Injektion mit Feinstzementsuspension
Verbundverhalten instand gesetzter Stahlbetonbauteile
Fuchs, Maximilian / Keuser, Manfred / Sendzek, Sascha
Erfährt ein Stahlbetonbauteil Belastungen infolge außergewöhnlicher Einwirkungen, wie beispielsweise Stoßeinwirkungen aus Fahrzeuganprall oder Detonations-beanspruchungen, so können Risse auftreten, deren lokale Konzentration und Größe der Rissbreiten zu einer Beeinträchtigung der Bauteileigenschaften führen können. Die Rissbildung beeinflusst dabei zum einen das Betongefüge selbst, zum anderen ergeben sich durch das Auftreten von bewehrungsparallelen Rissen aber auch Auswirkungen auf das Verbundverhalten von Stahl und Beton, wie zahlreiche Untersuchungen belegen [1], [2],[3]. – Risse, die aus einer nicht wiederkehrenden Rissursache herrühren, können gemäß der Instandsetzungsrichtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton sowie der ZTV-ING kraftschlüssig verpresst und somit in-stand gesetzt werden. Dieses Schließen der Risse führt nicht nur zur Wiederherstellung der Dichtigkeit des Betongefüges, sondern auch zu einer monolithischen Verbindung zweier Rissufer und dient damit einer Erhöhung der Steifigkeit des Bauteils. Die im Folgenden vorgestellten ersten Tastversuche hatten zum Ziel, erste qualitative Aussagen über die Auswirkungen einer Instandsetzung mittels kraftschlüssiger Injektion mit Feinst-zementsuspension auf das Verbundverhalten zwischen Bewehrung und Beton zu erhalten. – Als Versuch wurde in Anlehnung an [3] der einaxiale Zugversuch an einem Stahlbetonzugstab der Abmessungen 700 mm x 150 mm x 150mm (l x b x h) gewählt. Der Zugstab wurde mit einem zentrisch angeordneten Bewehrungsstab mit dem Durchmesser ds = 14 mm ausgeführt. Bild 1 zeigt schematisch den Versuchskörper (links) sowie den Versuchsaufbau in der Prüfmaschine (rechts). Es kam Beton der Festigkeitsklasse C 20/25 gemäß DIN 1045-1 zum Einsatz. – Der bewehrungsparallele Riss, der eine Verbundschädigung im Bauteil bewirkt, wurde vor dem Zugversuch mithilfe einer Spaltzugbelastung längs zur Bauteilachse induziert. Dieser Riss wurde im nächsten Schritt mittels Feinstzementsuspension verpresst und das Bauteil somit wieder instand gesetzt. An-schließend wurde an den Versuchskörpern der einaxiale Zugversuch weggesteuert durchgeführt. Getestet wurden hierbei ungeschädigte, geschädigte (mit bewehrungsparallelem Längsriss) und mittels Injektion instand gesetzte Zugstäbe. Die Verformung längs der Bauteilachse wurde mithilfe von vier seitlich am Versuchskörper angebrachter induktiver Wegaufnehmer aufgezeichnet. – Das in Bild 2 exemplarisch dargestellte Versuchsergebnis zeigt, dass sich durch die Instandsetzungsmaßnahme eine Erhöhung der Dehnsteifigkeit des Stahlbetonzugstabs im Bereich der sukzessiven Rissbildung erzielen lässt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der dargestellte instand gesetzte Probekörper bereits vor Versuchsbeginn einen Querriss über die halben Querschnittsbreite aufwies, sodass die Erstrissbildung schon deutlich früher einsetzte. Die übertragbaren Verbundspannungen zwischen Beton und Bewehrungsstab blieben davon jedoch unberührt und konnten im Vergleich zu dem geschädigten und nicht verpressten Referenzprobekörper erhöht werden. – Die durchgeführten Versuche zeigten zudem, dass das Verbundverhalten maßgeblich durch den Verpresserfolg der instand gesetzten Ris-se beeinflusst wird. Dieser ist wiederum in erheblichem Maße von der Rissbreite ab-hängig. Generell lässt sich folgende Aussage treffen: je größer die Rissbreite w, desto erfolgreicher ist die Injektion mit Feinst-zementsuspension. Die größte Steifigkeitserhöhung des Bauteils konnte bei einer Rissbreite von ca. w = 0,5 mm erzielt werden. Ist aber die Rissbreite sehr groß ( > 0,5 mm), so ist zwar der Verpresserfolg sichergestellt. Dennoch wurde für diesen Fall im Versuch nur eine geringe Steifigkeitszunahme erzielt. Eine mögliche Erklärung für ein derartiges Verhalten bei großen Rissbreiten ist das Fehlen eines Ver-zahnungsmechanismus zwischen den Rippen des Bewehrungsstahls und dem Altbeton, sofern die Rissbreite die doppelte Rippen-höhe hf des Bewehrungsstabs übersteigt. Das Injektionsgut selbst weist einen im Vergleich zum Altbeton zu geringen E-Modul auf, um einen erkennbaren Verzahnungsmechanismus zu aktivieren. – Zur Absicherung der bisherigen Ergebnisse und zur Gewinnung von weiteren Erkenntnissen sind zusätzliche experimentelle Untersuchungen in verschiedenen Maßstäben erforderlich. Ziel der Untersuchungen ist es, ein geeignetes Ingenieurmodell für das Ver-bundverhalten von Bewehrungsstahl in Beton für Stahlbetonbauteile, die mittels In-jektion mit Feinstzementsuspension instand gesetzt wurden, zu entwickeln. Hierzu besteht neben experimentellen Untersuchungen auch weiterer Forschungsbedarf im Bereich der numerischen Modellierung des Verhaltens von Stahlbetonbauteilen mit instand gesetztem Verbund. Ferner sind am Institut für Konstruktiven Ingenieurbau der Universität der Bundeswehr München weitere Untersuchungen hinsichtlich der Quantifizierung des Verpresserfolgs sowie des Trag- und Verformungsverhaltens mittels kraftschlüssiger Injektion instand gesetzter Stahlbetonbauteile in der Druckzone geplant. – LITERATUR: – [1]Idda, K.: Verbundverhalten von Beton-rippenstählen bei Querzug, Dissertation, U-niversität Fridericiana zu Karlsruhe (TH), 1999 – [2]Gambarova, P.G.; Rosati,G.P.: Bond and Splitting in reinforced Concrete: test results on bar pull-out, Materials and Structures Vol. 29, S. 267 – 276, 1996 – [3]Keuser, M.; Purainer, R.; Brunner, S.: Bauteile aus Stahlbeton unter Zugbe-anspruchung, Beton- und Stahlbetonbau 99, Heft 7, Seite 552-560, Ernst & Sohn Verlag, Berlin, 2004 –
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beton 10/2006 ab Seite 468
Herausgeber des Artikels:
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bis beton 4/2022: Verlag Bau+Technik GmbH
ab beton 5/2022: Concrete Content UG
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