Die effektive Zugfestigkeit bei der Ermittlung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung
Rissbildung bei frühem Zwang in der Diskussion zwischen Tragwerksplaner und Betonhersteller
Röhling, Stefan
Bei der Ermittlung der zur Begrenzung der Rissbreite erforderlichen Mindestbewehrung gehen Tragwerksplaner häufig von der in DIN EN 1992-1-1/NA zulässigen Vereinfachung aus, dass die Zugfestigkeit des Betons drei bis fünf Tage nach dem Betonieren 50 % der Normwerte fnach 28 Tagen beträgt. Vom Hersteller des Betons wird dann verlangt, dass diese Werte nicht überschritten werden, damit keine so genannte Frührissbildung eintritt. In dem Beitrag wird anhand der Betrachtung der Entwicklung von Spannungen und Festigkeiten im jungen Beton dargestellt, dass diese Forderung wirklichkeitsfremd ist. Anschließend werden bisher vorgestellte Lösungen der Problematik diskutiert und eigene Empfehlungen ausgesprochen. Die normgemäße Annahme der Rissbildung infolge abfließender Hydratationswärme innerhalb der ersten drei bis fünf Tage entspricht nur unter bestimmten Bedingungen der tatsächlichen Entwicklung der rissbedingenden Parameter im Bauteil und kann demzufolge keine allgemeingültige Praxis sein. Der Ansatz f= 0,5 fberücksichtigt nicht hinreichend die Entwicklung der Zement- und Betonfestigkeiten, die im vergangenen Zeitraum stattgefunden hat. Nachweisbar ist, dass keine Betonzusammensetzung die Forderung erfüllen kann. Insofern ist die Anhebung dieses Kennwerts angeraten. Eine zutreffende Festlegung der maßgebenden Zugfestigkeit ist nur bei Kenntnis des Risszeitpunkts möglich. Die rechnerischen Ermittlungen zur zeitlichen Entwicklung der Betonzugfestigkeit sind mit Streuungen und Unsicherheiten verbunden und für eine Nachweisführung untauglich, die aus der Forderung an die bauausführenden Betriebe nach strikter Einhaltung der Vorgabe resultiert. In der Tragwerksplanung wurden und werden in der Regel keine Untersuchungen zur maßgebenden Zwangssituation durchgeführt, so dass größere Risiken für den Auftraggeber der Baumaßnahme in Hinblick auf Rissbreitenbegrenzung und Gebrauchstauglichkeit entstehen. Wenn der späte Zwang unberücksichtigt bleibt, sind größere Überschreitungen der Rissbreiten, zum Teil bis zu über 100 % gegenüber der Annahme bei frühem Zwang, die zwangsläufige Folge. Nach dem Berechnungsmodell ist nicht die Festigkeitsrelation von Bedeutung, sondern der Zugfestigkeitswert beim Auftreten einer Rissbildung. Insofern sind Bemühungen abzulehnen, durch zeitliche Verlagerung der Prüfzeitpunkte die normgemäße Proportion einzuhalten. Zu den Vorgaben für die Tragwerksplanung werden folgende Änderungen im Normenwerk vorgeschlagen: Ohne genaueren Nachweis der voraussichtlichen Betonzugfestigkeit zum Risszeitpunkt ist der 28-Tage-Wert, mindestens aber ein Wert von f= 3,0 N/mm² zu verwenden. Deshalb wäre die Empfehlung der Norm, dass die Betonzugfestigkeit f= 0,5 fctm(28 d) gesetzt werden darf, sofern kein genauerer Nachweis erforderlich ist, zu streichen. Wenn der Nachweis für den frühen Zwang geführt wird, darf als effektive Zugfestigkeit der 5 %-Quantilwert der Festigkeit nach 28 Tagen Erhärtung entsprechend [1] angenommen werden, d.h. f= f= 0,7 fWenn ein niedrigerer Wert nachgewiesen wird, darf dieser für die Bemessung der Mindestbewehrung verwendet werden.
The effective tensile strength when establishing the reinforcement for limiting the crack width
When determining the minimum amount of reinforcement need to limit the crack width the designers of load-bearing structures often start from a permissible simplification in DIN EN 1992-1-1/NA. This states that the tensile strength of concrete three to five days after the concreting amounts to 50 % of the standard fvalue after 28 days. The concrete producer is then required to ensure that these values are not exceeded so that no “early cracking” occurs. By examining the development of stresses and strengths in young concrete this article shows that this requirement is unrealistic. Solutions to the problem that have been suggested in the past are then discussed and the author’s own recommendations are stated. Only under certain conditions does the assumption in the standard that cracking is caused by the dissipation of heat of hydration within the first three to five days correspond to the actual development of the crack-inducing parameters in the component, so it cannot be universally valid. The formula f= 0.5 fdoes not take adequate account of the development of the cement and concrete strengths that had taken place in the preceding period. It is can be shown that no concrete composition can fulfil this requirement. It is therefore advisable to increase this parameter. Accurate determination of the relevant tensile strength is only possible if the time when the crack occurs is known. Calculations of the development of the concrete tensile strength with time are associated with dispersions and uncertainties and are useless for providing the proof resulting from the demand made on the firms carrying out the construction work for strict compliance with the guidelines. As a rule no investigations into the relevant constraint situation were, or are, carried out in the design of load-bearing structures, so there are greater risks for the project client with respect to crack width limitation and fitness for purpose. If the late constraint is not taken into account the inevitable consequence is that the crack widths are exceeded to any even greater extent, sometimes up to over 100 % compared with the assumption for the early restraint. According to the calculation model it is not the strength relationship that is important but rather the tensile strength value when cracking occurs. Any efforts to maintain the proportion given in the standard by changing the times when the tests are carried out should therefore be opposed. The following changes to the guidelines for designing load-bearing structures in the standards are proposed:- Without more accurate proof of the expected concrete tensile strength at the time of cracking the 28-day value, but at least a value of f= 3.0 N/mm, must be used. The recommendation in the standard that, provided no more accurate proof is required, the concrete tensile strength f= 0.5 fctm(28 d) may be used, should therefore be withdrawn. If the proof for the early constraint is provided then the 5 % quantile value of the strength after 28 days’ hardening in accordance with [1] may be assumed as the effective tensile strength, i.e. f= f= 0.7 f. If a lower value is verified then this may be used for dimensioning the minimum reinforcement.
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beton 4/2015 ab Seite 136
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