Fracture mechanics of concrete: Structural application and numerical calculation

Oberflächeneigenschaften von Beton
DBV-Heft, Band 26
2013, 54 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
DBV

 

 

Die Beiträge im vorliegenden DBV-Heft 26 "Oberflächeneigenschaften von Beton" basieren auf Forschungsprojekten, welche durch den Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein E. V. (DBV) in den Jahren 2010 bis 2012 durchgeführt wurden. Nach einem vorangestellten allgemeinen Beitrag zu den Eigenschaften der Betonrandzone wird auf konkrete baupraktische Fragestellungen, die sowohl die Frischbeton- als auch die Festbetoneigenschaften betreffen, eingegangen. Es werden im Besonderen die folgenden Themen behandelt: - Einfluss der Betonzusammensetzung und der Fließmittel auf eine Hautbildung bei Frischbeton; - Auswirkungen der Austrocknung der Betonrandzone auf die notwendige Nachbehandlungsdauer; - Vermeidung von Abplatzungen dünner Mörtelschichten an Betonoberflächen infolge Frost- und Temperaturwechselbeanspruchung; - Beurteilung der Wirksamkeit von Wasserglas zur Verbesserung des Verschleißwiderstandes bei Industrieböden; - Zusammenhang von Rissbreiten und Rissflankenbruchneigung bei befahrbaren Industriefußböden. Diese baupraktischen Fragestellungen weisen bei länger andauernden Betonagen, bei der Nachbehandlung des frischen und jungen Betons, bei der Beurteilung der Dauerhaftigkeit von Brückenkappen aus Beton sowie der Gebrauchstauglichkeit von Industrieböden eine besondere Relevanz auf.

Isabel Anders
Stoffgesetz zur Beschreibung des Kriech- und Relaxationsverhaltens junger normal- und hochfester Betone
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 73
2013, XII, 245 S., graph. Darst. 24 cm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Im Rahmen der Dissertation wird ein Stoffgesetz entwickelt, welches das Kriech- und Relaxationsverhalten normal- und hochfester Betone sowohl im sehr jungen als auch im höheren Belastungsalter korrekt zu beschreiben vermag. Es basiert auf einer Reihenschaltung verschiedener rheologischer Grundelemente, deren alternde mechanische Kennwerte innerhalb des gesamten Gültigkeitsbereichs des Modells thermodynamisch widerspruchsfrei definiert sind. Das Stoffgesetz berücksichtigt das komplexe nichtlineare Kriechverhalten unter konstanten und veränderlichen Spannungen. Für den Fall der Relaxation erfolgt die Lösung der zugrundeliegenden Integralbeziehung anhand eines numerischen Algorithmus. Grundlage für die Entwicklung und Optimierung des Modells bildete ein umfassendes Versuchsprogramm zum Kriechen und der Relaxation von im jungen Alter belasteten Betonen. Für die Verknüpfung der dort gewonnenen Erkenntnisse mit dem Spannungs-Dehnungs-Zeitverhalten von Beton mit höheren Belastungsaltern wird auf den in der Literatur veröffentlichten Kenntnisstand zurückgegriffen.

Stefan Röhling
Betonbau. Band 2
Hydratation - junger Beton - Festbeton
2012, 440 S., zahlr. Abb. und Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Betonbau wurde in den letzen Jahrzehnten durch eine Reihe von bedeutsamen Veränderungen und innovativen Entwicklungen geprägt. Diese Änderungen rücken vor allem die Qualitätssicherung immer weiter in den Mittelpunkt und fordern von allen Beteiligten ein umfassendes Wissen, das diese Reihe bietet. Die Inhalte wurden nicht nur für den Gebrauch in der Bauvorbereitung und Bauleitung ausgewählt, sonder sind auch für die Ausbildung im Bauingenieurwesen der Hochschulen und Universitäten geeignet. Alle Eigenschaften des Betons haben ihre Ursache in der Entstehung und der Struktur des Zementsteins. Aus diesem Grund widmet sich Band zwei den Hydrationsvorgängen und den Strukturentwicklungen im Beton. Auch das Thema der Erhärtung und Entwicklung der Betoneigenschaften behandelt der Autor ausführlich. Beanspruchungen aus Zwang, Schwinden und Kriechen sowie die verschiedenen Maßnahmen zur Verminderung und Vermeidung von Rissen runden die Thematik ab. Ergänzend werden wichtige Vorschriften auszugsweise wiedergegeben.

Viktoria Malarics
Ermittlung der Betonzugfestigkeit aus dem Spaltzugversuch an zylindrischen Betonproben
Karlsruher Reihe Massivbau, Baustofftechnologie, Materialprüfung, Band 69
Diss
2012, XIV, 230 S., m. graph. Darst. 240 mm, Softcover
KIT Scientific Publishing

 

 

Für die Ermittlung der Zugfestigkeit am Bauwerk kommt in der Regel nur der Spaltzugversuch an entnommenen Bohrkernen in Frage. Mit Hilfe von Umrechnungsfaktoren erfolgt schließlich die Abschätzung der einaxialen Zugfestigkeit f tief ct aus der experimentell ermittelten Spaltzugfestigkeit f tief ct,sp. Allerdings sind bisher die in den nationalen wie auch internationalen Normen verankerten Umrechnungsbeziehungen lediglich auf das Festigkeitsspektrum normalfester Betone (bis C55/67) beschränkt. Ziel der Arbeit war es daher, die bestehenden Beziehungen im Hinblick auf ihre Gültigkeit für hochfeste Betone zu überprüfen und ggf. anzupassen. Die Grundlage hierfür bildeten umfangreiche experimentelle sowie numerische Untersuchungen. Im Rahmen des Versuchsprogramms wurden insgesamt zehn Betone aus unterschiedlichen Festigkeitsklassen jeweils mit Kies und mit Splitt als Gesteinskörnung untersucht. Der Schwerpunkt der experimentellen Untersuchungen lag in den Spaltzugversuchen. Hierdurch wurde der Einfluss unterschiedlicher Parameter auf die Spaltzugfestigkeit sowie auf den Versagensmechanismus im Probekörper eingehend analysiert. Die weiteren untersuchten Einflussparameter resultierten aus geometrischen Gegebenheiten, aus der Art der Probekörpergewinnung sowie der Lasteinleitung.

Wolfgang Bethge, Thomas Richter
Beton, Prüfung nach Norm
Schriftenreihe der Bauberatung Zement
12., überarb. Aufl.
2011, 78 S., m. Abb. u. Tab. 21 cm, Softcover
VBT Verlag Bau u. Technik

 

 

Die seit 1976 herausgegebene Broschüre "Beton - Prüfung nach Norm" wurde an die neue Normengeneration angepasst. Die Broschüre beinhaltet die wesentlichen neuen Vorgaben für die Prüfung von Frisch- und Festbeton und ist eine übersichtliche Arbeitsgrundlage für Baupraxis, Lehre und Studium. Die Prüfung der Betonausgangsstoffe und die Verbindung zur Überwachung von Beton beim Einbau sind im Überblick dargestellt und werden zum Teil in den diesbezüglichen Zement-Merkblättern Betontechnik (www.beton.org, Bereich Fachinformationen) vertieft.

Oliver Millon, W. Riedel, M. Sauer, S. Knell, T. Rinder
Beton unter hohen Belastungsgeschwindigkeiten. Abschlussbericht zum Teilprojekt 2
Bauforschung Fraunhofer EMI, Band 3
2014, 120 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Schutz gefährdeter baulicher Strukturen gewinnt seit einigen Jahren an Bedeutung, da extreme Einwirkungen infolge von Unfällen, Naturkatastrophen und durch Sabotage vermehrt auftreten, die massive Schädigungen an diesen Bauwerken hervorrufen können. Das Verbundprojekt "Beton unter hohen Belastungsgeschwindigkeiten" widmete sich der Analyse des Widerstandsverhaltens von Betonstrukturen gegen solche Beanspruchungen. Ein besonderer Fokus wurde dabei auf Bauwerke nuklearer Anlagen und deren Schutz gelegt. Ziel des Teilprojekts 2 war die Verbesserung der Prognosefähigkeit numerischer Berechnungen für solche Belastungen. Ausgehend von einem mesomechanischen Modellansatz, der die zwei Phasen Zuschlag und Matrix berücksichtigt, wurde ein neues mesomechanisches Betonmodell entwickelt, das eine dritte Phase, die Grenzfläche zwischen Zuschlag und Matrix, berücksichtigt. Die Grenzfläche ist die schwächste Phase des Betons, von ihr geht sowohl unter statischer als auch unter dynamischer Belastung das Versagen aus. Mit Hilfe der am Institut seit einigen Jahren entwickelten Simulationsmethode MESOFEM wurde das Verhalten von Betonstrukturen unter extremer Belastung in hoher zeitlicher Auflösung und in drei Raumdimensionen berechnet. Zusätzlich zu den numerischen Untersuchungen wurde eine umfangreiche Charakterisierung des Betons und der drei Betonphasen durchgeführt. Neben der statischen Ermittlung von Steifigkeits- und Festigkeitsparametern wurden dazu die dynamischen Parameter Zugfestigkeit, Steifigkeit und Bruchenergie für hohe Verzerrungsraten mittels Spallationsversuchen am Hopkinson-Bar bestimmt. Ein besonderer Fokus wurde auf die Charakterisierung der Grenzfläche gelegt, hierzu liegen in der Literatur bislang nur sehr wenige Ergebnisse vor. Mit der Ermittlung von statischen und dynamischen Festigkeitseigenschaften wurde ein wichtiger Schritt für eine realistische Beschreibung der Grenzflächen getan, die Ergebnisse tragen wesentlich zur Verbesserung der Schädigungsprognose bei. Die im Projektverlauf erzielten experime

Wolfgang Brameshuber, Anya Vollpracht
Laborvergleichstest zum Langzeitstandtest nach DAfStb-Richtlinie. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3270
2012, 32 S., 7 Abb. u. 23 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen von allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen für zementgebundene Baustoffe wird neben der bautechnischen Eignung auch die Umweltverträglichkeit bewertet. Grundlage dieser Bewertung sind die Grundsätze /DIBO8/, die vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) veröffentlicht wurden. Als Auslaugversuch wird der Langzeitstandtest nach der Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton /DAfO5/ herangezogen. Für dieses Auslaugverfahren wurde im Auftrag des DIBt ein Laborvergleichstest durchgeführt, um die Versuchsstreuungen innerhalb eines Labors und zwischen unterschiedlichen Laboren zu ermitteln. Die Einzelheiten zur Durchführung des Laborvergleichstests wurden in einem Abstimmungsgespräch beim DIBt festgelegt. Fünf Labore bzw. Institute haben teilgenommen. Die Organisation und Auswertung des Laborvergleichstests wurde vom Institut für Bauforschung der RWTH Aachen (ibac) durchgeführt. Die Betonherstellung erfolgte zentral am Forschungsinstitut der Zementindustrie (FIZ). Jeder Versuchsteilnehmer erhielt drei Probewürfel mit einer Kantenlänge von 100 mm. Diese Probekörper wurden in den einzelnen Laboren nach der DAfStb-Richtlinie eluiert, wobei die Temperatur 20 plus/minus 1 Grad Celsius betragen sollte. Die Vorgaben für die Temperatur wurden von zwei Laboren leicht überschritten, was jedoch keinen signifikanten Einfluss auf das Ergebnis hatte. Analysiert wurden die Parameter pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Natrium, Kalium, Calcium, Aluminium, Sulfat sowie die Spurenelemente Blei, Cäsium, Chrom, Kupfer, Nickel, Vanadium und Zink. Natrium und Kalium wiesen mit einer Wiederholstandardabweichung von unter 3 Prozent und einer Vergleichsstandardabweichung von unter 10 Prozent die geringsten Streuungen auf. Diese Ergebnisse belegen die grundsätzliche Eignung des Auslaugverfahrens. Größere Abweichungen traten bei Aluminium, Calcium und insbesondere bei den Spurenelementen auf, sowie auch bei den pH-Werten und den Leitfähigkeiten. Gegebenenfalls bestehen hier Abhängigkeiten. Die Abweichungen bei den Spuren

Wolfgang Brameshuber, Anya Vollpracht, Christian Neunzig
Überprüfung der Aussagekraft des Wenner-Verfahrens zur Bestimmung der Dichtigkeit von Beton. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3262
2011, 47 S., 30 Abb. u. 10 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen von bauaufsichtlichen Zulassungen kann der Nachweis der Anrechenbarkeit von Betonzusatzstoffen nach dem sog. k-Wert-Konzept durch die Prüfung des Elektrolytwiderstands des Betons erfolgen. Dieser Nachweis wird geführt, wenn die Dichtigkeit des Betons nachgewiesen werden soll. Die Prüfung erfolgt an wassergelagerten Proben bei 20 °C, um auszuschließen, dass unterschiedliche Feuchten im Beton oder schwankende Temperaturen das Ergebnis verfälschen. Der Elektrolytwiderstand hängt jedoch neben der Dichtigkeit auch von der chemischen Zusammensetzung bzw. der elektrischen Leitfähigkeit des Elektrolyten ab. Im Inneren des Betons ist der Elektrolyt die Porenlösung. Die Leitfähigkeit der Porenlösung hängt von den Betonausgangsstoffen und dem w/z-Wert ab. Es ist daher denkbar, dass sich diese beiden Einflussgrößen überlagern bzw. aufheben können. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollte die Aussagekraft des Wenner-Verfahrens zur Bestimmung der Dichtigkeit von Beton überprüft werden. Um zu überprüfen, inwieweit der Elektrolytwiderstand unterschiedlicher Betonrezepturen mit der Dichtigkeit des Betons korreliert, wurden 7 Betonmischungen sowie die dazu gehörigen Zementsteine hergestellt. Untersucht wurde die Gefügedichtheit am Beton mittels Wasseraufnahme und Sauerstoffdiffusion sowie am Zementstein mittels Quecksilberdruckporosimetrie. Zudem wurde für jeden an dem zum jeweiligen Beton zugehörigen Zementstein eine Porenwasseranalyse durchgeführt. Die Ergebnisse der Dichtigkeitsprüfungen wurden mit den Ergebnissen des Wenner-Verfahrens gegenübergestellt. Hier zeigte sich keine generelle Korrelation für alle Betone. Bei den nicht flugaschehaltigen Betonen war ein Zusammenhang zwischen der Gasdiffusion und dem gemessenen Elektrolytwiderstand zu erkennen. Um die Aussage zu quantifizieren, wurden ebenfalls die Leitfähigkeiten, die am Zementstein ermittelt wurden, in Bezug zum gemessenen Elektrolytwiderstand gesetzt. Weitere Vergleiche des gemessenen Elektrolytwiderstandes mit den anderen ermittelten Ergebnissen wie de

Rolf Breitenbücher, Björn Siebert
Verbreitung und Schadenspotenzial saurer und sulfatreicher Grundwässer in Deutschland unter besonderer Berücksichtigung des Wiederanstiegs des Grundwassers. Tl. 1: Sachstandsbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2769
2011, 127 S., 43 Abb. u. 9 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Am Beispiel des Lausitzer und Mitteldeutschen sowie des Rheinischen Bergbaureviers wird die Entwicklung der Grundwasserbeschaffenheit in der Umgebung von Tagebauen erläutert, wobei hierzu bislang erst ansatzweise detailliertere Kenntnisse vorliegen. Auf Basis charakteristischer Beschaffenheiten bergbaulich belasteter Grundwässer wird deren Betonaggressivität bewertet, wobei wesentliche Einflussfaktoren, wie z.B. Transportbedingungen, Betonzusammensetzung etc., berücksichtigt werden. Nicht zuletzt aufgrund fehlender umfangreicher Kenntnisse über Endgrundwasserstände (nach Abschluss des Grundwasserwiederanstiegs), Strömungsverhältnisse bzw. Orientierung des Stoffaustrags in Verbindung mit der Gründungstiefe vorhandener Bauwerke lässt sich momentan das Schädigungsausmaß infolge des Betonangriffs durch bergbaulich belastetes Grundwasser quantitativ nicht genau beschreiben. Die Auswirkungen der durch Eisendisulfidoxidation mineralisierten Wässer auf deren Angriffspotenzial auf Betonbauwerke werden daher anhand aktueller Forschungsergebnisse zum kombinierten Säure-Sulfat-Angriff auf Beton sowie der Ergebnisse aus Untersuchungen an säure- bzw. sulfatgeschädigten Bauwerken abgeleitet. Mit Hilfe bisheriger Kenntnisse über die Schädigungsmechanismen bei Einwirkung saurer und sulfatreicher Wässer auf Beton lässt sich der Korrosionsfortschritt für charakteristische Angriffsszenarien unter Berücksichtigung wesentlicher Randbedingungen jedoch näherungsweise abschätzen. Um dem Angriffspotential durch bergbaulich belastete Grundwässer auf Bauwerke wirksam zu begegnen, sind Maßnahmen zu ergreifen, die den Angriffsgrad des angreifenden Mediums verringern bzw. den Widerstand betroffener Bauwerke erhöhen. Hierzu werden im vorliegenden Bericht einzelne, in der Praxis bewährte Methoden beispielhaft aufgeführt.

W. Brameshuber, V. Cvetkovic, D. Saenger, F. Spörel, A. Rahimi
Messung des tiefenabhängigen Feuchtegehaltes. Ergänzende Untersuchungen. Abschlußbericht
Fortführung des gleichlautenden Forschungsvorhabens mit der Best.-Nr. T 3181
Bauforschung, Band T 3214
2009, 61 S., 42 Abb., 11 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im vorliegenden Forschungsbericht werden Untersuchungen zum Einfluss der Karbonatisierung auf den elektrolytischen Widerstand von Beton beschrieben. Letzterer steht in engem Zusammenhang mit dem Wassergehalt des Betons. Anlass dieser Untersuchungen waren Ergebnisse verschiedener Forschungsvorhaben, bei denen am Bauwerk eine über die Jahre fortschreitende Karbonatisierung die in-situ-Messungen des Elektrolytwiderstands beeinflussen konnte. Es wurden daher die vom DAfStb geförderten Messungen an der Kaimauer Nordenham und der Kläranlage Schleiden herangezogen, um diesen Einfluss herauszuarbeiten. Dazu wurden zunächst Kalibrierkurven von etwa 1prozentiger CO2 -Atmosphäre karbonatisierten und nicht-karbonatisierten Betons unter Berücksichtigung eines möglichen Chlorideinflusses erzeugt. Dabei wurden sowohl die Methoden des direkten Einbaus (TEM) als auch des nachträglichen Einbaus (Sorptionsisotherme) verwendet.