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Korrosion von Stahlfasern in gerissenem und ungerissenem Stahlfaserbeton. Abschlußbericht

Bauforschung, Band T 2802
R. Weydert
TH Aachen, Institut für Bauforschung -ibac-
1998, 90 S.
Fraunhofer IRB Verlag

Inhalt

Die Korrosionsmechanismen bei Stahlfaserkorrosion, insbesondere im gerissenen Beton, waren Gegenstand des Forschungsvorhabens. Hierbei wurden sowohl chlorinduzierte Korrosion als auch Korrosion infolge von Karbonatisierung des Betons untersucht. Die Untersuchungen wurden an Stahlfaserbetonbalken durchgeführt, die mit unterschiedlichen Faserarten und -gehalten hergestellt waren. Die untersuchten Rißbreiten lagen für den karbonatisierten Beton im Bereich von 0,05 bis 0,40 mm, bei Chlorideinwirkung wurden Rißbreiten zwischen 0,20 und 0,40 mm untersucht. Wesentliches Forschungsziel war die Klärung der Frage, ob und weshalb Stahlfasern selbst bei für herkömmlichen Stahlbeton überkritischen Chloridgehalten des Betons nicht korrodieren. Zu klären war ebenfalls, ob rißüberbrückende Stahlfasern einen gegenüber Bewehrungsstahl erhöhten Korrosionswiderstand aufweisen. Gegenstand der Untersuchungen war vor allem die Dauerhaftigkeit der Fasern im Rißbereich. Wie für Stahlbeton interessiert die Frage, ob eine kritische Rißbreite für Faserbeton existiert, unterhalb derer eine Depassivierung der Faseroberflächen unwahrscheinlich ist und demzufolge nicht mit Korrosion zu rechnen ist.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

1 AUSGANGSSITUATION UND UMFANG DER UNTERSUCHUNGEN 2
2 GRUNDLAGEN DER STAHLFASERKORROSION 3
2.1 Allgemeines 3
2.2 Eindringmechanismus von Chloriden in den Beton 4
2.2.1 Grundlagen 4
2.2.2 Einfluss der Betonzusammensetzung 5
2.2.3 Einfluss der Nachbehandlung 6
2.2.4 Einfluss der mikroklimatischen Bedingungen an der Betonoberfläche 7
2.2.5 Zusammenfassung 7
2.3 Kritischer Chloridgehalt 8
2.4 Mechanismen bei chloridinduzierter Korrosion 9
2.4.1 Allgemeines 9
2.4.2 Einfluss der Betonzusammensetzung auf die Korrosionsgeschwindigkeit 11
2.4.3 Einfluss der mikroklimatischen Umgebungsbedingungen auf die Korrosion 12
2.4.4 Einfluss von Rissen 12
2.5 Korrosion infolge Karbonatisierung 13
2.5.1 Grundlagen 13
2.5.2 Einfluss der Betonzusammensetzung auf die Karbonatisierung 14
2.5.3 Einfluss der Nachbehandlung 14
2.5.4 Einfluss der mikroklimatischen Bedingungen an der Betonoberfläche 15
2.5.5 Einfluss von Rissen 15
2.5.6 Korrosionsmechanismen in karbonatisiertem Beton 16
2.6 Spezielle Aspekte der Stahlfaserkorrosion 16
2.6.1 Allgemeines 16
2.6.2 Untersuchungsmethoden bei Stahlfaserkorrosion 17
2.6.2.1 Zerstörungsfreie Prüfverfahren 17
2.6.2.2 Zerstörende Prüfverfahren 19
3 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG 21
3.1 Versuchsumfang und Prüfkörperbeschreibung 21
3.2 Versuchsbedingungen - Chloridbeaufschlagung 24
3.2.1 Versuchsbedingungen - Karbonatisierung und Auslagerung 24
3.2.2 Versuchsserie 1A - Auslagerung nach Vorkarbonatisierung 24
3.2.3 Versuchsserie 1B - Auslagerung ohne Vorkarbonatisierung 25
3.2.4 Versuchsserie 2 25
4 VERSUCHSAUSWERTUNG 26
4.1 Druckfestigkeiten 26
4.2 Biegezugfestigkeiten 27
4.3 Untersuchung des Korrosionszustandes der Fasern nach Chlorideinwirkung 30
4.3.1 Faserkorrosion im gerissenen Beton 30
4.3.2 Faserkorrosion im ungerissenen Beton und kritischer Chloridgehalt 36
4.3.3 Bewertung der Ergebnisse 40
4.4 Korrosion infolge Karbonatisierung des Betons und Lagerung unter Außenbedingungen 41
4.4.1 Allgemeines 41
4.4.2 Faserkorosion in Rissen 41
4.4.2.1 Durchgeführte Untersuchungen 41
4.4.2.2 Versuchsergebnisse 43
4.4.3 Faserkorrosion im ungerissenen Beton 48
4.4.4 Bauwerksuntersuchungen 48
4.4.4.1 Allgemeines 48
4.4.4.2 Untersuchungsergebnisse - Bewehrte Stahlfaserplatten 49
4.4.4.3 Untersuchungsergebnisse der restlichen Faserbetonbauteile 53
4.4.5 Bewertung der Ergebnisse 53
5 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 55
5.1 Korrosion bei Chlorideinwirkung 55
5.2 Korrosion infolge Karbonatisierung des Betons 56
5.3 Auswirkungen möglicher Faserkorrosion auf praktische Anwendungsfälle 57
6 LITERATUR 60
TABELLEN A1-A9
BILDER B1-B12

Publikationslisten zum Thema:
Stahlfaserbeton, Faserbeton, Stahlfaser, Korrosion, Riss, Chlorid, Chloridgehalt, Karbonatisierung, Versuch, Prüfung(zerstörungsfrei),

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Forschungsberichte

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B. Maidl, A. Nitschke, M. Ortu
Bemessung von Stahlfaserbeton im Tunnelbau. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 2885
1999, 172 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

Es wurde das Tragverhalten von Stahlfaserbeton anhand eines umfangreichen Versuchsprogrammes untersucht. Dieses Versuchsprogramm umfaßte Prüfungen unter zentrischem Druck, Kombinationen aus Biegung und Druck sowie reiner Biegung. Den Schwerpunkt bildeten hierbei die Versuche mit einer kombinierten Momenten- und Normalkraftbeanspruchung. Insgesamt wurden drei unterschiedliche Fasertypen mit jeweils zwei Fasergehalten und sonst identischer Betonrezeptur untersucht. Als Ergebnis des Forschungsvorhabens wird ein geschlossenes Konzept zur Bemessung von Stahlfaserbeton im Tunnelbau vorgestellt. Diese Konzept umfaßt die Auswertung von Versuchen, die eindeutige Festlegung des Berechnungsmodells, die Definition von rechnerischen Grenzzuständen und die Bereitstellung einfacher Bemessungsdiagramme. Das modifizierte Konzept stellt gegenüber dem Konzept des Merkblatts des Deutschen Betonvereins eine Verbesserung hinsichtlich einer wirklichkeitsnäheren Erfassung und Abbildung des Tragverhaltens von Stahlfaserbeton und einer einfacheren Handhabung dar. Nach Meinung der Verfasser ist das modifizierte Konzept als Grundlage und Bestandteil für eine weitgehende Normung von Stahlfaserbeton geeignet.

G. König, L. Kützing
Bemessung von Stahlfaserbetonbauteilen auf Biegung und Schub. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 2928
1999, 56 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

Es wurde ein für Faserbetone neuartiges Bemessungsmodell aufgestellt. Aufbauend auf Erkenntnissen der Hochleistungsbeton-Forschung ist dieses Konzept konsequent auf Basis bruchmechanischer Kenngrößen erstellt, die anhand zentrischer Zugversuche experimentell ermittelt wurden. Weiterhin wurde ein einfaches Modell ausgearbeitet, mit dessen Hilfe das Entfestigungsverhalten von Stahlfaserbeton rechnerisch ermittelt werden kann und das auch einen stetigen Übergang zu faserfreien Betonen ermöglicht. Dieses Modell, mit dessen Hilfe bruchmechanische Kenngrößen ermittelt werden können, zeigt sehr gute Übereinstimmungen zu den experimentellen Kurven. Es basiert auf der Beschreibung der Wirkung einer Einzelfaser. Die Vereinfachung liegt im Ansatz der Verbundspannungsverteilung entlang der Faserachse und in der Vernachlässigung der Endverankerungen. Die Untersuchungen des Bauteilverhaltens konzentrieren sich im wesentlichen auf das Schubtragverhalten, da hier entsprechende Vorgaben in den Bemessungs-Empfehlungen der DBV-Merkblätter zum Stahlfaserbeton gänzlich fehlen. Unter Ansatz der rechnerischen Verformbarkeiten wurden vorhandene bruchmechanische Konzepte hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit auf Stahlfaserbeton untersucht, modifiziert und bewertet. Dabei wurde deutlich, dass die vorgestellten Modelle von Hillerborg und insbesondere von Zink sehr einfach für die Anwendung auf Stahlfaserbeton verändert werden können. Die Güte der Übereinstimmung zwischen Modell und Experiment ist hoch. Die Untersuchungen an praxisgerecht längsbewehrten Biegeträgern ergaben, dass Fasern zur Aufnahme planmäßiger Zugbeanspruchungen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nur bedingt geeignet sind. Das gilt nicht für statisch unbestimmte Konstruktionen und die Anwendung bei zwängungsbeanspruchten Systemen. Hierbei nehmen die Fasern die Verformungen auf und sorgen gleichzeitig für kleine Rissbreiten.

R. Weydert
Korrosion von Stahlfasern in gerissenem und ungerissenem Stahlfaserbeton. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2802
1998, 90 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

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