Entwicklung der Materialeigenschaften im jungen Massenbeton

Strieder, Emanuel; Hilber, Raimund; Murr, Roland; Bergmeister, Konrad

doi:10.1002/best.201600047

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“…The progress of hydration is calculated considering the temperature-dependent reaction rate using the concept of effective time as described in Section 2.1.4 (or also [13]). Due to the gradient mixture of the concrete the material properties vary over space even if the temperature is constant.…”

Section: Time Dependency Of the Materials Propertiesmentioning

confidence: 99%

“…Hence choosing a cement with low heat generation or the use of additions with latent hydraulic activity (type II according to [2]) are possibilities to reduce the hydration energy [13][14][15]. A cement with low hydration energy (CEM III/B) is chosen for the core concrete.…”

Section: Requirements For Low Hydration Energy Core Concretementioning

confidence: 99%

“…Material properties as well as the time dependency of selected material properties of the surface layer and core concrete are based on test results [13,33,37,[43][44][45]. The mixtures used in the simulation are presented in Table 3.…”

Section: Used Materials Propertiesmentioning

confidence: 99%

“…For a more precise prediction, tests with mixed material states should be carried out and also creep, shrinkage and moisture transport in the concrete should be considered. The thermal energy release during hydration was measured in an adiabatic concrete calorimetry for one cement content and a function was fitted as described in [13]. For the lower cement content, the maximum thermal energy release is scaled depending on the cement content.…”

Section: Used Materials Propertiesmentioning

confidence: 99%

“…Only the zone near the surface requires a high durable concrete, which leads to high cement content and low w/c ratios. In mass concrete structures thermal stresses during hydration are a known problem [7][8][9][10][11][12][13][14][15][16]. These thermal stresses can lead to cracks in the concrete.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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FE-Study on the Effect of Gradient Concrete on Early Constraint and Crack Risk

Strieder

Hilber²,

Stierschneider

et al. 2018

Applied Sciences

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Abstract:In long-lasting mass concrete structures the desired material properties of the concrete mix to realize a durable concrete and a concrete surface without cracks conflict with each other. The requirement of concrete with high durability leads to high thermal energy release and therefore, as another consequence, to high crack risk. Crack reduction is achieved by use of concrete with low hydration energy, which on the other hand leads to a decrease in concrete durability. Besides from optimized base materials and concrete technology, a gradient material distribution in the cross-section could reduce the problem since durable concrete is needed near the surface and the requirement of low-hydration energy is located in the center of the member. A simplified model is used to investigate the possible effect of a gradient concrete material distribution in mass concrete structures on crack reduction. The results of the analysis show that gradient concrete might contribute to lowering the constraint stresses and therefore the crack risk during concrete hardening.

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Section: Time Dependency Of the Materials Propertiesmentioning

confidence: 99%

Section: Requirements For Low Hydration Energy Core Concretementioning

confidence: 99%

Section: Used Materials Propertiesmentioning

confidence: 99%

Section: Used Materials Propertiesmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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FE-Study on the Effect of Gradient Concrete on Early Constraint and Crack Risk

Strieder

Hilber²,

Stierschneider

et al. 2018

Applied Sciences

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Untersuchung zur Rissentwicklung im Massenbeton

Strieder¹,

Hilber²,

Bergmeister³

2017

Beton und Stahlbetonbau

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1 Motivation Während der Hydratationsphase entstehen im erhärtenden Beton Temperaturänderungen, aus denen thermische Dehnungen resultieren. Wird die Verformung im Bauteil selbst oder durch umgebende Randbedingungen behindert, entstehen Zwangsspannungen, die zu Rissen führen können. Aktuelle Laboruntersuchungen zeigen, dass die gängige Bemessungspraxis beim Abbau von Zwangsbeanspruchungen nicht vollständig der Realität entspricht [2]. Um in Zukunft wirtschaftlich und ressourcenschonend bei der Bemessung und Errichtung von massigen Betonbauteilen vorgehen zu können, müssen die relevanten Faktoren, die sich auf die Rissbildung auswirken, erkannt und die verwendeten Materialien und Methoden gezielt optimiert werden. Im Gesamtkonzept des ressourcenoptimierten wirtschaftlichen und lebenszyklusorientierten Konstruierens gilt es, eine Betonrezeptur so dauerhaft wie möglich (hohe Festigkeit, hohe Wasserundurchlässigkeit, hohe Frostbeständigkeit etc.), jedoch auch möglichst frei von Rissen (langsame Wärmefreisetzung, geringe Gesamtenergiefreisetzung etc.), zu gestalten. Widerstandsfähiger Beton mit vielen (womöglich breiten) Rissen führt zu keinem dauerhaften Stahlbetonbauwerk (vgl. [3]). Mit numerischen Berechnungen können die Temperaturentwicklung und die Temperaturverteilung, die Entwicklung einzelner Materialeigenschaften und deren räumliche Verteilung sowie die dadurch auftretenden Dehnun-gen und Spannungen simuliert werden. Damit können Aussagen über die Rissbildung (beispielsweise über den nachfolgend näher erklärten Rissindex) getroffen werden. Neben der Beschreibung des FE-Modells zur Berechnung des Rissindex werden Berechnungsergebnisse hinsichtlich der Neigung zur Rissbildung von Betonen mit unterschiedlichen Bindemitteln sowie der Effekt unterschiedlicher Ausschalzeitpunkte (Schalung als Nachbehandlung) auf die Rissentwicklung modelliert. 2 Numerische Modellierung 2.1 Allgemeines Zur numerischen Untersuchung der auftretenden Spannungen und des Rissindex wurden dreidimensionale, nichtlineare FE-Simulationen mit dem kommerziellen FE-Softwaresystem und dem Gleichungslöser ABAQUS/ Standard [4] durchgeführt. Verwendet wurde ein thermisch-mechanisch gekoppeltes Analyseverfahren, in welchem die Temperaturentwicklung und die Spannungsentwicklung im selben Zeitschritt gelöst werden konnten. GeometrieSchutzbauwerke werden häufig auf massigen Fundamenten gegründet. Auszugsweise wurde das Verhalten einer Wand aus Massenbeton auf einem bereits erhärteten Fundament untersucht. Die Geometrie des Modells ist in Im erhärtenden Beton treten temperaturbedingt Dehnungen und/oder Spannungen auf, während sich die Materialeigenschaften Steifigkeit, Festigkeiten etc. verändern. Da sich sowohl der Widerstand als auch die Einwirkungen zeitlich verändern, kann mit Zeitverlaufsberechnungen die Rissbildung untersucht werden. In einem Forschungsprojekt zur Ressourcenoptimierung beim Bau von Stahlbetonschutzbauwerken im Wasserbau wurden der Einfluss von unterschiedlichen Bindemitteln auf die Rissbildung und die zu deren Begrenzung erforderli...

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Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

Kromoser¹,

Strieder²,

Kirnbauer

2019

Beton und Stahlbetonbau

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1 Einleitung Beton ist charakterisiert durch eine verhältnismäßig hohe Druckfestigkeit und eine vergleichsweise niedrige Zugfestigkeit. Um das Material möglichst effizient nutzen zu können, müssen Baustrukturen so gestaltet werden, dass hauptsächlich Druckspannungen und nur geringe Zugspannungen auftreten. Oft führen externe Lasten jedoch zu einer Biegebeanspruchung, die sich insbesondere bei dünnwandigen Bauteilen negativ auswirkt. Aufgrund der kleinen statischen Nutzhöhe z. B. bei Schalentragwerken führt dies auch schon bei geringen Beanspruchungen zu relativ hohen Zugbeanspruchungen und in weiterer Folge zu Rissen. Diese sind insbesondere bei Bauteilen mit hohen optischen Anforderungen wie Fassadenplatten oder bei Bauteilen mit hohen Dichtigkeitsanforderungen wie Rohren oder Wasserbehältern problematisch. Eine Möglichkeit, höhere Biegespannungen unter Gebrauchslast rissfrei aufnehmen zu können, ist eine Vorspannung. Für dünnwandige Bauteile wird aktuell meist eine Vorspannung im sofortigen Verbund verwendet. Nachteilig ist dabei, dass die Spannglieder immer einen geradlinigen Verlauf zwischen den Spannvorrichtungen aufweisen. Eine Umlenkung wäre zwar möglich, ist aber praktisch schwer umsetzbar. Janke et al. [1] haben die Idee beschrieben, dünnwandige gekrümmte Elemente mit Formgedächtnislegierung (FGL) zu bewehren. Die Idee der Autoren ist nun, eine vorgedehnte FGL als Bewehrung zu verwenden und das gesamte Bauteil im Rahmen einer geeigneten Nachbehandlung nach Erreichen einer notwendigen Mindestfestigkeit des Betons thermisch zu aktivieren. Die Betonfestigkeit muss dabei bereits so weit entwickelt sein, dass die Vorspannkräfte aus der Formgedächtnislegierung vom Beton aufgenommen werden können, ohne dass dieser frühzeitig geschädigt Durch thermische Nachbehandlung können die Eigenschaften von Materialien gezielt beeinflusst werden. Ein Beispiel dafür ist Beton. Durch den Erwärmungsprozess können der Aushärtungsprozess beschleunigt und etwaig vorhandene puzzolanische Zuschlagstoffe zugunsten einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften aktiviert werden. Eisenbasierte Formgedächtnislegierungen reagieren unter bestimmten Umständen auch sensitiv auf Temperatureinwirkung. Eine vorab mechanisch eingeprägte Form, die beispielsweise durch Vordehnen hergestellt wird, kann durch eine thermische Behandlung wieder rückgängig gemacht werden. Wird diesem "Formgedächtniseffekt" ein Widerstand entgegengesetzt, so führt dieser zu einer Zugkraft im Metallteil, die gezielt als Vorspannung genutzt werden kann. Bewehrt man nun Beton mit Stäben oder Matten aus einer eisenbasierten Formgedächtnislegierung und behandelt die Bauteile entsprechend thermisch nach, kann ein Selbstvorspannungseffekt erzeugt werden, der sich vorteilhaft auf die Gebrauchstauglichkeit und Steifigkeit der Bauteile auswirkt. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über eine erste Machbarkeitsstudie zu diesem Ansatz. Nach einer Beschreibung der verwendeten Ausgangsmaterialien wird eine erste Serie von Dreipunktbiegeversuchen präsentiert, anhand dere...

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Entwicklung der Materialeigenschaften im jungen Massenbeton

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FE-Study on the Effect of Gradient Concrete on Early Constraint and Crack Risk

FE-Study on the Effect of Gradient Concrete on Early Constraint and Crack Risk

Untersuchung zur Rissentwicklung im Massenbeton

Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

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