The Realization of Clinker-Reduced, Performance-Based Sustainable Concrete by the Micro-Filler, Eco-Filler Concept

Abstract

In times of climate change, the reduction in embodied greenhouse gas emissions is a premise for sustainable concrete infrastructure. As Portland cement clinker is mainly responsible for the high CO2 emissions of concrete, its reduction is necessary. In order to be sustainable, the concrete must meet processing, mechanical and durability properties while taking cost aspects into account. The paper presents (i) the “micro-filler/eco-filler concept” for achieving a clinker reduced, optimised binder and (ii) a performance-based approach to put sustainable “Eco-concrete” into practice. Clinker is substituted by locally available inert fillers by at least two different particle size fractions and supplementary cementitious materials. The method is based on particle packing optimisation, reduction in water demand and optimisation of the mix ratio of the binder blend, which allows the performance requirements to be met. The new Eco-concretes deliver the desired performance in terms of processability, strength and durability (water penetration, frost, carbonation and chloride resistance) while lowering the environmental impact in comparison to standard concrete. One of the new mixes was used for a small animal passage tunnel. The direct comparison of the developed Eco-concrete and standard concrete showed a 24% reduction in CO2, while achieving satisfactory workability, stripping strength and durability performance.

Klimaverträglichkeit als Kriterium für Entwurf und Leistungsfähigkeit von Beton am Beispiel eines Kleintierdurchlasses der ÖBB

“…Zur Optimierung wurde das Konzept kombinierter Zemente und Zusatzstoffe (bzw. Füller) angewandt, das in Bild 4 schematisch dargestellt ist und in [22, 36, 39] ausführlich beschrieben wurde. In einem optimierten Bindemittelleim wird Zement (insbesondere Portlandzement CEM I aber auch Kompositzemente) mit einem hohen GWP mit gezielt ausgewählten SCM und Füllern kombiniert bzw.…”

“…Bild 5 zeigt die Arbeiten beim Einbau des Betons in die Schalung einer Flügelwand. Eignungsnachweise waren bereits im Rahmen von Misch‐ und Pumpversuchen beim Betonwerk etwa fünf Monate vor Ausführung durchgeführt worden und sind in [36] beschrieben.…”

“…4 sind die Ergebnisse des Ref‐Betons und des Eco‐Betons angegeben, der beim Einbau in die Schalungen der Flügelwände vor Ort entnommen wurde. Sie werden im Vergleich zu den Ergebnissen der Qualitätsprüfung der Betone bei der Eignungsprüfung [36] sowie den normativen klassenbildenden Grenzwerten nach ÖNORM B 4710‐1 [33] aufgeführt.…”

“…Die performancebasierte Betonentwicklung erfolgte iterativ in Stufen, nämlich (i) Auswahl geeigneter und regional verfügbarer Ausgangsstoffe, (ii) Entwicklung des Bindemittelleims nach dem Konzept kombinierter Zemente und Zusatzstoffe ("Eco-Füller-/Mikro-Füller-Prinzip" [36]), (iii) Mischungsentwurf und (iv) Nachweis der Betongüte am Frisch-und Festbeton. Aus mehreren Varianten von Betonrezepturen wurde, wie in [36] beschrieben, schließlich eine Eco-Beton-Rezeptur ausgewählt, über deren baupraktische Umsetzung im Folgenden berichtet wird. Mit der Zugabe von MF vergrößert sich in der Regel die spezifische Oberfläche des granularen Gemisches so stark, dass der Wasserbedarf für eine bestimmte Verarbeitbarkeit steigt [47].…”

“…Partikelgrößenverteilung (KGV) aus einer Zur Optimierung wurde das Konzept kombinierter Zemente und Zusatzstoffe (bzw. Füller) angewandt, das in Bild 4 schematisch dargestellt ist und in[22,36,39] ausführlich beschrieben wurde. In einem optimierten Bindemittelleim wird Zement (insbesondere Portlandzement…”