen an ganzen Steinen mit Vorsatz. n Ohne Systembetrachtung und entsprechendes Handeln entstehen immer wieder Missverständnisse und Fehlinterpretationen.

Rohdichten und Porositäten von Vorsatz und Hinterbetonen – Ist-Aufnahme an Produkten europäischer Hersteller

Rohdichte in kg/dm3/Density in kg/dm3

Die notwendigen Informationen für eine echte Bewertung des Vorsatzes, mit dem Ziel einer Verbesserung des Kundennutzens, kann nur am vom System abgetrennten Vorsatz gewonnen werden. Am abgetrennten Vorsatz und Hinterbeton kann über die Rohdichten, das Porenvolumen (nur bei bekannten Rohstoffdichten) und die Porengrößenverteilung ermittelt und mit dem Oberflächenverhalten korreliert werden (beispielsweise Abtrocknung, Saugen, Wassertransport, Frostwiderstand etc.). n Auf Grund der sehr unterschiedlichen Rezepturen in Vorsatzund Hinterbeton mit einem extrem unterschiedlichen Verdichtungsverhalten (aber im Produktionsprozess identischer Verdichtungsparameter für Vorsatz und Hinterbeton), entwickeln sich die beiden Rohdichten, Porengrößenverteilung und Porenvolumina sehr unterschiedlich und unabhängig voneinander. n Die unterschiedlichen rohstoffbedingten Verdichtungsverhältnisse sind in Bild 1 mit Material ab einer Großanlage von Werk A, auf dem Probenfertiger verdichtet, dargestellt. Die effektiv am Pflasterstein über die Trockenrohdichte ermittelten Nass-Rohdichten ab Produktionsanlage stimmen wie immer sehr gut mit den im Werk gemessenen Rohdichten überein. Verdichtungswilligkeit: Vorsatz und Hinterbeton Rohdichte von Material ab Großanlage (Nassdichte) Conduciveness to compaction: Face and backing concrete Density of the materials obtained from large-scale industrial plant (wet density)

Vorsatz/Face Hinterbeton Backing concrete

Vorsatz und HInterbeton NassRohdichten im Werk A, erzielt mit 11 Hüben, ergibt Trockenrohdichten, bestimmt ab Werk: 2,35 bzw. 2,24 kg/dm3

n Without looking at the system and without taking the appropriate action, misunderstandings and misinterpretations again and again are bound to result.

Densities and porosities of facing and backing concrete – recording the status quo on products of European manufacturers The necessary information for a true assessment of the facing, aimed at enhancing the customer’s benefit can be obtained only on the facing, separately from the system. On the separated facing and backing concrete, the pore size distribution can be determined over the pore volumes (provided the densities of the raw materials are known) and correlated with the surface behavior (for example drying, absorption, water transport, frost resistance etc.). n Due to the great variations in the mix designs for the facing and backing concrete and their extremely different compaction behavior (but in the production process identical compaction parameters for facing and backing concrete), the densities of the two mixes, their pore size distribution and their pore space develop in quite different ways and independent from each other. n The different compaction conditions that result from the raw materials are shown in Figure 1. Compaction took place on a sampler maker. The effective dry density determined on the wet densities at the production plant are as always in good agreement with the densities determined in the concrete plant. n As investigations made on paving blocks of European origin have repeatedly shown in recent years (aggregates of identical density), the densities of facings made of a finer facing mix are as a rule by 0.10 to 0.25 kg/dm3 lower than those of the backing concretes. And that is a good thing, as far as the “conventional“ earth-moist systems with high cement contents are concerned, resulting in excellent, long-term results; a proper choice of admixtures provided. n With the current test conditions, where production control relies largely on the backing concrete, the densities typically vary in the facing more so than is the case in the backing concrete. The standard deviations of the densities of the facing are as a general rule higher by a factor of two or three than the backing concrete. n In many cases, the large variations in the facing result, among other causes, from the excessive quantities of facing

Anzahl Hübe/Number of lifts

Bild 1. Typischer Verlauf der Rohdichten von Vorsatz und Hinterbeton im Werk A (relativ traditionelle Rezepturen). Mit extrem zementabgemagerten Hinterbetonrezepturen können die Verdichtungskurven noch weit mehr auseinander klaffen Fig. 1. Typical course of densities on the face and backing concrete in plant A (relatively conventional mix designs). In backing concrete mixes made with extremely lean cement, the compaction can deviate even more n Wie die Untersuchungen der letzten Jahre an Pflastersteinen aus dem europäischen Raum immer wieder zeigten (Zuschlägen mit gleicher Rohdichte), liegen die Vorsatzrohdichten mit der feineren Vorsatzrezeptur in der Regel um 0,10 bis 0,25 kg/dm3 unter denjenigen der Hinterbetone. Das ist bei den „traditionellen“ erdfeuchten Systemen mit hohen Zementanteilen, wie die Erfahrungen zeigen, auch sehr gut so und ergibt mit entsprechend ausgewähltem Zusatzmittel sehr gute, langzeitig abgesicherte Ergebnisse. n Auf Grund der heutigen Prüfbedingungen, bei welchen sich

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Rohdichte feucht in kg/dm3 Moist density in kg/dm3

Face and backing concrete wet densities in plant A, achieved with 11 lift, results in oven-dry densities determined in the plant: 2.35 and/or 2.24 kg/dm3

Rohdichte abhängig von der Mischungslaufzeit Density depending on the mixing time

Rohdichte Density

Mischungsalter in Minuten Age of mix in minutes

Bild 2. Aus der Verdichtungskurve, erstellt mit dem Probenfertiger während der Mischungslaufzeit, stellte sich schnell heraus, wie das extrem unterschiedliche Abtrocknen der Steine und die stark schwankenden Grautöne über eine Reduktion der Vorsatzmischung vermindert werden können Fig. 2. From the compaction curve, obtained with the sample maker during mixing, it quickly became apparant how extreme differences in the drying of the blocks and the greatly fluctuating shades of gray can be reduced through the face mix

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Datum/Date 04.05.2001 Porengrößenverteilung/Pore size distribution

Gesamtporenraum (cc/g) Cumulative volume (cc/g)

Bild 3. Das Beispiel zeigt eine gut funktionierende Kombination von einem relativ stark zementabgemagerten, relativ dichten Hinterbeton und einem traditionell gefertigten Vorsatz mit hohem Zementanteil. Die abgestimmten Zusatzmittel im Vorsatz und Hinterbeton verhindern auch, dass Ausblühungen vom Hinterbeton auf den Vorsatz übertragen werden Fig. 3. The example shows a wellfunctioning combination of a relatively lean cement, dense backing concrete and a conventionally manufactured facing with a high cement content. The adjusted admixtures in the facing and backing concrete also prevent the efflorescence on the backing concrete to be passed on to the facing

100 90

.04

80

.035

70

.03

60 50

.025

Vorsatz Face

.02 .015

Hinterbeton Backing concrete

.01 .005 0

.001

.01

.1

1

n

40 30 20 10

10

0 100

n

Porenradius (Mikron)/Pore radius (micron)

n

n

n

n

n

n

n

n

20

.05 .045

die Überwachung weitgehend auf den Hinterbeton abstützt, streuen die Rohdichten beim Vorsatz immer stärker als beim Hinterbeton. Die Standardabweichungen der Rohdichten liegen in der Regel beim Vorsatz bis um einen Faktor 2 bis 3 höher als beim Hinterbeton. In vielen Fällen resultieren die großen Streuungen beim Vorsatz unter anderem auch aus noch allzu großen Vorsatzmischungen, was zu erhöhten Pufferzeiten führt. Weil das Augenmerk in der Überwachung nur auf den Hinterbeton gerichtet ist, variiert die Rohdichte unbemerkt zyklisch mit dem Mischerzyklus. Bild 2 zeigt ein Praxisbeispiel (Mischungslaufzeit > 60 min), in welchem nach den mit dem Probenfertiger ermittelten Erkenntnissen, die Mischungsgröße um zwei Drittel reduziert wurde. Bei Hinterbeton-Konzepten, welche extrem auf Zementabmagerung beruhen und damit die Verdichtungswilligkeit extrem erhöht werden kann, besteht die Gefahr, dass die Vorsatzrohdichten noch mehr streuen und/oder meist unbewusst von einem traditionell Vorsatz-Aufbau abgewichen wird, mit allen bekannten Risiken. Die wichtigen wasseraktiven Porenbereiche können mit der Quecksilberporosimetrie optimal erfasst und beurteilt werden. Die Streuung der Methode ist erstaunlich gering. Allerdings müssen für eine abschließende Beurteilung einige Grundsätze bei der Präparation (das Probenalter, aber auch das effektive Gesamtporenvolumen etc.) beachtet werden. Die Porengrößenverteilung ist im Vorsatz immer wesentlich gröber, wie in Bild 3 am Beispiel mit einem schon abgemagerten Hinterbeton zu sehen ist. Wird der Zementanteil des Vorsatzes ebenfalls reduziert, verschieben sich die Porenradien mit der Abmagerung von Zement in die feineren, mittleren Bereiche mit allen damit zusammenhängenden. Unterschätzt wird bei einem Zementtypwechsel oft auch die Veränderung der Porosität, insbesondere die Porengrößenverteilung, wie am Beispiel in den Bildern 4 und 5 aus den Ergebnissen einer Großanlage zu sehen ist. Außer dem Bindemittel blieben alle anderen Parameter (Rohstoffe, Anlage) unverändert, gegebenenfalls hat der Maschinenführer „nur das Wasser“ angepasst. Um den Rahmen dieses Aufsatzes nicht zu sprengen, wird vereinfachend in diesen Beispielen nur auf das Quecksilberporenvolumen eingegangen. Im Weiteren ist für eine Gesamtbeurteilung auch der Gesamtporenraum von Bedeutung, z. B. über die Vakuumdrucksättigung zu ermitteln. Damit kann praktisch der ganze Porenraum in einer genügenden Annäherung überblickt werden. Damit das System nicht mit einer „kleinen“ Änderung aus dem Gleichgewicht gebracht wird, sollte die eingesetzte Zusatzmittelmenge und der Zusatzmitteltyp in Übereinstimmung mit den neuen Porositätsverhältnissen gebracht werden. Für die laufende Überwachung eines gut abgestimmten Systems ist eine frequente und konsequente WZ- und Nassrohdichteermittlung an den laufenden Vorsatzchargen mit

n

n

n

n

n

n

mix still being manufactured, leading to higher buffer times. And because the control procedures focus exclusively on the backing concrete, no attention is paid to the fact that the density varies cyclically with the mixer cycle. Figure 2 shows an example from practice (age of mix > 60 mins.), where the mix size was reduced by two thirds, based on the results of the sample maker. With concepts that are extremely oriented towards an aslean-as-possible cement, increasing in that way the conduciveness to compaction, there is the danger of an even greater variation in the densities of the facing or that, mostly unknowingly, the conventional traditional mix designs for the facing are departed from. The important water-active pore areas can be optimally recorded and assessed by mercury porosometry. The variation in this method is surprisingly low. However for a conclusive assessment, certain principles should be considered for the preparation (age of specimen, the effective total pore space etc.). The pore size distribution in the facing is always significantly coarser, as illustrated in Figure 3 on the example of an already lean backing concrete. When the cement content of the facing is also reduced, the pore radii, as the cement is getting leaner, shift into the finer, mean areas, with all the consequences for the long-term behavior. Another factor that is often underestimated in changing to a different cement type is the change in porosity, in particular the pore size distribution, as can be seen from the results of a large-scale plant, shown in Figures 4 and 5. All parameters remained unchanged, except for the binder; “only the water“ having possibly been adjusted by the operator. In order not to go beyond the scope of this paper, and for the sake of simplification, the following examples will only deal with the mercury pore space. In addition, for an overall assessment, the total pore space has to be determined, e.g. through vacuum pressure saturation. This enables a good overview of virtually the entire pore space, allowing for sufficient approximation. To ensure that the system is not thrown off balance after a “minor“ change, the admixture dosage and type should be adjusted to agree with the new porosity ratios. For a continuous supervision of a well-adjusted system, the w/c and wet density should be frequently and consistently determined on the batches of facing concrete being processed, accompanied by statistical recordings (with interference limits), as a requisite measure for stabilizing the surface quality. First tests performed the with the sample maker show that a separate assessment of the compaction results to be expected for the facing and the backing concrete is possible. Processes during which such visual blemishes as spotting, efflorescence, discoloration etc. are passed on from one side of the system to the next during storage or application are especially difficult to assess and interpret.

Expectations and functions of facing and backing concrete Customers perceive quality as an optically and visually attractive product that ages well, and that is what they expect to get. Compressive strengths are of little interest to customers, as long as the strength for the intended use is achieved, which is usually the case with the standard values. An increase in compressive strength over and above the standard strength is of no additional benefit to the customer, but can be achieved, depending on the approach – as for example an increase in the compressive strength (in the backing concrete!) – however, often with serious risks for the visual development of the product. The reason for this becomes even clearer when taking into consideration that the backing concrete is responsible for the compressive strength, while the facing is responsible for

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Porenvolumen cc/g Pore volume cc/g

Hinterbeton-Porenvolumen cc/g Backing concrete pore volume cc/g

Porenvolumen cc/g Pore volume cc/g

Porenvolumen cc/g Pore volume cc/g

Vorsatz-Porenvolumen cc/g Face pore volume cc/g

Zementtyp/Cement type

Bild 4. Vorsatz: Das Quecksilberporenvolumen nimmt bei einem traditionellen zementreichen Vorsatz (immer gleicher Eintrag in kg/m3) von CEM I zum CEM II und CEM III zu (Grafik links auf cc/g bezogen) Fig. 4. Facing: In a facing rich in cement (at a constant kg/m3), the mercury pore volume increases from CEM I to CEM and CEM III (graphic on the left related to cc/g) einer statistischen Aufzeichnung (mit Eingriffsgrenzen) eine notwendige Maßnahme zur Stabilisierung der Oberflächenqualität. Erste Versuche mit dem Probenfertiger zeigen, dass die getrennte Bewertung der erwarteten Verdichtung von Vorsatz und Hinterbeton möglich ist. n Im System besonders schwierig zu bewerten und zu interpretieren sind Vorgänge, bei welchen visuelle Fehler wie Flecken, Ausblühungen, Verfärbungen etc. während der Lagerung und oder in der Anwendung von einer Systemseite auf die andere übertragen werden.

Erwartungen und Funktionen von Vorsatz und Hinterbeton Das Qualitätsverständnis und die Erwartung des Kunden bestehen in erster Linie in einem optisch und visuell ansprechenden Produkt mit einer würdigen Alterung. Druckfestigkeiten interessieren den Kunden wenig, sofern die Gebrauchsfestigkeit erreicht ist, was mit dem Einhalten der Normwerte in der Regel gegeben ist. Eine Erhöhung der Druckfestigkeit über die Norm und die vorgesehene Anwendung hinaus bringt keinen zusätzlichen Kundennutzen, kann aber je nach dem gewählten Weg, wie die Druckfestigkeitssteigerung (im Hinterbeton!) erreicht wird, erhebliche Risiken für die visuelle Entwicklung des Produktes beinhalten. Dies wird um so deutlicher, wenn berücksichtigt wird, dass der Hinterbeton für die Druckfestigkeit, aber der Vorsatz für die Oberfläche und zu einem großen Teil für die Kundenerwartung verantwortlich ist. Deshalb ist es auch sehr wichtig, die Verantwortungen der beiden Systemteile soweit möglich klar zu definieren und entflochten zu betrachten.

Hinterbeton Der Hinterbeton hat für die im Gesamten zu betrachtende kundenrelevante Qualität eine viel geringere Bedeutung als diesem meist zugeordnet wird. n Der Hinterbeton ist auf Grund der Spannungsverteilung in erster Linie für die Druckfestigkeitsentwicklung verantwortlich und für den Kunden wenig interessant. Die Druckfestigkeit ist auch gut messbar und entsprechend zu beeinflussen. n Bei ungünstigen Lagerungs- und Verlegebedingungen, aber auch in der normalen Bewitterung, kann der Hinterbeton in speziellen Fällen dafür verantwortlich sein, dass Ausblühungen oder Verfärbungen auf den Vorsatz übertragen werden. n In frostkritischen Gebieten ist auch die FT-Belastung aufzunehmen.

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Porenvolumen cc/g Pore volume cc/g

Zementtyp/Cement type

Bild 5. Hinterbeton: Bei einem zementabgemagerten, einem Gießbeton angenäherten Hinterbeton nimmt das Quecksilberporenvolumen vom CEM I zum CEM II und CEM III ab und zeigt im Gegensatz zum Vorsatz eine inverse Entwicklung (Grafik links auf cc/g bezogen) Fig. 5. Backing concrete: With a lean backing concrete, an approximated concrete of plastic consistency, the mercury pore volume of CEM I to CEM II and CEM III decreases and undergoes an inverse development, in contrast to the facing (graphic on the left related to cc/g) the surface and thus for the customer’s expectation. Therefore it is very important that the criteria for the two parts of the system are defined as clearly as possible, and separately from each other.

Backing concrete The backing concrete is of much lesser significance to the overall quality, from the customer’s point of view, as it is often attributed. n The backing concrete, due to the distribution of stress, is primarily responsible for the development of compressive strength and as such of little interest to the customer. And the compressive strength is also easy to measure and therefore also easy to influence. n In the presence of unfavorable storage and laying conditions, but also when exposed to normal weathering, the backing concrete can in special cases be the cause of efflorescence or discoloration in the facing. n Frost resistance

Facing concrete The facing concrete bears the greatest responsibility for the customer’s benefit and has the most important functions. These are the properties that are of special interest to the customer. They are, however, as a general rule not easy to measure or influence. n Color constancy with colored facing, constancy in the shade of gray for not pigmented products etc. n Constant and uniform surface quality and surface structure (roughness, skid resistance etc.) n Constant and for the region or the climatic conditions adequate frost resistance (low wear due to frost, good bonding with the backing concrete) n Constant absorption and drying behavior n Resistance to carbonate efflorescence during storage and under weathering n Resistance to discoloration of any kind, for example to the iron discolorations, much in the news these days n Resistance to wear for special applications n An in general good long-term behavior etc. n Positive visual changes (aesthetics, good aging etc.)

Vorsatzbeton

Frost resistance/system test: bond between facing and backing concrete

Die größte Verantwortung für den Kundennutzen mit den

The system test also includes checking the bond of the facing

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wichtigsten Funktionen muss der Vorsatzbeton übernehmen. Diese Eigenschaften sind für den Kunden speziell interessant. Diese sind allerdings in der Regel nicht immer einfach zu messen und zu beeinflussen. n Farbkonstanz bei farbigen Vorsätzen, Konstanz im Grauton bei nicht pigmentierten Produkten etc. n Konstante und gleichmäßige Oberflächengüte und Oberflächenstruktur (Rauigkeit, Antirutsch, Härte für Strahlen etc.) n Konstanter und für die Region oder die klimatischen Verhältnisse genügend hoher Frostwiderstand (geringer Frostabrieb, gute Haftung auf dem Hinterbeton) n Konstantes Saug- und Abtrocknungsverhalten n Widerstand gegen Karbonatausblühungen am Lager und in der Bewitterung n Resistenz gegen Verfärbungen jeglicher Art, beispielsweise auch die sehr aktuellen Eisenverfärbungen n Abriebfestigkeit für spezielle Anwendungen n Insgesamt gutes Langzeitverhalten, etc. n Positive visuelle Veränderung (Ästhetik, eine würdige Alterung etc.)

Frostwiderstand/Systemprüfung: Vorsatzhaftung auf Hinterbeton Zur Überprüfung des Systems gehört auch die Überprüfung der Haftung des Vorsatzes am Hinterbeton und/oder umgekehrt. Ein guter Vorsatz und ein guter Hinterbeton muss auch eine genügende Haftung aufweisen (Fehlerquellen: Zwischenrütteln, Zu-trocken/zu-nass-Kombinationen etc. können Schwierigkeiten ergeben). Grundsätzlich werden im CemTecEternit-Test die Pflastersteine nur noch liegend (Bild 6) bis zum eventuellen Zerfall von Vorsatz und/oder Hinterbeton, mindestens jedoch 200 FT-Zyklen geprüft. Die Kosten für ein Optimierungsprogramm sind damit auch für ein kleines Betonwerk noch tragbar.

Zusammensetzung der Streuungen Für die in dieser Arbeit diskutierte „visuelle“ Qualität führen meist nicht nur das Niveau einzelner Parameter zum kundenrelevanten Problem, sondern vielmehr auch deren Streuungen unter den Losen, aber auch in den Losen. Es sind verschiedene Kombinationen von Vorsatz- und Hinterbeton-Eigenschaften brauchbar und möglich, wenn die Streuungen im Prozess beherrscht werden. Die möglichen Streuungen beispielsweise beim wichtigsten Systemteil, dem Vorsatz, müssen auf verschiedenen Ebenen betrachtet und angegangen werden, angefangen von klimatischer Jahreszeit bedingten Einflüssen bei nicht geregelten Abbindekammern bis zu Streuungen innerhalb eines Steinquerschnittes: n Nicht geregelte Abbindekammern führen im Sommer und Winter (Verschiebung von Lösungsgleichgewichten), Montag und Freitag usw. zu anderen Produkten bzw. Produktoberflächen mit unterschiedlichem visuellem Verhalten (die Streuungen geben Probleme bei gemischt verlegten Produktionen). n Mischungsbedingte Streuungen, angefangen von Mischungsgröße und Mischungsalter etc. beeinflussen die visuelle Qualität sehr stark. n Zusatzmittelzugabe, Zeitpunkt, Mischabfolge und Mischzeiten etc. sind ebenso wichtige Größen für die Verdichtungsund Oberflächenkonstanz, insbesondere der Helligkeit. n Eine unregelmäßige Wasserdosierung beeinflusst die Verdichtungswilligkeit, den Grau- und Farbton. n Im Weiteren sind die Streuungen durch Füllfehler auf dem Brett, von Stein zu Stein und über den Steinquerschnitt zu beachten. n Rohstoffschwankungen, Rohstoff- und Zusatzmittelwechsel etc. verändern die Gefügeeigenschaften und beispielsweise

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to the backing concrete and vice versa. A good facing and a good backing concrete must also have sufficient bond (error sources: intermediate vibration, too dry/too wet combinations, etc. can cause problems). In the CemTec-Eternit test, the pavers are now exclusively tested standing on edge (Fig. 6) until the facing or the backing concrete is destroyed, or for at least 200 frost/de-icing salt cycles. The costs incurred by the concrete plant for the optimization program are thus still within a justifiable range.

Origin of the variations The “visual“ qualities that cause problems with customers and which are discussed in this paper can in most cases not be traced to the level of individual parameters, but to the variations from one batch to the next, or also within one and the same batch. A number of combinations of facing and backing concrete properties are of use and can be achieved, provided the variations in the production are mastered. The possible variations that occur for example on the most important part of the system, the facing, must be examined on different levels and dealt with; beginning with seasonal influences where the curing chambers are not regulated, all the way to the variations in a block’s cross-section: n Not regulated curing chambers will produce different products or product surfaces with different visual behavior in summer and winter, Mondays and Fridays etc. (the variations will cause problems when blocks from different productions are intermixed and laid). n Variations caused by the mixes, beginning with the size and age of the mix, among other factors, greatly influence the visual quality. n Admixture dosage, the time at which they are added, mixing sequence and mixing times etc. are other equally important parameters that determine the constancy of compaction and surface quality, in particular that of brightness. n An irregular water dosage influences the conduciveness to compaction; the shade of gray and the color shade. n The variations that occur due to incorrect filling on the board, from one block to the next and over the cross-section of the block must also be taking into account. n Fluctuations in the raw materials, a change in raw materials and admixture etc. change the properties of the structures and as a result also the absorption and drying behavior etc. A change in cement for the backing concrete can also change the surface aspects through a change in curing dynamics, where no regulated curing chambers are available. n And last but not least, the products change in terms of their degree of hydration and degree of carbonation in the course of storage, and as a consequence their appearance. V o r s a t z / F A C E

Prüfmedium Test medium Hinterbeton Backing concrete

Frostfront Frost-resistant layer

Bild 6. Die Haftung des Vorsatzes auf dem Hinterbeton sowie der Frost-Tausalz-Widerstand von Vorsatz- und Hinterbeton wird in einem Durchgang geprüft Fig. 6. The bond of the facing to the backing concrete and the frost/de-icing salt resistance of face and backing concrete is tested in one operation

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das damit verbundene Saug- und Abtrocknungsverhalten etc. Auch ein Zementwechsel im Hinterbeton kann den Oberflächenaspekt über eine andere Abbindedynamik verändern, wenn keine kontrollierte Abbindekammern vorhanden sind. Eine Zementreduktion reduziert z. B. die Abbindegeschwindigkeit. n Nicht zuletzt verändern sich die Produkte am Lager während der Lagerzeit im Hydratationsgrad und Karbonatisierungsgrad und damit im Erscheinungsbild. Damit bekommt auch die Logistik einen hohen Stellenwert (Produktionsplanung, Verpackung und Lagerhaltung).

Zusammenfassung n Ein Pflasterstein mit Vorsatz ist unter Berücksichtigung aller Anforderungen, Herstellung, Bewertung und Überwachung ein sehr komplexes System. n Da die Verdichtungseigenschaften von Vorsatz und Hinterbeton infolge der unterschiedlichen Rezepturen verschieden sind, wirkt sich eine Veränderung in den beiden Systemteilen auf die gebildeten Porenstrukturen immer unterschiedlich aus, oft auch, wenn nur an einer Schicht Veränderungen vorgenommen werden. n Da beim Pflasterstein der größte Anteil der anwendungsorientierten, kundenrelevanten Qualität vom Vorsatz geleistet werden muss, sind die konzeptionellen Überlegungen, die Bewertung und die Überwachung möglichst darauf auszurichten. n Neben einer frequenten Kontrolle des WZ sollte die Verdichtungswilligkeit an der laufenden Produktion überwacht werden. Damit werden die notwendigen Erkenntnisse gewonnen, um die großen Streuungen im Vorsatz abzubauen (beispielsweise eine zu große Vorsatzmischung). n Hinterbeton und Vorsatz müssen getrennt geprüft und bewertet werden, da ansonsten größere Missverständnisse entstehen können. n Korrelationen zwischen Druckfestigkeit, Hinterbetonrohdichte und der Oberflächenqualität (zum Beispiel Frost-Tausalz-Widerstand) können nicht erwartet werden. n In frostreichen Regionen darf dennoch der Frost-TausalzWiderstand vom Hinterbeton und die Haftung zwischen Vorsatz und Hinterbeton nicht vernachlässigt werden. n Zement- und Rohstoffwechsel (und/oder Zusatzmittelwechsel) verändern die Porositäten, insbesondere das wasseraktive Quecksilberporenvolumen und die Porengrößenverteilung von Vorsatz und Hinterbeton unterschiedlich und damit das kundenrelevante Verhalten sehr viel mehr als erwartet wird. n Jede Änderung an Rezeptur und Verfahren verändert auch den visuellen Aspekt und bringt „Schnittstellen“ bei der gemischten Verlegung von Massenprodukten. Die Langzeitauswirkungen von Veränderungen können zudem oft nur schwer abgeschätzt werden. n Auch das Übertragen von eventuellen Ausblühungen und Verfärbungen während der Lagerung von einer Schicht auf die andere oder das Wandern von gelösten Stoffen, beispielsweise vom Hinterbeton, je nach Porengestaltung bis auf die Vorsatz-Oberfläche, kann je nach Kombination möglich sein und muss bei der Bewertung mit berücksichtigt werden. n Die Bedingungen in der Abbindekammer, die Verpackung und die weitere Lagerung beeinflussen die Porositätsentwicklungen und das zukünftige Verhalten des Vorsatzes ebenfalls mehr als oft erwartet wird. Damit bekommt auch die Logistik einen hohen Stellenwert (Produktionsplanung und Lagerhaltung etc.). n Unter Berücksichtigung des relativ geringen Einsparpotenzials und den schon bekannten Risiken ist es für den Produzenten auch aus wirtschaftlichen Überlegungen interessant auf Zementreduktionen im Vorsatz zu verzichten, gegebenenfalls diese sogar wieder anzuheben.

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This particular aspect gives logistics an important role (production planning, packing and storage).

Summary n A paving block with facing is a highly complex system, taking into consideration all requirements, production, assessment and supervision. n Due to the different compaction properties of facing and backing concrete, resulting from the different mix designs, a change in the two parts of the system will also have different effects on the pore structures that are formed; in many cases also when changes are made to only one of the layers. n Because with paving blocks, the major part of the user-oriented, customer-relevant quality must be provided in the facing, the consideration for its mix design, the evaluation and the supervision should be oriented towards this aspect as much as possible. n Apart from a frequent checking of the w/c ratio, the conduciveness to compaction should be continuously checked during production. In this way, the required knowledge for reducing the variations in the facing can be gained (for example an excessively large facing mix). n Backing concrete and facing concrete must be separately tested and assessed. Otherwise, misinterpretations can cause major problems. n Correlations between the density of the backing concrete and the surface quality (for example frost/de-icing salt resistance) cannot be expected. n In frost-free regions, the resistance to frost/de-icing salt of the backing concrete and the mix design bond between facing and backing concrete should also not be neglected. n Changes in cement and raw materials (or a change in admixture) will also change the porosities, in particular the water-active mercury pore volume and the block’s customer-relevant behavior, more so than is generally expected. n Every change to the mix design and the production process will also change the visual aspect and results in “interfaces“ in pavements laid with mass products from different mixes. The long-term effects of changes are moreover difficult to estimate. n Also the carrying over of possible efflorescences and discoloration during storage from one layer to the next, or the migration of dissolved matter, for example from the backing concrete, possibly all the way to the surface of the facing, depending on the combination, can occur and must be considered in the assessment. n The conditions in the curing chamber, packaging and the subsequent storage conditions also influence the development of porosity and the future behavior of the facing, to a greater extent than often anticipated. This accords logistics an important role (production planning and storage etc.). n In view of the relatively low savings potential and the wellknown risks involved, it would be in the best economic interest of manufacturers not to reduce cement in the facing – or even to increase it. Christoph Häring, Lachen

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2004 25