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Auswirkungen der Bewehrungskorrosion auf den Verbund zwischen Stahl und Beton
Die carbonatisierungs- und chloridinduzierte Bewehrungskorrosion beeinflusst das Tragverhalten von Stahlbetonbauwerken und verkürzt infolgedessen deren Lebensdauer. Dies kann im Wesentlichen durch folgende drei Punkte geschehen: (i) durch den Verlust des Stahlquerschnittes, (ii) durch den Verlust des Betonquer-schnittes aufgrund von Rissbildung und Abplatzungen sowie (iii) durch den Verlust der Verbundwirkung zwischen Stahl und Beton. Die vorliegende Arbeit beschränkt sich auf die Untersuchungen zum Einfluss der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion auf das Verbundverhalten zwischen Stahl und Beton. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, welche Komponenten, die den Verbund gewährleisten, in welcher Art und Weise durch die Bewehrungskorrosion beeinflusst werden? Zur Lösung dieser Fragestellung wurden in der Vergangenheit vorrangig experimentelle Untersuchungen an unterschiedlichen Probekörpergeometrien durchgeführt. Dazu zählen zentrische und exzentrische Ausziehkörper sowie Versuche an Biegebalken. Es wurden sowohl Untersuchungen mit als auch ohne Querbewehrung, die in dieser Arbeit einheitlich als Bügel bzw. Bügelbewehrung bezeichnet wird, durchgeführt. Aufgrund der langen Zeiträume sowohl für die Depassivierung der Betondeckung als auch für den Fortschritt der Bewehrungskorrosion, wurden nahezu alle bisherigen Untersuchungen diesbezüglich beschleunigt. In vorangegangenen Untersuchungen wurde jedoch festgestellt, dass der Grad der Beschleunigung einen Einfluss auf den Zeitpunkt der Erstrissbildung und auf die Verbundfestigkeitsänderung hat. Sowohl diese Tatsache, als auch die große Vielzahl an unterschiedlichen Probekörpern hat zu einer großen Streuung der Verbundfestigkeitswerte in Bezug auf die Korrosion der Bewehrung geführt. Aus diesem Grund ist es bisher schwierig, die geometrischen und korrosionsbeeinflussenden Parameter bestimmten Auswirkungen auf das Verbundverhalten zuzuordnen. Als Beitrag zur Entflechtung dieser Problematik wurden experimentelle Untersuchungen an Balkenend-Probekörpern durchgeführt, welche als Basis für die grundlegenden Mechanismen des Verbundes unter korrosivem Angriff dienen. Die Korrosion der Bewehrung wurde potentiostatisch beschleunigt, jedoch erfolgte dies im Vergleich zu den bisherigen Untersuchungen auf die schonendste Weise mit lediglich fünffach überhöhter maximal in der Natur auftretender Korrosionsrate. Zu den Untersuchungsschwerpunkten zählten die Art und die Verteilung der Korrosionsprodukte, der Zusammenhang zwischen Korrosionsabtrag und messbarer Rissbreite in der Betondeckung und die Auswirkungen der Bewehrungskorrosion auf die Stabendverschiebung und die Verbundfestigkeit. Die Untersuchungen erfolgten getrennt nach Probekörpern mit und ohne Bügelbewehrung, wobei die Probekörper mit Bügelbewehrung nochmals in zwei Gruppen unterteilt wurden. Zum einen waren die Bügel elektrisch mit den Längsstäben verbunden, sodass auch die Bügel beschleunigt korrodierten. Zum anderen wurden die Bügel elektrisch von den Längsstäben entkoppelt, wodurch lediglich die Längsstäbe beschleunigt korrodierten. Auf diese Weise konnte eine qualitative Aussage zum Einfluss geschwächter Bügel auf das Verbundverhalten getroffen werden. Anschließend wurden die ermittelten Ergebnisse im Kontext von Ergebnissen anderer Wissenschaftler diskutiert. Daraus konnten u. a. neue Erkenntnisse zur Abhängigkeit der Verbundfestigkeit von der Beschleunigung der Bewehrungskorrosion gewonnen werden. Weiterhin konnten qualitative Aussagen zum Einfluss von Geometrieparametern wie Stabdurchmesser und Betondeckung auf die Verbundfestigkeitsänderung getroffen werden. Genauere Aussagen diesbezüglich wurden mithilfe numerischer Untersuchungen an FE-Modellen ermöglicht. Im Rahmen der numerischen Untersuchungen, die weitere, vor allem geometrische Parametervariationen abgedeckt haben, wurde der Einfluss von unterschiedlichen Stabdurchmessern mit jeweils verschiedenen Betondeckungen auf die Verbundfestigkeit zu unterschiedlichen Korrosionsstadien untersucht. Außerdem konnte mittels der numerischen Untersuchungen eine quantitative Aussage zur Auslastung der Bügelbewehrung getroffen werden. Mit Hilfe der so gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Modell erstellt, mit dessen Hilfe eine Abschätzung der Restverbundtragfähigkeit möglich ist. Das Modell setzt sich aus der Berechnung der sog. Referenzverbundfestigkeit ohne Korrosionseinwirkung, einer Beschreibung der Abnahme der Umschließungswirkung des Betons und der Wirkung einer ggf. vorhandenen Bügelbewehrung zusammen, welche ebenfalls durch die Korrosionswirkung geschwächt wird. Dieses Modell grenzt sich einerseits gegen rein empirische Modelle ab, die aus der Regression von Versuchsdaten entstanden sind. Gegenüber den sehr komplexen analytischen Modellen besticht das vorgestellte Modell durch seine Simplizität und anwenderfreundliche Form.
Auswirkungen der Bewehrungskorrosion auf den Verbund zwischen Stahl und Beton
Die carbonatisierungs- und chloridinduzierte Bewehrungskorrosion beeinflusst das Tragverhalten von Stahlbetonbauwerken und verkürzt infolgedessen deren Lebensdauer. Dies kann im Wesentlichen durch folgende drei Punkte geschehen: (i) durch den Verlust des Stahlquerschnittes, (ii) durch den Verlust des Betonquer-schnittes aufgrund von Rissbildung und Abplatzungen sowie (iii) durch den Verlust der Verbundwirkung zwischen Stahl und Beton. Die vorliegende Arbeit beschränkt sich auf die Untersuchungen zum Einfluss der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion auf das Verbundverhalten zwischen Stahl und Beton. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, welche Komponenten, die den Verbund gewährleisten, in welcher Art und Weise durch die Bewehrungskorrosion beeinflusst werden? Zur Lösung dieser Fragestellung wurden in der Vergangenheit vorrangig experimentelle Untersuchungen an unterschiedlichen Probekörpergeometrien durchgeführt. Dazu zählen zentrische und exzentrische Ausziehkörper sowie Versuche an Biegebalken. Es wurden sowohl Untersuchungen mit als auch ohne Querbewehrung, die in dieser Arbeit einheitlich als Bügel bzw. Bügelbewehrung bezeichnet wird, durchgeführt. Aufgrund der langen Zeiträume sowohl für die Depassivierung der Betondeckung als auch für den Fortschritt der Bewehrungskorrosion, wurden nahezu alle bisherigen Untersuchungen diesbezüglich beschleunigt. In vorangegangenen Untersuchungen wurde jedoch festgestellt, dass der Grad der Beschleunigung einen Einfluss auf den Zeitpunkt der Erstrissbildung und auf die Verbundfestigkeitsänderung hat. Sowohl diese Tatsache, als auch die große Vielzahl an unterschiedlichen Probekörpern hat zu einer großen Streuung der Verbundfestigkeitswerte in Bezug auf die Korrosion der Bewehrung geführt. Aus diesem Grund ist es bisher schwierig, die geometrischen und korrosionsbeeinflussenden Parameter bestimmten Auswirkungen auf das Verbundverhalten zuzuordnen. Als Beitrag zur Entflechtung dieser Problematik wurden experimentelle Untersuchungen an Balkenend-Probekörpern durchgeführt, welche als Basis für die grundlegenden Mechanismen des Verbundes unter korrosivem Angriff dienen. Die Korrosion der Bewehrung wurde potentiostatisch beschleunigt, jedoch erfolgte dies im Vergleich zu den bisherigen Untersuchungen auf die schonendste Weise mit lediglich fünffach überhöhter maximal in der Natur auftretender Korrosionsrate. Zu den Untersuchungsschwerpunkten zählten die Art und die Verteilung der Korrosionsprodukte, der Zusammenhang zwischen Korrosionsabtrag und messbarer Rissbreite in der Betondeckung und die Auswirkungen der Bewehrungskorrosion auf die Stabendverschiebung und die Verbundfestigkeit. Die Untersuchungen erfolgten getrennt nach Probekörpern mit und ohne Bügelbewehrung, wobei die Probekörper mit Bügelbewehrung nochmals in zwei Gruppen unterteilt wurden. Zum einen waren die Bügel elektrisch mit den Längsstäben verbunden, sodass auch die Bügel beschleunigt korrodierten. Zum anderen wurden die Bügel elektrisch von den Längsstäben entkoppelt, wodurch lediglich die Längsstäbe beschleunigt korrodierten. Auf diese Weise konnte eine qualitative Aussage zum Einfluss geschwächter Bügel auf das Verbundverhalten getroffen werden. Anschließend wurden die ermittelten Ergebnisse im Kontext von Ergebnissen anderer Wissenschaftler diskutiert. Daraus konnten u. a. neue Erkenntnisse zur Abhängigkeit der Verbundfestigkeit von der Beschleunigung der Bewehrungskorrosion gewonnen werden. Weiterhin konnten qualitative Aussagen zum Einfluss von Geometrieparametern wie Stabdurchmesser und Betondeckung auf die Verbundfestigkeitsänderung getroffen werden. Genauere Aussagen diesbezüglich wurden mithilfe numerischer Untersuchungen an FE-Modellen ermöglicht. Im Rahmen der numerischen Untersuchungen, die weitere, vor allem geometrische Parametervariationen abgedeckt haben, wurde der Einfluss von unterschiedlichen Stabdurchmessern mit jeweils verschiedenen Betondeckungen auf die Verbundfestigkeit zu unterschiedlichen Korrosionsstadien untersucht. Außerdem konnte mittels der numerischen Untersuchungen eine quantitative Aussage zur Auslastung der Bügelbewehrung getroffen werden. Mit Hilfe der so gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Modell erstellt, mit dessen Hilfe eine Abschätzung der Restverbundtragfähigkeit möglich ist. Das Modell setzt sich aus der Berechnung der sog. Referenzverbundfestigkeit ohne Korrosionseinwirkung, einer Beschreibung der Abnahme der Umschließungswirkung des Betons und der Wirkung einer ggf. vorhandenen Bügelbewehrung zusammen, welche ebenfalls durch die Korrosionswirkung geschwächt wird. Dieses Modell grenzt sich einerseits gegen rein empirische Modelle ab, die aus der Regression von Versuchsdaten entstanden sind. Gegenüber den sehr komplexen analytischen Modellen besticht das vorgestellte Modell durch seine Simplizität und anwenderfreundliche Form.
Auswirkungen der Bewehrungskorrosion auf den Verbund zwischen Stahl und Beton
Influences of reinforcement corrosion on bond between steel and concrete
Fischer, Christian (author) / Universität Stuttgart (host institution)
2012
Miscellaneous
Electronic Resource
German
DDC:
624
Auswirkungen der Bewehrungskorrosion auf den Verbund zwischen Stahl und Beton
UB Braunschweig | 2013
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