DE29623766U1

DE29623766U1 - Hochfester Beton mit verbesserter Duktilität

Info

Publication number: DE29623766U1
Application number: DE29623766U
Authority: DE
Original assignee: Philipp Holzmann AG
Current assignee: Philipp Holzmann AG
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2006-12-19

Description

Philipp Holzmann 332/64

Aktiengesel!schaft

Hochfester Beton mit verbesserter Duktilität

Hochleistungsbetone, die unter Verwendung von Betonzusatzmitteln und -stoffen hergestellt werden, zeichnen sich u.a. durch erhöhte Festigkeiten aus. Durch die Verwendung von Fließmitteln wird bei gleicher Verarbeitbarkeit ein niedriger Wasser-Zement-Wert (w/z) erreicht. Der Einsatz von Mikrofüllern, vornehmlich wird hier Microsilica, ein Nebenprodukt der Ferro-Silicium-Produktion verwendet, dient der feineren Abstimmung der Gefügestruktur. Diese Mikrofüller bewirken drei Effekte, die im wesentlichen für die Festigkeitssteigerung der Betone verantwortlich sind.

Zum einen kann durch die geringe Teilchengröße des Microsilica (d= 0,1 um) der Porenraum zwischen den Zementkörnern verfüllt und somit eine dichtere Gefügestruktur erzielt werden. Weiterhin werden durch die puzzolanische Reaktion des Microsilicas mit Calciumhydroxid (CH) Calciumsi1ikathydrate (CSH) gebildet, die ebenfalls eine Steigerung der Festigkeiten bewirken. Außerdem wird der Calcium- und Ettringitgehalt in der Kontaktzone zwischen Matrix und Zuschlag verringert. Diese Verbesserung des Verbundes führt zu den bekannten Bruchbildern von Hochleistungsbetonen, bei denen, im Gegensatz zu normalfesten Betonen, der Bruch durch die Zuschlagskörner hindurch verläuft. Hierbei entstehen weniger rauhe Bruchflächen, die Verzahnung der Rißufer wird wesentlich verringert.

Hochfeste Betone zeigen unter Druckbelastung ein lineares Spannungs-Dehnungs-Verhalten bis ca. 90 % der Festigkeit Die einsetzende Mikrorißbildung löst einen überproportionalen Zuwachs der Stauchung aus und führt, aufgrund des hohen elastischen Energieniveaus, zu einem plötzlichen, explosionsartigen Versagen der Struktur. Die erreichten Grenzstauchungen liegen deutlich unter den Werten für Normalbeton.

Dieser Problematik wurde bisher durch eine Erhöhung der Umschnürungsbewehrung begegnet. Durch die Anordnung einer solchen Querbewehrung wird die Aufweitung von Rissen verhindert bzw. innerhalb der Umschnürung ein dreiachsiger Spannungszustand erzeugt, der eine Erhöhung der Duktilität bewirkt. Untersuchungen an zentrisch belasteten Druckgliedern zeigten jedoch, daß eine merkliche Steigerung der Verformungsfähigkeit des abfallenden Astes der Spannungsdehnungslinie erst ab Bewehrungsgraden von 2 Vol.-% bei Rechteckstützen, bzw. 3 Vol.-% bei Rundstützen erreicht werden kann. Um ein plötzliches Versagen der Struktur durch Abplatzen der Betondeckung und anschließende Schrägrißbildung (Bildung eines lokalen Schubbruchbandes) zu verhindern, müßte der Querbewehrungsgrad mindestens 6 Vol.-% betragen.

Auch die Zugabe von Stahlfasern, die eine merkliche Erhöhung der Abrißfestigkeit von Beton bewirkt, wurde bereits untersucht. Es zeigte sich, daß erst ab einem Zusatz von 10 Vol.-% eine merkliche Steigerung der Duktilität von Druckgliedern aus Hochleistungsbeton erreicht werden kann. Solche Fasermengen sind aber nur mit Spezialverfahren einzubringen, die weder wirtschaftlich noch baupraktisch sinnvoll sind.

Es ist weiterhin bekannt, den hochfesten Betonen Polypropylenfasern zuzusetzen, um das Verhalten des Betons im Brandfall zu verbessern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hochfesten Beton zur Verfugung zu stellen, dessen Duktilität gegenüber be-

kannten hochfesten Betonen trotz einem geringeren Zusatz an anorganischen Fasern, insbesondere von Stahlfasern, wesentlich verbessert ist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß mittels eines hochfesten Betons gemäß der Lehre des Anspruchs gelöst.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß durch die kombinierte Zugabe von anorganischen Fasern, insbesondere von Stahlfasern, und von organischen Fasern, insbesondere von Polypropylenfasern, in den im Anspruch 1 angegebenen Mengen eine entscheidende Erhöhung der Duktilität des hochfesten Betons erzielt werden kann. Durch die Zugabe des Fasergemisches wird ein verformungsfähiger abfallender Ast der Spannungsdehnungslinie meßbar, der dem normalfester Betone ähnlich ist. Ein merklicher Abfall der Festigkeiten durch den Einsatz des Fasergemisches konnte nicht festgestellt werden.

Das Bruchverhalten von Hochleistungsbetonen mit diesen Faserzusätzen kündigt sich durch verstärkte Rißbildungen und einem überproportionalen Anwachsen der Stauchungen an. Der Werkstoff reduziert seine Tragfähigkeiten unter stetiger Zunahme der Stauchung. Dieser Prozeß läuft unter verformungsgesteuerter Beanspruchung stabil, ein schlagartiges Versagen ist ausgeschaltet. Es werden Grenzstauchungen erreicht, die denen eines Normalbetons entsprechen.

Das Versagen von Beton unter Druckspannung läßt sich mechanisch durch eine Kombination aus Seperationsrißbildung und Ausbildung eines lokalen Schubbandes erklären. Dabei bewirkt die Seperationsrißbi ldung eine Zunahme der Umfangsstauchung und Schwächung der Struktur, während erst die Ausbildung des lokalen Schubbruchbandes zum Kollaps des Systems führt.

Die Wirkung der beiden Fasern läßt sich anhand nachstehender Modellvorstellung veranschaulichen:

Aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls der organischen Faser im Vergleich zur Betonmatrix wirkt diese Faser als innere Fehlstelle. Sie beschleunigt die über den Umfang verteilte Bildung energiedissipierender Mikrorisse. Die vorhandenen anorganischen Fasern "vernähen" diese Mikrorisse und führen zu einer kontinuierlichen und stabilen Aufweitung der Risse im weiteren Belastungsverlauf. Dies führt zu einer stetigen Abnahme der Systemsteifigkeit unter Vergrößerung der Rißbreiten. Das hohe Energieniveau im Bereich der Festigkeit wird durch Reibung der durch die organischen Fasern initiierten Mikrodefektflanken, bzw. durch die Rißvernähung der anorganischen Fasern dissipiert. Es wird nicht nur das explosionsartige Versagen der Strukturen aus Hochleistungsbeton vermieden, Druckglieder kündigen das Erreichen der Festigkeit durch Rißbildung rechtzeitig an und sind ausreichend verformungsfähig, um sich einer überbelastung zu entziehen und damit eine Lastumlagerung auf Bauteile mit ausreichenden Tragfähigkeitsreserven im Tragwerk zu ermöglichen.

Es hat sich gezeigt, daß besonders gute Ergebnisse erzielt

werden können, wenn dem hochfesten Beton maximal 120 kg/m einer ausreichend verankerungsfähigen Stahlfaser und mindestens 2 kg/m Polypropylenfasern zugesetzt werden.

Claims

Hochfester Beton mit verbesserter Duktilität, anorganische Fasern, insbesondere Stahlfasern enthaltend, dadurch gekennzeichnet, daß er maximal 200 kg/m³ einer ausreichend verankerungsfähigen anorganischen Faser, insbesondere einer Stahlfaser, und mindestens 1 kg/m³ einer organischen Faser, insbesondere einer Polypropylenfaser, mit geringem Elastizitätsmodul enthält.