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Faserfreier ultrahochfester Beton: Entwicklung und Materialeigenschaften
"Höher, schneller, stärker" ist nicht nur das Motto olympischer Spiele, sondern auch der Betontechnologie. Seit der Erfindung des Betons wird angestrebt, Betone mit immer höheren Festigkeiten zu entwickeln und einzusetzen. Als Beispiel zeigt Abb. 1.1 die Evolution der Betonfestigkeit im amerikanischen Hochhausbau. Die Verwendung von Betonen mit höheren Festigkeiten ermöglicht den Entwurf neuartiger Struktur und Bauteile, die mit normalfesten Betonen unwirtschaftlich oder unmöglich zu bauen sind. Unter "starker Beton" versteht sich aus wissenschaftlicher Sicht einen Beton mit hoher Dauerhaftigkeit. Die Verwendung der dauerhaften Betone kann die instandsetzungsfreie Nutzungsdauer des Bauwerkes verlängern. Da die Maßnahmen zur Steigerung der Betonfestigkeit auch zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit führen können, weisen die Bauteile aus Betonen höherer Festigkeiten längere Nutzungsdauer und niedrigere Instandsetzungskosten auf. Ein weiteres Anstreben der Betontechnologie liegt in der Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Betons, damit der Beonierablauf vereinfacht und die Bauzeit verkürzt werden können. Als neueste Entwicklung in diesem Bereich stellt der selbstverdichtende Beton (SVB) dar. Ohne zusätzliche Verdichtungsenergie kann er unter dem Einfluss der Schwerkraft entmischungsfrei fließen, entlüften und die Räumen zwischen Bewehrungen und Schalung vollständig ausfüllen. Ein schnelles, lärmarmes Betonieren ist durch die Verwendung von SVB realisierbar. Abweichend von den Untersuchungen in Frankreich und den im Rahmen des DFG-Schwerpunkt Forschungsprogramms SPP 1182, in denen stahlfaserverstärkte ultrahochfeste Betone untersucht werden, handelt sich die vorliegende Arbeit vorwiegend um die Entwicklung und Beschreibung von faserfreiem UHFB. Die Arbeit setzt sich zum Ziel, rationale Betonrezepturen zu entwickeln und die Materialeigenschaften von UHFB in frischem und erhärtetem Zustand zu ermitteln. Aus den gewonnenen Ergebnissen sollen zum Einen die stofflichen und herstellungstechnischen Aspekte zur zielsicheren Herstellung von UHFB ausgearbeitet werden. Zum Anderen sollen Materialgesetze zur Beschreibung des Verhaltens von UHFB entwickelt werden. Die Arbeit wird in 3 Teilen eingegliedert. In dem ersten Teil (Kapitel 2) wird zuerst die Mirostruktur der normalfesten Betone kurz beschrieben. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden die grundsätzlichen Maßnahmen zur Erhöhung der Betonfestigkeit abgeleitet. Die geeigneten Ausgangsstoffe für UHFB werden gewählt und ihre Funktionen im UHFB sowie gegenseitige Abhängigkeit aufgeklärt. Mit Vorversuchen werden die Referenz-Rezepturen von fein- und grobkörnigem UHFB entwickelt. In dem zweiten Teil (Kapitel 3) werden die selbstverdichtenden Eigenschaften von frischem UHFB untersucht. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse zur Fließfähigkeit, Sedimentationsneigung und Selbstentlüftungsfähigkeit wird das Verarbeitungsfenster bestimmt. Eingehend werden die Einflüsse der Fließmittelzugabezeit auf die Frischbetoneigenschaften ermittelt. Durch die Interpretation der Versuchsergebnisse an verschiedenen Zement/Fließmittel Kombinationen und der Anfangshydratationen der Zemente wird die Wirkungsweise aufgeklärt. Der dritte Teil besteht aus den Kapiteln 4 bis 7. Das Kapitel 4 behandelt um die Eigenschaften von erhärtem UHFB. Die Entwicklung der Druckfestigkeit, die Beziehung zwischen der Druckfestigkeit und dem E-Modul sowie die Spannungs-Dehnungslinie werden ermittelt. Neue Ansätze zur Beschreibung dieser Eigenschaften von erhärtetem UHFB werden vorgeschlagen. Außerdem wird das Bruchverhalten unter Zugspannung in Kapitel 4 mittels Keilspaltzugversuchs ermittelt. In Kapitel 5 wird das autogene Schwinden von UHFB untersucht und durch verschiedene betontechnische Maßnahmen reduziert. Die Wirkungsweisen der betroffenen Maßnahmen werden aufgeklärt. Das Kriechverhalten unter Druckspannung wird in Kapitel 6 ermittelt. Das Belastungsniveau wird zwischen 25 % und 85 % der Druckfestigkeit variiert. Damit kann die Spannungsgrenze ermittelt werden, ab der das lineare Kriechen nicht mehr gültig ist. Weiterhin wird die Tauglichkeit des in DIN 1045 vorhandenen Kriechmodells für die Beschreibung des Kriechverhaltens von UHFB überprüft. Neue Ansätze werden aufgrund der Versuchsergebnisse vorgeschlagen. In Kapitel 7 wird das Brandwiderstand von faserfreiem und stahlfaserversärktem UHFB untersucht. Verschiedene Zusätze werden zur Erhöhung des Brandwiderstands getestet. Der Einfluss der Stahlfaserausrichtung auf den Brandwiderstand wird ebenfalls analysiert.
Faserfreier ultrahochfester Beton: Entwicklung und Materialeigenschaften
"Höher, schneller, stärker" ist nicht nur das Motto olympischer Spiele, sondern auch der Betontechnologie. Seit der Erfindung des Betons wird angestrebt, Betone mit immer höheren Festigkeiten zu entwickeln und einzusetzen. Als Beispiel zeigt Abb. 1.1 die Evolution der Betonfestigkeit im amerikanischen Hochhausbau. Die Verwendung von Betonen mit höheren Festigkeiten ermöglicht den Entwurf neuartiger Struktur und Bauteile, die mit normalfesten Betonen unwirtschaftlich oder unmöglich zu bauen sind. Unter "starker Beton" versteht sich aus wissenschaftlicher Sicht einen Beton mit hoher Dauerhaftigkeit. Die Verwendung der dauerhaften Betone kann die instandsetzungsfreie Nutzungsdauer des Bauwerkes verlängern. Da die Maßnahmen zur Steigerung der Betonfestigkeit auch zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit führen können, weisen die Bauteile aus Betonen höherer Festigkeiten längere Nutzungsdauer und niedrigere Instandsetzungskosten auf. Ein weiteres Anstreben der Betontechnologie liegt in der Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Betons, damit der Beonierablauf vereinfacht und die Bauzeit verkürzt werden können. Als neueste Entwicklung in diesem Bereich stellt der selbstverdichtende Beton (SVB) dar. Ohne zusätzliche Verdichtungsenergie kann er unter dem Einfluss der Schwerkraft entmischungsfrei fließen, entlüften und die Räumen zwischen Bewehrungen und Schalung vollständig ausfüllen. Ein schnelles, lärmarmes Betonieren ist durch die Verwendung von SVB realisierbar. Abweichend von den Untersuchungen in Frankreich und den im Rahmen des DFG-Schwerpunkt Forschungsprogramms SPP 1182, in denen stahlfaserverstärkte ultrahochfeste Betone untersucht werden, handelt sich die vorliegende Arbeit vorwiegend um die Entwicklung und Beschreibung von faserfreiem UHFB. Die Arbeit setzt sich zum Ziel, rationale Betonrezepturen zu entwickeln und die Materialeigenschaften von UHFB in frischem und erhärtetem Zustand zu ermitteln. Aus den gewonnenen Ergebnissen sollen zum Einen die stofflichen und herstellungstechnischen Aspekte zur zielsicheren Herstellung von UHFB ausgearbeitet werden. Zum Anderen sollen Materialgesetze zur Beschreibung des Verhaltens von UHFB entwickelt werden. Die Arbeit wird in 3 Teilen eingegliedert. In dem ersten Teil (Kapitel 2) wird zuerst die Mirostruktur der normalfesten Betone kurz beschrieben. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden die grundsätzlichen Maßnahmen zur Erhöhung der Betonfestigkeit abgeleitet. Die geeigneten Ausgangsstoffe für UHFB werden gewählt und ihre Funktionen im UHFB sowie gegenseitige Abhängigkeit aufgeklärt. Mit Vorversuchen werden die Referenz-Rezepturen von fein- und grobkörnigem UHFB entwickelt. In dem zweiten Teil (Kapitel 3) werden die selbstverdichtenden Eigenschaften von frischem UHFB untersucht. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse zur Fließfähigkeit, Sedimentationsneigung und Selbstentlüftungsfähigkeit wird das Verarbeitungsfenster bestimmt. Eingehend werden die Einflüsse der Fließmittelzugabezeit auf die Frischbetoneigenschaften ermittelt. Durch die Interpretation der Versuchsergebnisse an verschiedenen Zement/Fließmittel Kombinationen und der Anfangshydratationen der Zemente wird die Wirkungsweise aufgeklärt. Der dritte Teil besteht aus den Kapiteln 4 bis 7. Das Kapitel 4 behandelt um die Eigenschaften von erhärtem UHFB. Die Entwicklung der Druckfestigkeit, die Beziehung zwischen der Druckfestigkeit und dem E-Modul sowie die Spannungs-Dehnungslinie werden ermittelt. Neue Ansätze zur Beschreibung dieser Eigenschaften von erhärtetem UHFB werden vorgeschlagen. Außerdem wird das Bruchverhalten unter Zugspannung in Kapitel 4 mittels Keilspaltzugversuchs ermittelt. In Kapitel 5 wird das autogene Schwinden von UHFB untersucht und durch verschiedene betontechnische Maßnahmen reduziert. Die Wirkungsweisen der betroffenen Maßnahmen werden aufgeklärt. Das Kriechverhalten unter Druckspannung wird in Kapitel 6 ermittelt. Das Belastungsniveau wird zwischen 25 % und 85 % der Druckfestigkeit variiert. Damit kann die Spannungsgrenze ermittelt werden, ab der das lineare Kriechen nicht mehr gültig ist. Weiterhin wird die Tauglichkeit des in DIN 1045 vorhandenen Kriechmodells für die Beschreibung des Kriechverhaltens von UHFB überprüft. Neue Ansätze werden aufgrund der Versuchsergebnisse vorgeschlagen. In Kapitel 7 wird das Brandwiderstand von faserfreiem und stahlfaserversärktem UHFB untersucht. Verschiedene Zusätze werden zur Erhöhung des Brandwiderstands getestet. Der Einfluss der Stahlfaserausrichtung auf den Brandwiderstand wird ebenfalls analysiert.
Faserfreier ultrahochfester Beton: Entwicklung und Materialeigenschaften
Ma, Jianxin (author)
2013
242 Seiten, Bilder, Tabellen, 222 Quellen
Theses
German
Ultrahochfestigkeit , Ultrahochleistungsbeton , Dauerfestigkeit , Mikrogefüge , Festigkeitserhöhung , selbstverdichtender Beton , Verarbeitbarkeit , Flussmittel , Druckfestigkeit , Fließfähigkeit , Elastizitätsmodul , Erhärten (Zementabbinden) , Zugfestigkeit , Kriechverhalten , stahlfaserverstärkter Beton , Brandeigenschaft
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