DD261212A1 - Probekoerper zur ermittlung der zugfestigkeit von moertel und beton - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Probekoerper zur Bestimmung der Zugfestigkeit beliebiger Moertel und Betone, um reproduzierbare Aussagen ueber diesen wichtigen Materialkennwert auf einfache Weise zu erhalten. Es werden spezielle Laborpruefkoerper hergestellt und in einer geeigneten Pruefvorrichtung so mittels Zugpruefmaschine belastet, dass im Probekoerper eine Zugbeanspruchung entsteht, die bis zum Bruchzustand gesteigert wird, so dass die Zugfestigkeit bestimmt werden kann.

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die im Vergleich zu seiner Druckfestigkeit wesentlich geringere Zugfestigkeit von Mörteln und Betonen stellt für diese eine ausgesprochen kritische Größe dar.

Während die Druckfestigkeit von Betonkonstruktionen in vielen baupraktischen Fällen nicht ausgenutzt werden kann, erreichen ober überschreiten die auftretenden Zugspannungen die vorhandene Zugfestigkeit häufig.

Es kommt dabei zur Rißbildung, d. h. zum Zugversagen des Betons.

Die möglichst exakte Kenntnis der Zugfestigkeit des jeweiligen Betongemisches, als der höchsten aufnehmbaren Zugspannung, istvon hoher praktischer Bedeutung.

Nur wenn dieser Kennwert konkret bekannt ist, kann berechnungsseitig eine fundierte Entscheidung darüber getroffen werden, ob die Zugfestigkeit des Betons für die Tragfähigkeit des Bauteils mit in Ansatz gebracht werden kann oder nicht.

Nicht weniger wichtig ist die konstruktive Seite.

Dies bedeutet z. B. die Vermeidung von Rissen durch entsprechend festgelegte Fugenabstände oder das Überdrücken von Zugzonen durch Spannglieder, die Einplanung einer späteren Beschichtung der Betonoberfläche mit geeigneten Massen um wieder eine geschlossene Oberfläche zu erzielen bzw. die Festlegung von Nutzungseinschränkungen falls Rißbildung eintrat und keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen wurden.

So ist die Kenntnis der realen Betonzugfestigkeit für viele baupraktische Fälle wesentlich für eine fachgerechte Entscheidung.

Allgemein wird im Betonbau die Spaltzugfestigkeit direkt als Zugfestigkeit in Ansatz gebracht.

Dabei werden Betonwürfel oder Betonzylinder in einer herkömmlichen Druckprüfmaschine unter Zuhilfenahme zweier Hartfilzstreifen bis zum Bruch belastet.

Die jeweils zwischen Druckplatte der Maschine und Prüfkörper angeordneten Filzstreifen liegen einander dabei parallel gegenüber. Die im Prüfkörper entstehenden Querzugspannungen führen zu dessen Versagen.

Diese Prüfmethode ist einfach realisierbar.

Das im Prüfkörper entstehende Spannungsfeld ist allerdings sehr kompliziert und schon wegen der Krafteinleitungsbereiche keinesfalls als homogen zu bezeichnen. Damit stellt sich die Frage nach der Praxisrelevanz der Verwendung der Spaltzugfestigkeit als Wert für die Zugfestigkeit. Zudem ist das Verfahren durch hohe Prüfstreuungen gekennzeichnet.

Speziell im Stahlbetonbau wird der Normwert (als unteres 5% — quantil) der Zugfestigkeit aus dem Normwert der Würfeldruckfestigkeit errechnet.

Dabei kommt für alle Betonklassen eine einheitliche Berechnungsformel zur Anwendung.

Man arbeitet hier also mit Näherungen in die die konkrete Gemischqualität keinen Eingang findet.

Die Anwendung zerstörungsfreier Prüfmethoden,wie Ultraschallaufzeitmessung oder Rückprallhärtemessung setzen stets die Kalibrierung durch eine entsprechende zerstörende Prüfung voraus, können also nicht als selbständige Prüfmethode angesehen werden.

Zur direkten Ermittlung der Zugfestigkeit sind weiterhin verschiedene Vorgehensweisen bekannt.

So werden Verfahren beschriebeabei denen an die Stirnflächen zylindrischer Probekörper konstanten Querschnitts Stahlplatten mit Kunstharzkleber aufgeklebt werden, die ihrerseits durch Halterungen direkt in die Zugprüfmaschine eingehangen werden können.

Die Kraftübertragung von den Stahlplatten auf den Betonkörper erfolgt hierbei geradezu sprungartig.

In den Kopfbereichen des Probekörpers kommt es zu hohen Spannungskonzentrationen und in logischer Folge treten die Brüche in den meisten Fällen auch dort ein.

Vergleichbare und damit sinnvole Ergebnisse können jedoch nur erhalten werden, wenn der Bruch innerhalb eines Bereiches homogener Spannungsverteilung erfolgt, so daß dieses Verfahren als ungeeignet gelten muß.

Es birgt außerdem die Gefahr schief aufgeklebter Platten und Brüche im Kleber selbst.

Bei anderen Verfahren werden spezielle Bewehrungselemente in die Kopfbereiche der Probekörper mit einbetoniert. Die Krafteinleitung erfolgt damit ausgeglichener.

Da diese Bewehrungselemente mit entsprechenden Stirnplatten verbunden werden müssen, sind in jedem Falle spezielle Gußformen für die Prüfkörper erforderlich.

Schon dieser Tatsache steht einer breiten Anwendung einer solchen Methode und damit der Vergleichbarkeit der Ergebnisse entgegen.

Das exakt symmetrische Einlegen der Bewehrung, als Voraussetzung für eine gleichmäßige Spannungsverteilung, ist sehr aufwendig und kaum garantierbar.

Die Prüfkörper haben hierbei z. T. konstanten Querschnitt, z.T. ist aber auch der Mittelteil gegenüber den Kopfbereichen verjüngt.

Brüche in den Kopfbereichen werden dadurch weitgehend vermieden, treten jedoch nun bevorzugt an den Stellen einer Querschnittsänderung auf.

Die Gießformen sind dabei natürlich noch komplizierter als bei Prüfkörpern konstanten Querschnitts.

Weiterhin werden Verfahren vorgestellt^bei denen die Prüfkörper weder im Kopfbereich armiert noch mit Stahlplatten versehen, sondern in schon gezeigter Weise im Mittelstück verjüngt gefertigt und dann durch Einhängen der breiten Kopfbereiche in spezielle Prüfköpfe in der Zugprüfmaschine geprüft werden.

Die Herstellung derartiger Prüf köpfe ist aufwendig und kompliziert. Eine breite Anwendung damit schwierig. Die Krafteinleitung erfolgt Ld. R. über Walzen also praktisch punktförmig.

Die Zentrierung der Prüfköpfe gegeneinander muß sehr exakt erfolgen. Auch diese Verfahren können daher nicht als günstig angesehen werden.

Zusammenfassend muß eingeschätzt werden, daß die bisher bekannten Prüfverfahren den Bedürfnissen der Wirtschaft nach einfach und reproduzierbar zu ermittelnden Betonzugfestigkeiten nicht in befriedigendem Maße Rechnung tragen.·

Ziel der Erfindung

Es ist daher das Ziel derErfindung.spezielle Prüfkörper zu schaffen₍an denen die Betonzugfestigkeit zuverlässig ermittelt werden kann und weder komplizierte Prüfkörpergußformen noch aufwendige Prügeräte einer breiten Anwendung entgegen stehen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe die durch die Erfindung gelöst wird₍besteht darin, Prüfkörper zur Ermittlung der Zugfestigkeit von

Mörteln und Betonen zu schaffen, die es ermöglichen die Prüfung gegenüber bisherigen Methoden durch den Wegfall jeglicher Gußformen sowie Bewehrungs- bzw. Klebarbeiten zu verbessern.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Prüfkörper zur Anwendung kommen die aus zwei in Längsachse aneinander gereihten und mit dem zu prüfenden Mörtel oder Beton ausgefüllten Rohrstutzen mit im Wesentlichen gleichen Abmessungen bestehen.

Erfindungsgemäß werden zur Herstellung der Probekörper Rohrstutzenbenötigt deren Herstellung vorzugsweise wie folgt durchzuführen ist.

Unlegiertes Stahlrohr, dessen Durchmesser in Abhängigkeit vom Größtkorn des zu prüfenden Betons oder Mörtels zu wählen ist, wird von losem Rost gereinigt, auf dem Außenmantel mit einem längs durchlaufenden Farbstrich versehen und dann in Rohrstutzen zersägt.

Es empfiehlt sich₍die Stutzen unmittelbar nach dem Sägen zu numerieren.

Numerierung und Farbmarkierung dienen dazu, später jeweils zwei Rohrstutzen wieder wie am unzersägten Rohr zusammensetzen zu können.

An dem der künftigen Berührungsfläche der beiden Rohrstutzen abgewandten Ende werden in den Rohrmantel jeweils zwei einander gegenüberliegende Bohrungen eingebracht.

Die so vorbereiteten Stutzen werden in der festgelegten Art paarweise aufeinander gesetzt und in geeigneter Weise aufeinander gespannt.

Anschließend wird eine geeignete Masse (z. B. Sand) soweit aufgefüllt und verdichtet, daß die Bohrungen im unteren Stutzen dadurch verschlossen sind.

In die so vorbereiteten Formen kann unmittelbar der Beton oder Mörtel eingefüllt und verdichtet werden und zwar bis unterhalb der Bohrungen im oberen Stutzen. Der Beton oder Mörtel wird in der gewünschten Weise bis zur Prüfung nachbehandelt und gelagert.

Die Bohrungen in den Rohrstutzen dienen der Aufnahme geeigneter Ankopplungselemente über die die Zugkraft in den Probekörper eingetragen werden kann.

Herkömmliche Verfahren setzen für die Probekörperherstellung komplizierte Fertigungsformen voraus.

Die Vielfalt der dabei international angewandten Modifikationen läßt keinen Vergleich der Ergebnisse zu. Selbst bei Vorhandensein solcher Formen ist die Zahl der aus einer Mischung herstellbaren Prüfkörper doch immer stark begrenzt.

Für die erfindungsgemäßen Probekörper ist lediglich einfaches Stahlrohr erforderlich, so daß es jeder Prüfstelle möglich ist, billig und in großen Stückzahlen, wie sie für Grundlagenuntersuchungen unerläßlich sind, solche Probekörper herzustellen.

Damit ist die Voraussetzung für eine breite Anwendung dieser Probekörper und in der Folge für die Vergleichbarkeit der Ergebnisse geschaffen.

Es sind keinerlei Armierungs- oder Klebarbeiten erforderlich. Gefahren,wie unsymmetrische Bewehrungsanordnung oder schief aufgeklebte Platten₍die zu Ergebnisverfälschungen führen würden, entfallen somit von vornherein.

Die wenigen auszuführenden Säge- und Bohrarbeiten lassen kaum subjektive Fertigungsfehlerzu und sind überall ohne weiteres realisierbar.

Die Kraftübertragung erfolgt bei der vorgeschlagenen Methode über geeignete Kopplungselemente auf die Rohrstutzen und von diesen über Mantelreibung auf den Betonkörper. Es steht eine relativ große Mantelfläche zur Krafteinleitung zur Verfügung, wodurch Spannungskonzentrationen vermieden und im Mittelstück des Probekörpers ein weitgehend homogenes Spannungsfeld ermöglicht wird.

Da der Bruch stets in der Berührungsebene der Stutzen erfolgen muß, liegt er auch stets im Bereich homogener Spannungsverteilung.

Durch diese günstigen Prüfbedingungen lassen sich im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Verfahren reproduzierbare Ergebnisse erzielen.

Die hier vorgeschlagene Prüfkörperausbildung und die darauf aufbauende Prüfmethode sind einfach und zuverlässig realisierbar.

Trotzdem konnte im Rahmen der Recherchen keine ähnliche Lösung nachgewiesen werden.

Da andererseits die Kenntnis der Zugfestigkeit des Betons für die Bauwirtschaft von großem Interesse ist, kann die vorgeschlagene Lösung als sinnvolle Ergänzung vorhandener Baustoffprüfmethoden angesehen werden.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Beispiels und der Figuren 1 und 2 soll nachstehend die Erfindung näher erläutert werden.

Die Figuren 1 und 2 zeigen die zur Prüfung der Betonzugfestigkeit hergestellten Probekörper in Ansicht bzw. Draufsicht.

Sie wurden wie folgt hergestellt.

Unlegiertes Stahlrohr von 80 mm Innendurchmesser wurde von losem Rost befreit und auf dem Außenmantel mit einer durchgehenden Farbmarkierung versehen.

Das Rohr wurde in Teilstücke von je 150 mm Länge zersägt und die entstandenen Stutzen so numeriert, daß später jeweils zwei wieder so zusammengefügt werden konnten₍wie sie im noch unzersägten Rohr vorlagen.

In die so paarweise geordneten Rohrstutzen wurden an die der zukünftigen Berührungsfläche abgewandten Seiten pro Stutzen zwei einander gegenüberliegende Bohrungen in den Rohrmantel eingebracht.

Danach konnten die Rohrstutzen unter Zuhilfenahme der Farbmarkierung und der Numerierung paarweise in der gezeigten Weise zusammengefügt und auf einer Grundplatte aufgesetzt werden.

Auf die Oberseite der Doppelstutzen wurden beidseitig Winkelstähle aufgelegt, die vorher mit Bohrungen versehen worden waren.

Auf der Grundplatte angebrachte Stehbolzen laufen durch diese Bohrungen und ermöglichen die Verspannung der Rohrstutzen aufeinander und auf der Grundplatte.

Im Anschluß wurde feuchter Sand in die Stutzen gefüllt und verdichtet, so daß die Sandschicht bis über die unteren Mantelbohrungen reichte.

Danach wurde der Beton eingebracht und verdichtet.

Die oberen Rohrmantelbohrungen wurden dabei freigehalten.

Nach 24h wurden die Probekörper von der Grundplatte entfernt und einer Normnachbehandlung unterzogen. _ Zur Durchführung der Prüfung wurde ein Bolzen durch die Bohrungen im oberen Teil des Probekörpers geführt.

Dieser Bolzen stand über Laschen mit einem weiteren Bolzen in Verbindung, der seinerseits gleichzeitig durch die beiden Ösen eines Schekels gesteckt war.

Im oberen Futter einer herkömmlichen Zugprüfmaschine wurde ein Zughaken eingespannt und in diesen der Schekel mit dem Probekörper eingehangen.

Eine stählerne Zelle, bestehend aus Grundplatte, Seitenwänden und Deckplatte, wurde über einen in der Grundplatte arretierten Stehbolzen im unteren Futter der Prüfmaschine eingespannt.

Die Deckplatte war mit einer Öffnung versehen₍die das Hindurchführen der Probekörper ermöglichte und ihnen darüber hinaus

etwas seitlichen Spielraum gab. · ·.

Ein durch die Bohrungen im unteren Teil der Probekörper geführter Bolzen sorgte für die Kraftübertragung von der als Widerlager dienenden Zelle und dem Probekörper.

Claims (1)

1. Probekörper zur Ermittlung der Zugfestigkeit von Mörtel und Beton, gekennzeichnet dadurch, daß zwei Rohrstutzen mit im wesentlichen gleichen Abmessungen in gemeinsamer Längsachse aneinander gereiht und mit dem zu prüfenden Mörtel oder Beton ausgefüllt sind, sowie an ihren äußeren Enden Halterungen zur Verankerung in einer Zugvorrichtung aufweisen.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft Probekörper zur Ermittlung der Zugfestigkeit von Mörteln und Betonen. Sie stellt eine nötige und leicht einführbare Ergänzung bisheriger Bäustoffprüfmethoden dar.