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Sulfatwiderstand und Phasenzusammensetzung von modernem Spritzbeton

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[Quelle: https://www.mobilityplatform.ch]

Spritzbeton ist im Tunnelbau eine weit verbreitete und kosteneffiziente Betonapplikation. Spritzbeton steht oft in direktem Kontakt mit Tunnelwässern, welche insbesondere sulfatbelastet sein können. Durch die spezielle Applikationstechnik und Materialzusammensetzung (geringes Grösstkorn und hohe Bindemittelanteile) und insbesondere der Zudosierung von hohen Beschleunigermengen unterscheidet sich Spritzbeton hinsichtlich seiner Mikrostruktur und chemischen Zusammensetzung deutlich von Normalbeton. In verschiedenen vom ASTRA finanzierten Projekten wurden verbesserte Verfahren zur Erfassung der Sulfatbeständigkeit von Normalbeton weiterentwickelt und validiert, welche nun auch für Spritzbeton angewendet werden sollen. Im Vordergrund stehen die neuen Zementsorten (CEM II, CEM III) und deren Zusammenspiel mit Beschleunigersystemen und Applikationstechnik. Vor allem alkalifreie, aluminatische Beschleuniger, welche aus umwelttechnischen Aspekten vermehrt eingesetzt werden, sind hinsichtlich deren Einflusses auf den Sulfatwiderstand nicht hinreichend bekannt. Generell ist auch die chemische Zusammensetzung, Porosität und Permeabilität dieser neuen Spritzbetone unzureichend erforscht. Die Ermittlung der Mikrostruktur, Porosität, Permeabilität und chemischen Phasenzusammensetzung von unter Praxisbedingungen applizierten Spritzbeton (ZB im Versuchsstollen Hagerbach) und die thermodynamische Modellierung (GEMS) der Phasenzusammensetzung soll daher mögliche Dauerhaftigkeitsrisiken in sulfathaltiger Umgebung aufdecken und Folgeschäden durch ungeeignete Spritzbetonkonzepte verhindern. Die anhand von Untersuchungen an Normalbeton erreichte Verbesserung des Verfahrens zur Beurteilung der Sulfatbeständigkeit mit einer Kurzzeitprüfung (FGU2010/001) wird neu auch bezüglich Spritzbeton angewendet.

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Oliver Fischer, Roland Niedermeier, Sebastian Schmidt
Erarbeitung von materialspezifischen Widerstandskennwerten für die Verbundfugenbemessung von Stahlfaserspritzbetonergänzungen im Hinblick auf das nationale Anwendungsdokument zu DIN EN 14487 und DIN EN 14488. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3364
2019, 104 S., 45 Abb. u. 32 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Forschungsarbeit wird die Tragfähigkeit der Verbundfuge von unbewehrten Stahlfaserspritzbetonergänzungen experimentell sowie numerisch untersucht. Die Bewertung der Schubfestigkeit der unbewehrten Verbundfuge erfolgt durch kleinformatige Probekörper ohne Fugennormalspannung und mit Fugennormalspannung. Dabei wird der Einfluss der Oberflächenvorbehandlung, des Betonuntergrundes und des Fasergehaltes bei verschiedenen Rautiefen unter Verwendung von verschiedenen, praxisüblichen Spritzbetonmischungen untersucht. Des Weiteren werden die zwangsspannungsinduzierenden Schwindverformungen für unterschiedliche Spritzbetonmischungen ermittelt. Die statistische Auswertung der durchgeführten Kleinkörperversuche ohne Fugennormalspannung zeigt, dass bei der verwendeten Fasergeometrie mit den Bemessungsansätzen der Adhäsionstragfähigkeit nach (DIN EN 1992-1-1:2011-01) in Verbindung mit (DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04) für Bauteile, die nachträglich mit Spritzbeton bzw. unbewehrten Stahlfaserspritzbeton ergänzt werden, unter sorgfältiger Nachbehandlung ein ausreichendes Sicherheitsniveau für Fugen der Rauheitskategorie rau, verzahnt und spritzrau erreicht wird.

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Rolf Breitenbücher, Jochen Stark, Björn Siebert, Peter Nobst
Schädigungspotential infolge erhöhtem Sulfatgehalt bei Verwendung alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger
Bauforschung, Band T 3156
2008, 58 S., 51 Abb., 23 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit dem Einsatz alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger für Spritzbeton im konstruktiven Ingenieurbau (z. B. bei Hangsicherungen, Im Tunnelbau, u.ä.) konnten mehrere bisher aufgetretene Probleme gelöst werden. Insbesondere haben diese Erstarrungsbeschleuniger gegenüber den klassischen Produkten Vorteile hinsichtlich reduzierter Auslaugbarkeit und der Früh- und Endfestigkeit. Alkalifreie Erstarrungsbeschleuniger werden meist auf Basis von Aluminiumhydroxid und Sulfat hergestellt. Der Wirkungsmechanismus dieser Erstarrungsbeschleuniger basiert auf einer erhöhten Ettringitbildung im frischen Spritzbeton. Bei einer üblichen Dosierung von ca. 4,0 bis 8,0 M.-Prozent bezogen auf den Zementgehalt wird damit zusätzlich Sulfat in den Beton eingetragen, wobei dieser Anteil auch in etwa in der Größenordnung des nach DIN EN 197-1 max. zul. Sulfatgehaltes liegt. Das Potential für eine schädigende Ettringit- und/oder Thaumasitbildung wird folglich seitens Sulfat in etwa verdoppelt. Inwieweit dieses Potential im Spritzbeton tatsächlich zu Schäden führt, wurde bisher noch nicht näher untersucht. Ziel des Forschungsvorhabens war es zu untersuchen, inwieweit der durch den Einsatz alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger verursachte Anstieg des Sulfatgehaltes die Dauerhaftigkeit von Spritzbeton beeinträchtigt. Dabei stand das Schädigungspotential infolge des erhöhten Sulfatgehaltes im Festbeton unter Berücksichtigung des spezifischen Spritzbetongefüges im Mittelpunkt der Untersuchungen. Bei diesem Forschungsprojekt wurden im Spritzstand der Ruhr-Universität Bochum unter praxisnahen Bedingungen 8 Spritzbetone unter Variation von Zement, alkalifreiem Erstarrungsbeschleuniger sowie Dosiermenge hergestellt. Aus den gespritzten Platten wurden jeweils mehrere Bohrkerne entnommen, die über einen Zeitraum von einem Jahr in 0,22 prozentige Sulfatlösung (Na tief 2 SO tief 4), Wasser bzw. an der Luft bei 8 Grad C gelagert wurden. Über diesen Zeitraum wurden die. Druckfestigkeit, Längenänderung und Ultraschalllaufzeit sowie auf der mikroskopischen

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Horst G. Schäfer, Vera Wintscher
Verbundfestigkeit von Spritzbeton. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 2890
1998, 41 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

DIN 18551: 1992-03 "Spritzbeton", Abschnitt 8.6, legt fest: "Für die im Spritzbeton liegende Bewehrung gelten die Werte des Verbundbereiches II nach DIN 1045: 1988-07, Tabelle 19. Dabei sind die Werte der Festigkeitsklasse des nachträglich aufgebrachten Spritzbetons maßgebend". Es wird vermutet, daß diese Festlegungen zu ungünstig sind. Deshalb wurde die Verbundfestigkeit der in Spritzbeton liegenden Bewehrung experimentell ermittelt. Der Vergleich von Bruchlasten, Rißbreiten, Rißbildern, Durchbiegungen und Stahlspannungsverläufen lieferte dem Versuchsprogramm gemäß keine signifikanten Unterschiede zwischen monolithischen und und spritzbetonverstärkten Balken. Da die Übergreifungslängen für alle Versuchsbalken unter Ansatz des günstigen Verbundbereiches I ermittelt worden waren, folgt daraus, daß für in Spritzbeton eingebettete Rippenstäbe die Verbundwerte des Verbundbereiches I angesetzt werden dürfen.

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Roland Travnicek
Bauelemente aus Glasfaser-Spritzbeton
1985, 74 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Fuer Untersuchungen an Glasfaserspritzbeton wurde eine Versuchsspritzanlage im Massstab 1:1 erstellt. Diese bestand aus Zwangsmischer, Moertelpumpe und Spritzkopf inklusive Schneidwerk fuer die entsprechenden Fasern. Als Fasern wurden alkalibestaendige Glasfasern der Type Cem Fil II verwendet. Die Einfluesse auf die Biegezugfestigkeit durch verschiedene Parameter, wie Fasergehalt, Faserlaenge und Lagerungsbedingungen wurden untersucht. An zwei typischen Bauteilen (faltwerkartigen Balken, Fassadenplatte) wurde deren Realisierbarkeit im gegenstaendlichen Herstellungsverfahren erprobt. Fuer zukuenftige Bemessungsvorschriften wurde ein faltwerkartiger Traeger mit 2,60 m Laenge bis zum Bruch belastet. Die Dehnungen bzw. Stauchungen im Zug- und Druckbereich wurden mittels Dehnungsstreifen und Datenerfassungseinheiten registriert und die Durchbiegung bestimmt. Die Langzeitbestaendigkeit, gemessen durch die Biegezugfestigkeit, wurde ermittelt und mit der Literatur verglichen. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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Löffler, Siegfried
Zwischen Eichen und Ulmen. Weinkeller und Verkostungsstätte in Texas Hill Country (kostenlos)
Umrisse - Zeitschrift für Baukultur, 2022

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Aldrian, Wolfgang; Bantle, Annika
Ways to reduce CO2 in sprayed concrete for tunnel construction (kostenlos)
Tunnel, 2021

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Schwab, Manuel; Gruber, Julia
Europäisches Infrastrukturprojekt im Herzen der Alpen. Der Brenner Basistunnel gilt als ein Projekt, das verbindet und die Transitproblematik auf der stark frequentierten Brennerachse entschärfen kann
EI Der Eisenbahningenieur, 2020

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Tschuchnigg, Franz; Dich, Christopher
Maschinenkaverne Obervermuntwerk II - Ursachenanalyse und Sanierung der Spritzbetonabplatzungen
Bauingenieur, 2020

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Garrecht, Harald; Arkhipkina, Olga; Schuler, Benjamin; Eichler, Klaus
Sprayable, structurally dense lightweight concrete. Concrete engineering
BFT International, 2019

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