Nachweis, Beurteilung und Quantifizierung von Gefügeveränderungen im Beton mit energetischen Kenngrößen
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Kopp, Stephan
Bereits Anfang der 80er Jahre wurden an der Ruhr-Universität Bochum die Grundlagen für die Entwicklung eines Messgestells geschaffen, mit dem vollständige Spannungs-Verfor-mungskurven zentrisch zugbeanspruchter Betone ermittelt werden können. Die Erfor-schung der Rissbildungsmechanismen mit dieser im Laufe der Zeit vervollkommneten Ver-suchstechnik hat es ermöglicht, zwischen Rissbildungs- und Rissöffnungsvorgängen zu un-terscheiden und diese Unterscheidung den ermittelten Spannungs-Verformungskurven zuzuordnen. Diese Untersuchungen haben zu einem besseren Verständnis der Versa-gensmechanismen von Betonen geführt. – Da diese Art der Untersuchungen bisher nur mit dem versuchstechnisch aufwendigen Bo-chumer Versuchsstand für hochpräzise zentrische Zuguntersuchungen möglich war und die versuchstechnischen Randbedingungen die Anwendbarkeit auf bestimmte Betone ein-schränkte, war eine Übertragung der Erfahrungen auf eine einfachere Versuchstechnik mit einem größeren Anwendungsspektrum das Ziel dieser Arbeit. Als Grundlage für die Ent-wicklung einer neuen Versuchstechnik wurde der standardisierte 4-Punkt-Biegezugver-such gewählt. Durch die Modifikation der Probekörper und der Ver-suchssteuerung können jetzt auch aus dem Biegeversuch vollständige Zugspannungs-Verformungskurven gewon-nen werden. Des Weiteren wurde eine neue Modellvorstellung zum Versagensmechanis-mus biegebeanspruchter Betone erarbeitet, mit der es möglich ist, die im Biegeversuch ermittelten Spannungs-Verformungskurven ebenfalls gefüge-orientiert auszuwerten und daraus energetische Kenngrößen zur Quantifizierung der Gefügever-änderungen zu berechnen. – Die Anwendbarkeit dieses Verfahrens wurde exemplarisch an frostbeanspruchten Betonen nachgewie-sen. Die ausgewählte Frostbeanspruchung führte erwartungsgemäß zu einer inneren Ge-fügeschädigung, ohne äußerlich sichtbare Schäden zu verursachen. Mit den herkömmli-chen Prüfverfahren, die sich im Wesentlichen auf die Bestimmung von Masseverlusten und daraus ableitbare Abtragsraten stützen, sind Gefügeveränderungen dieser Art nicht nachweisbar. Für eine grobe Abschätzung der inneren Gefügeschädigung kann der rela-tive dynamische E-Modul, der aus der Ultraschallaufzeit bestimmt wird, verwendet werden. – Mit der in dieser Arbeit entwickelten Versuchstechnik und der zugehörigen Auswerteme-thodik können erstmals Gefügeveränderungen sehr frühzeitig im Schädigungsprozess mit einem vertretbaren experimentellen Aufwand nachgewiesen und quantifiziert werden. Dabei wurden sowohl mechanische Kenngrößen wie Biegezugfestigkeit, Elastizitätsmodul und Bruchdehnung als auch bruchmechanische Kenngrößen wie GF-Wert, charakteristische Länge, Duktilitätslänge und Duktilitätsmaßzahl ausgewertet. Die Quantifizierung erfolgte über eine neu hergeleitete bruchmechanische Kenngröße, die so genannte "Mittlere Rissbildungsspannung", die aus einem genau definierten Flächenanteil unter der vollständigen Spannungs-Verformungskurve berechnet wird. Mit dem aus der Grundlagenforschung entwickelten Verfahren ist ein deutlicher Fortschritt in der vergleichenden Be-urteilung von Gefügeveränderungen von Betonen erbracht, die aus beliebigen Schädi-gungseinwirkungen resultieren. –
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beton 6/2000 ab Seite 327
Herausgeber des Artikels:
beton
bis beton 4/2022: Verlag Bau+Technik GmbH
ab beton 5/2022: Concrete Content UG
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