Einfluss rheologischer Kenngrößen auf den Frischbetondruck
Teilergebnisse eines Forschungsvorhabens
Brameshuber, Wolfgang / Bohnemann, Carsten
Im Zuge der breiteren Anwendung von selbstverdichtenden Betonen (SVB) ergaben sich vermehrt praxisrelevante und wirtschaftliche Fragestellungen. Dazu gehört auch die Frage nach dem entstehenden Druck auf die Schalung. In der Literatur finden sich z.T. sehr widersprüchliche Aussagen zum Druck bei der Verwendung von SVB. Verschiedene Wissenschaftler deutscher Forschungseinrichtungen schlossen sich daher zu einer Forschergruppe zusammen, um die Belastung von Schalungssystemen bei der Verwendung von Hochleistungsbetonen mit fließfähiger Konsistenz zu untersuchen. Aufgrund des Umfangs und der Komplexität der zu lösenden Aufgaben wurde das Verbundforschungsvorhaben in fünf Teilprojekte unterteilt, die von den Forschungseinrichtungen der RWTH Aachen, der TU Darmstadt, der Universität Karlsruhe, der Universität Leipzig, der Technischen Universität München und des Instituts für Bauverfahrens- und Umwelttechnik Trier entsprechend der jeweiligen Leistungsfähigkeit bearbeitet wurden. Dabei untersuchte das Institut für Bauforschung der RWTH Aachen (ibac) den Einfluss rheologischer Kenngrößen auf den Frischbetondruck. Die Ergebnisse dieses Teilprojekts werden im Beitrag dargestellt. Unter Einbeziehung dieser Ergebnisse wurden anschließend an der TU Darmstadt erste Berechnungsansätze zum Frischbetondruck auf lotrechte Schalungen erarbeitet. Der Einfluss des Betontyps (unterschiedliche SVB, F5- und F6-Betone), der rheologischen Kenngrößen, des Betonierverfahrens und der Steiggeschwindigkeit auf den Frischbetondruck wurden bei Betonagen von Modellwänden untersucht. Die Wände wurden mit praxisüblichen Steiggeschwindigkeiten von 10 m/h und 2 m/h betoniert. Die Befüllung erfolgte alternativ mit einem Kübel von oben sowie mit einer Betonpumpe von unten. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss des SVB-Typs auf den Frischbetondruck gering war. Der SVB-Typ spielt bei der Bemessung von Schalungen daher keine Rolle. Bei niedrigen Steiggeschwindigkeiten und einer Befüllung von oben wirkte sich eine Verringerung der Viskosität der SVB drucksteigernd aus. Dabei wurden aber keine hydrostatischen Verhältnisse erreicht. Bei höheren Steiggeschwindigkeiten war der Schalungsdruck etwa doppelt so groß und erreichte hydrostatische Druckverhältnisse. In diesem Fall hatte die Änderung der Viskosität keinen Einfluss auf den Frischbetondruck. Die Rüttelbetone erreichten bis zur halben Bauteilhöhe hydrostatische Druckverhältnisse. Das Betonierverfahren hatte einen großen Einfluss auf den sich ausbildenden Frischbetondruck. Bei der Befüllung mit einer Betonpumpe von unten war der maximale Frischbetondruck in etwa doppelt so hoch wie bei drucklosen Befüllung von oben. Er lag über die gesamte Bauteilhöhe nahezu im Bereich des hydrostatischen Drucks. Soll der SVB wirtschaftlicher eingesetzt werden, sind höhere Einbaugeschwindigkeiten als 2 m/h notwendig. Für diesen Fall sollte bei der Verwendung von Betonen der Konsistenzklasse F5 und F6 sowie bei SVB die Bemessung von Schalungen anhand von hydrostatischen Druckverhältnissen erfolgen. Bei niedrigen Betoniergeschwindigkeiten kann in Abhängigkeit von der Steiggeschwindigkeit und der Konsistenzklasse ein geringerer Frischbetondruck angesetzt werden. Hierfür ist eine Berechnung des Frischbetondrucks nach einem in der Literatur beschriebenen Bemessungsverfahren notwendig. – Influence of characteristic rheological variables on the fresh concrete pressure – The wider application of self compacting concretes (SCC) has given rise to an increasing number of practical and economic problems. These include the problem of the pressure exerted on the formwork. The literature contains some highly contradictory statements concerning the pressure when SCC is used. Various scientists from German research establishments therefore banded together to form a research group to investigate the loading on formwork systems when using high performance concretes with free-flowing consistencies. Because of the extent and the complexity of the tasks to be solved the joint research project was divided into five subsidiary projects that were handled by the research establishments of the Aachen University of Technology, Darmstadt Technical University, Karlsruhe University, Leipzig University, Munich Technical University and the Trier Institute for Construction Methods and Environmental Technology to suit their respective capabilities. The Institute for Building Research at Aachen University of Technology (ibac) investigated the influence of characteristic rheological variables on the fresh concrete pressure. The results of this subsidiary project are described in the article. These results were then incorporated in the initial calculation equations worked out at Darmstadt Technical University for the fresh concrete pressure on vertical formwork. The influence of the concrete type (different SCCs, F5 and F6 concretes), the characteristic rheological variables, the method of concreting and the rate of vertical rise of the concrete on the fresh concrete pressure were investigated during the concreting of model walls. The walls were concreted with rates of vertical rise of the concrete of 10 m/h and 2 m/h that correspond to values normally found in practice. The filling was carried out either from above with a skip or from below with a concrete pump. It was found that the type of SCC had little influence on the fresh concrete pressure and therefore plays no part in the design of the formwork. A reduction in the viscosity of the SCC caused an increase in pressure with low rates of vertical rise of the concrete and filling from above, but hydrostatic conditions were not reached. At higher rates of vertical rise of the concrete the formwork pressure was about twice as high and reached hydrostatic pressure conditions. In this case the change in viscosity had no effect on the fresh concrete pressure. The vibrated concretes achieved hydrostatic pressure conditions up to about half the height of the structural element. The method of concreting had a great influence on the fresh concrete pressure formed. During filling from below with a concrete pump the maximum fresh concrete pressure was about twice as high as with the unpressurized filling from above. It was effectively in the hydrostatic pressure range over the entire height of the structural element. Higher placement rates are that 2 m/h are needed if the SCC is to be used more cost-effectively. For this situation the formwork should be designed on the basis of hydrostatic pressure conditions when using concretes of the F5 and F6 consistency classes or SCC. A lower concrete pressure that depends on the rate of vertical rise of the concrete and the consistency class can be applied for low concreting rates. In this case it is necessary to calculate the fresh concrete pressure using one of the design procedures described in the literature.
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beton 7.8/2009 ab Seite 332
Herausgeber des Artikels:
beton
bis beton 4/2022: Verlag Bau+Technik GmbH
ab beton 5/2022: Concrete Content UG
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