Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Analyse der Faserorientierung in Betonen mit Hilfe der Computer-Tomographie. Forschungsvorhaben DBV 273
Diese Arbeit befasst sich mit der Bestimmung des Fasergehaltes, der Faserorientierung und der Faserverteilung sowie der Bestimmung des Faserorientierungsbeiwertes von faserverstärkten Hochleistungsbetonen. Ein Vergleich des neuen Verfahrens, bei dem die Probekörper mithilfe der Computer-Tomographie und geeigneter Software analysiert werden und der Methode nach dem Prinzip der magnetischen Induktion, bei der Stahlfasern aufgrund ihrer ferromagnetischen Eigenschaften detektiert werden, wurde angestrebt. Ein direkter Vergleich der beiden Methoden war aber aufgrund der technischen Probleme und der fehlenden Analyseergebnisse der Computer-Tomographie nicht möglich. Die Auswertung der Computer-Tomographie-Aufnahmen ermöglicht eine genauere Bestimmung des Faserorientierungsbeiwertes, da die Verteilung der Fasern und Ausrichtung der Fasern in verschiedenen Abschnitten des Probekörpervolumens betrachtet werden können. Dies ist bei der magnetischen Induktionsprüfung nicht möglich. Eine Auswertung der Faserverteilung kann aufgrund der Messmethode nicht vorgenommen werden. Während sich bei der magnetischen Induktionsprüfung nur Stahlfasern detektieren lassen, können bei der CT-Analyse Bestandteile mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften 'herausgefiltert' werden. Trotz der vielen Einflussfaktoren auf die Messergebnisse der magnetischen Induktionsprüfung bietet dieses Verfahren bei der praktischen Anwendung auf der Baustelle ein Werkzeug zur Analyse des Stahlfasergehaltes. Jedoch muss vor der Analyse einer Probe der Fasertyp und die Veränderung der ferromagnetischen Eigenschaften der Stahlfasern nach dem Einbringen in das alkalische Milieu der Matrix kalibriert werden. Die Ergebnisse der magnetischen Induktionsmessung sind für die Anwendung auf der Baustelle zur Sicherstellung des geforderten Fasergehaltes und den Nachweis einer isotropen Ausrichtung der Stahlfasern anhand von Messungen an Frischbetonproben oder an separat hergestellten Probewürfeln ausreichend. Probeentnahmen aus Bauteilen sind anzustreben, da sich die Fasermenge bezogen auf die Verteilung der Fasern und die Faserorientierung im fertig hergestellten Bauteil von einer entnommenen Frischbetonprobe oder von Probekörpern durch verschiedene Faktoren bei der Betonage unterscheiden. Die Auswertung der Richtungsverteilung beschränkt sich bei der magnetischen Induktionsprüfung auf eine prozentuale Angabe in die drei Hauptachsrichtungen. Wobei hier keine Aussage über die Verteilung der Fasern getroffen werden kann. Die CT-Richtungsanalyse reduziert die Darstellung der nominierten Richtungsverteilung auf 13 diskrete Richtungen -drei Koordinatenachsen, sechs Flächendiagonalen und vier Raumdiagonalen. Für die Bestimmung eines aussagekräftigen Faserorientierungsbeiwertes, bei dem der Einfluss der Faserverteilung besonders an geometrischen Zwangspunkten als weiterer Parameter eingehen soll, zeigt die CT-Analyse ihre Vorteile gegenüber anderen Analysemethoden. Anhand der generierten dreidimensionalen Modelle kann schon rein visuell erkannt werden, ob der berechnete Faserorientierungsbeiwert mit den Volumenbildern übereinstimmt. Bei einer ausreichenden Strahlungsenergie sind auch bei Kunststoff- und Glasfasern Bilder mit genügend Kontrast zwischen Faser und Zementmatrix möglich, um eine Segmentierung der Fasern vorzunehmen. So kann die Analyse der Faserverteilung und -orientierung mithilfe der Computer-Tomographie im Bereich der Weiterentwicklung von faserverstärkten Hochleistungsbetonen einen eintscheidenden Beitrag liefern.
Analyse der Faserorientierung in Betonen mit Hilfe der Computer-Tomographie. Forschungsvorhaben DBV 273
Diese Arbeit befasst sich mit der Bestimmung des Fasergehaltes, der Faserorientierung und der Faserverteilung sowie der Bestimmung des Faserorientierungsbeiwertes von faserverstärkten Hochleistungsbetonen. Ein Vergleich des neuen Verfahrens, bei dem die Probekörper mithilfe der Computer-Tomographie und geeigneter Software analysiert werden und der Methode nach dem Prinzip der magnetischen Induktion, bei der Stahlfasern aufgrund ihrer ferromagnetischen Eigenschaften detektiert werden, wurde angestrebt. Ein direkter Vergleich der beiden Methoden war aber aufgrund der technischen Probleme und der fehlenden Analyseergebnisse der Computer-Tomographie nicht möglich. Die Auswertung der Computer-Tomographie-Aufnahmen ermöglicht eine genauere Bestimmung des Faserorientierungsbeiwertes, da die Verteilung der Fasern und Ausrichtung der Fasern in verschiedenen Abschnitten des Probekörpervolumens betrachtet werden können. Dies ist bei der magnetischen Induktionsprüfung nicht möglich. Eine Auswertung der Faserverteilung kann aufgrund der Messmethode nicht vorgenommen werden. Während sich bei der magnetischen Induktionsprüfung nur Stahlfasern detektieren lassen, können bei der CT-Analyse Bestandteile mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften 'herausgefiltert' werden. Trotz der vielen Einflussfaktoren auf die Messergebnisse der magnetischen Induktionsprüfung bietet dieses Verfahren bei der praktischen Anwendung auf der Baustelle ein Werkzeug zur Analyse des Stahlfasergehaltes. Jedoch muss vor der Analyse einer Probe der Fasertyp und die Veränderung der ferromagnetischen Eigenschaften der Stahlfasern nach dem Einbringen in das alkalische Milieu der Matrix kalibriert werden. Die Ergebnisse der magnetischen Induktionsmessung sind für die Anwendung auf der Baustelle zur Sicherstellung des geforderten Fasergehaltes und den Nachweis einer isotropen Ausrichtung der Stahlfasern anhand von Messungen an Frischbetonproben oder an separat hergestellten Probewürfeln ausreichend. Probeentnahmen aus Bauteilen sind anzustreben, da sich die Fasermenge bezogen auf die Verteilung der Fasern und die Faserorientierung im fertig hergestellten Bauteil von einer entnommenen Frischbetonprobe oder von Probekörpern durch verschiedene Faktoren bei der Betonage unterscheiden. Die Auswertung der Richtungsverteilung beschränkt sich bei der magnetischen Induktionsprüfung auf eine prozentuale Angabe in die drei Hauptachsrichtungen. Wobei hier keine Aussage über die Verteilung der Fasern getroffen werden kann. Die CT-Richtungsanalyse reduziert die Darstellung der nominierten Richtungsverteilung auf 13 diskrete Richtungen -drei Koordinatenachsen, sechs Flächendiagonalen und vier Raumdiagonalen. Für die Bestimmung eines aussagekräftigen Faserorientierungsbeiwertes, bei dem der Einfluss der Faserverteilung besonders an geometrischen Zwangspunkten als weiterer Parameter eingehen soll, zeigt die CT-Analyse ihre Vorteile gegenüber anderen Analysemethoden. Anhand der generierten dreidimensionalen Modelle kann schon rein visuell erkannt werden, ob der berechnete Faserorientierungsbeiwert mit den Volumenbildern übereinstimmt. Bei einer ausreichenden Strahlungsenergie sind auch bei Kunststoff- und Glasfasern Bilder mit genügend Kontrast zwischen Faser und Zementmatrix möglich, um eine Segmentierung der Fasern vorzunehmen. So kann die Analyse der Faserverteilung und -orientierung mithilfe der Computer-Tomographie im Bereich der Weiterentwicklung von faserverstärkten Hochleistungsbetonen einen eintscheidenden Beitrag liefern.
Analyse der Faserorientierung in Betonen mit Hilfe der Computer-Tomographie. Forschungsvorhaben DBV 273
Analysis of the fiber orientation in concretes by computer tomography. Research project DBV 273
Schuler, Frank (Autor:in) / Sych, Tetyana (Autor:in) / Schnell, Jürgen (Autor:in)
Bauforschung. T ; 3218 ; 1-78
2009
78 Seiten, Bilder, Tabellen, 35 Quellen
Report
Deutsch
Computertomographie , faserverstärkter Beton , stahlfaserverstärkter Beton , Stahlfaser , magnetische Induktion , Faserlänge , Faserdurchmesser , Fasereigenschaft , Fasergeometrie , Faserorientierung , Fasergehalt , ferromagnetischer Stoff , Ferromagnetismus , Richtungsabhängigkeit , kohlenstofffaserverstärkter Beton , Ultrahochleistungsbeton , Glasfaserverstärkung
Richtungsanalyse von Fasern in Betonen auf Basis der Computer-Tomographie
Online Contents | 2010
Zur Untersuchung von stahlfaserverstärkten Betonen auf Basis der 3D-Computer-Tomographie
| Fraunhofer Publica | 2011