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Einfluss von Poren und Porenwasser auf die Festigkeitssteigerung von Beton unter hohen Belastungsgeschwindigkeiten


Mosig, Oliver
Quelle: Schriftenreihe Konstruktiver Ingenieurbau Dresden KID
Dresden (Deutschland)
Selbstverlag
2022, 268 S., Abb., Tab., Lit.
ISBN: 978-3-86780-692-3
Serie: Schriftenreihe Konstruktiver Ingenieurbau Dresden KID, Nr.60

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[Quelle: https://d-nb.info]

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Die Festigkeitssteigerung von Betonen unter hohen Belastungsgeschwindigkeiten ist seit über 100 Jahren im Fokus der Forschung. Bisher konnten bereits eine Vielzahl von möglichen Er-klärungen dieser Festigkeitssteigerung benannt werden, wobei die Heterogenität des Betons im Allgemeinen als eine wesentliche Ursache angenommen werden kann. Die Heterogenität des Betons resultiert aus den im Zementstein eingebetteten Zuschlägen, aber auch durch da-rin eingeschlossene Luft- und Wasserporen, welche Hauptgegenstand dieser Arbeit sind. Es wurde untersucht, inwieweit vorhandenes Porenwasser die Festigkeitssteigerung von Be-ton unter hohen Belastungsgeschwindigkeiten beeinflusst. Auf Basis von experimentellen Ver-suchen im Split-HOPKINSON-Bar an verschiedenen Normalbetonen konnte gezeigt werden, dass vorhandenes Porenwasser die statische und dynamische Betondruckfestigkeit in gleicher Weise signifikant reduziert. Diese Abnahme der Betondruckfestigkeit kann als unabhängig von der Belastungsgeschwindigkeit angesehen werden. Des Weiteren wurden numerische Untersuchungen zum Einfluss von Poren auf die Ausbrei-tung von Belastungswellen durchgeführt. Dabei rückten sowohl das globale Wellenausbrei-tungsverhalten in einer porendurchsetzten Struktur als auch die lokale Wellenbrechung an ei-ner Einzelpore, sowie das Porenmedium (Luft oder Wasser) in den Fokus. Es konnte gezeigt werden, dass vorhandene Poren die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit reduzieren und dass das Verhältnis aus Porengröße zur Belastungswellenlänge einen wesentlichen Einflussfaktor für die transiente Spannungsverteilung im Porenbereich darstellt. Insbesondere konnte mit ab-nehmender Belastungswellenlänge eine Reduzierung der örtlichen Kerbspannungen am Po-renrand beobachtet werden, woraus festigkeitssteigernde Effekte resultieren können.




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Das Bauwesen steht vor der Herausforderung, für mehr Menschen mit weniger Materialaufwand mehr zu bauen. Dies erfordert die Entwicklung neuer Technologien, die auf ein möglichst leichtes Bauen, die Minimierung des Verbrauchs an fossil erzeugter Energie sowie der vollständigen Rezyklierbarkeit der Bauteile abzielen. In diesem Kontext bestand das Ziel des Forschungsvorhabens in der Entwicklung von rein mineralischen, multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche in der Lage sind, die Anforderungen an die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit, das architektonische Erscheinungsbild sowie den Wärmeschutz zu erfüllen. Eine deutliche Massenersparnis, eine signifikante CO2-Reduktion sowie eine sortenreine Rezyklierbarkeit gegenüber herkömmlichen Massivbauteilen sollten erzielt werden. Das Ziel des Forschungsprojektes konnte durch die Entwicklung von rein mineralischen multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche den tragstrukturellen und bauphysikalischen Anforderungen gerecht werden, erreicht werden. Hierzu konnten sowohl die Berechnungsansätze auf der Basis normativer Regelungen formuliert und validiert werden, als auch die zielführenden Verfahren zur Bauteilherstellung identifiziert und weiterentwickelt werden. Zum Abschluss des Projektes konnte mit der Technologie eine Masseneinsparung von rund 60 % gegenüber Massivwänden mit Wärmedämmverbundsystem erzielt werden, bei vergleichbaren Baukosten. In nachfolgenden Projekten gilt es die erzielten Lösungen final zu erforschen und weiterführende Versuche durchzuführen, um die Technologie letztlich praxisreif zu machen.


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Frischbetonverbundsysteme (FBVS) werden in Deutschland i. d. R. als zusätzliche wasserseitige Abdichtungsebene auf wasserundurchlässigen Stahlbetonkonstruktionen (WU-Betonkonstruktion) angeordnet. Diese Form der Bauwerksabdichtung wird in Deutschland vermehrt seit 2012 eingesetzt und ist als neue Bauart bisher keinen Regelwerken zuzuordnen. Zum einen werden die FBVS i. d. R. nicht als eigenständige Abdichtung nach DIN 18533 angesehen, zum anderen werden sie derzeit nicht in der DAfStb-Richtlinie "Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton" behandelt. Der Verwendbarkeitsnachweis wurde bisher über allgemein bauaufsichtliche Prüfzeugnisse (abP) erbracht, der allerdings nicht auf einheitlichen Prüfgrundsätzen beruhte. Wesentliche Merkmale verschiedener Produkte können daher nur schwer miteinander verglichen werden. Neben diesen Unklarheiten zur Vergleichbarkeit von Produkten sind am Markt nach wie vor zahlreiche Planungs- und Anwendungsfragen zur Bauart vorhanden.


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