Hochduktiler Beton mit Kurzfaserbewehrung
Entwicklung, Prüfung und Anwendung
Mechtcherine, Viktor
Hochduktile Betone mit Kurzfaserbewehrung sind neue zementgebundene Hochleistungswerkstoffe, die unter Zugbeanspruchung eine Verfestigung aufweisen und eine im Vergleich zu gebräuchlichen Faserbetonen mehr als einhundertmal höhere Bruchdehnung besitzen. Auf der Basis bruchmechanischer Ansätze und mikromechanischer Modellierung können hochduktile Betone gezielt entwickelt werden. Diese weisen bei einem Kunststofffasergehalt von ca. 2 Vol.-% unter Zugbeanspruchung ein ausgeprägtes Verfestigungsverhalten und eine Bruchdehnung bis zu 5 % auf. Hochduktile Betone können im Allgemeinen unter Verwendung üblicher Geräte und Vorrichtungen hergestellt und verarbeitet werden. Ein besonderes Augenmerk ist hierbei auf die Konsistenz und Homogenität der Mischung zu richten. Die Prüfung der Frischbetoneigenschaften kann in Anlehnung an die zur Prüfung selbstverdichtender Betone verwendeten Verfahren erfolgen. Das Verhalten von hochduktilem Beton unter Druckbeanspruchung unterscheidet sich nicht prinzipiell von dem konventioneller Faserbetone und kann daher im Allgemeinen anhand gängiger Druckprüfungen ermittelt werden. Für die Erfassung des charakteristischen Verhaltens hochduktiler Betone unter Zugbeanspruchung erwiesen sich die Zugversuche an ungekerbten, taillierten Prüfkörpern mit unverdrehbaren Lasteinleitungsplatten als am besten geeignet. Für die Bemessung und Schnittgrößenermittlung kann das Materialverhalten unter monotoner Belastung mit bilinearen stoffgesetzlichen Beziehungen beschrieben werden. Erste Ergebnisse zum Ermüdungs- und Dauerstandverhalten von hochduktilem Beton zeigten, dass die Bruchdehnung im Vergleich zu der statischen, monotonen Belastung nicht negativ beeinflusst wird. Durch multiple Rissbildung nimmt jedoch die Steifigkeit des Werkstoffs deutlich ab. Die Dauerhaftigkeit hochduktiler Betone bzw. der Schutz der Stahlbewehrung durch hochduktilen Beton werden maßgeblich durch die spezifische multiple Rissbildung mit kleinen Rissbreiten beeinflusst. Hochduktiler Beton weist einen deutlich höheren Widerstand gegenüber dem Eindringen korrosiver Medien auf als gerissener herkömmlicher Beton. Anwendungsbeispiele demonstrieren das große Potenzial hochduktilen Betons. Aufgrund des vorteilhaften, leicht beschreibbaren Spannungs-Dehnungsverhaltens könnte die Verwendung dieser Betonart sowohl den Neubau als auch die Instandsetzung von Betonbauwerken in speziellen Anwendungsgebieten revolutionieren. – Highly ductile concrete with short fibre reinforcement – Highly ductile concretes with short fibre reinforcement are new cement-bonded, high performance materials that stiffen under tensile stressing and have an elongation at break that is more than one hundred times greater than that of normal fibre-reinforced concretes. Highly ductile concretes can be developed selectively using fracture-mechanical approaches and micro-mechanical modelling. With a synthetic fibre content of about 2 vol. % they exhibit marked stiffening characteristics under tensile stressing and an elongation at break of up to 5 %. Highly ductile concretes can, in general, be produced and placed using the normal equipment. Particular attention has to be paid to the consistency and homogeneity of the mix. The fresh concrete properties can be tested by the procedures used for testing self compacting concretes. The behaviour of highly ductile concrete under compression stressing does not differ in principle from that of conventional fibre-reinforced concretes and can therefore generally be measured using established compression tests. The tensile tests on unnotched, waisted, test pieces with non-rotating plates for introducing the load have proved the most suitable for measuring the characteristic behaviour of highly ductile concretes. The material behaviour under monotonic loading can be described by bilinear mass law relationships for dimensioning and determining the permissible stresses. Initial results of the fatigue and endurance characteristics of highly ductile concretes showed that the elongation at break is not detrimentally affected in comparison with static, monotonic, loading. However, the stiffness of the material is significantly reduced by multiple cracking. The durability of highly ductile concretes and the protection of the steel reinforcement by highly ductile concrete are seriously affected by the specific multiple cracking with small crack widths. Highly ductile concrete has significantly greater resistance to the penetration of corrosive media than cracked conventional concrete. The great potential of highly ductile concrete is demonstrated by examples of its application. Because of the advantageous, easily described, stress-strain behaviour the use of this type of concrete could revolutionize both new construction and the repair of concrete structures in special areas of application.
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beton 3/2009 ab Seite 80
Herausgeber des Artikels:
beton
bis beton 4/2022: Verlag Bau+Technik GmbH
ab beton 5/2022: Concrete Content UG
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