Does the Stiffness of Aggregate in Concrete Influence the Degradation-Process Due to Cyclic Compression Loads?Structures like bridges, cooling and wind towers etc. are not only exposed to environmental influences and constant static loads but also often to cyclic loads. Due to the latter, very fine microcracks can occur due to load cycles leading to a degradation in the microstructure of concrete and to a reduction of stiffness and strength.Up to now it is still uncertain, if and to what extent different aggregates and therefore different aggregate stiffnesses influence this degradation-process and which consequences may result for the stiffness of concrete. Within the scope of the Collaborative Research Center 398 (SFB 398), lifetime-oriented design concepts with the aspects of damage and deterioration were developed. In one of the subprojects (A13), the degradation of material properties due to cyclic loading was experimentally investigated. This paper gives an account of the investigations on concrete with different aggregate characteristics under cyclic compressive loading. Thereby aggregates with significant different characteristics (sandstone, basalt, quartzite) were selectively included with furthermore constant concrete composition. Specimens of these concretes were subjected to single stage cyclic loads with lower and upper stresses being constant during the whole test series.During the cyclic loading, the changes in the strains and the stiffness (Young's modulus) of concrete caused by the proceeding degradation in the microstructure were determined. Microscopic analyses at different numbers of cycles were done as well. The results of the investigations showed that the ratio between the stiffness of the coarse aggregates and the hardened cement paste significantly influences the degradation-process. At the concretes with sandstone the lower stiffness of aggregates led to a comparatively lower reduction in concrete's stiffness and to a increase of microcracks in the concrete's microstructure after defined load cycles in comparison to concretes with quartzite or basalt.
Einführung
Betonbauwerke werden häufig neben rein statischen Lasten auch durch zyklische Lasten beansprucht. Durch Letztere kann bereits während zahlreicher Lastwechsel eine Degradation des Betongefüges eintreten, die zu größeren Dehnungen und zu reduzierten Steifigkeiten führen. Unklar ist, wie sich Ruhephasen innerhalb dieser zyklischen Beanspruchung auf das Dehnungsverhalten und die Steifigkeitsentwicklung auswirken. Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches 398 werden lebensdauerorientierte Entwurfskonzepte unter Schädigungs‐ und Deteriorationsaspekten entwickelt. Hierin wird im Teilprojekt A13 die Degradation der Materialeigenschaften des Betons infolge von zyklischer Druckschwellbelastung untersucht. Im folgenden Beitrag wird vom Einfluss von einmalig auftretenden Ruhephasen innerhalb sinusförmiger Druckschwellbelastungen auf das Dehnungs‐ und Steifigkeitsverhalten von Normalbeton berichtet. Dazu wurden Betonproben zwei unterschiedlichen Belastungsregimen (Lastniveau, Frequenz) ausgesetzt. Innerhalb dieser wurden verschieden lang andauernde Ruhephasen eingebaut. Während der Belastungs‐ und Ruhephasen wurden die Probekörperdehnungen und indirekt der E‐Modul (über Ultraschalllaufzeitmessungen) bestimmt. Die Versuchsergebnisse besagten, dass bei den betrachteten Belastungshistorien Ruhephasen keinen signifikanten Einfluss auf das Dehnungsverhalten der Betonprobekörper besaßen. Geringfügige Erholungen infolge des verzögert‐elastischen Verhaltens des Betons in der Ruhephase waren nach erneuter Aufnahme der Beanspruchung rasch wieder aufgebraucht. Gleiches gilt für die Auswirkungen auf die Steifigkeit des Betons.
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