Einflussgrößen auf die Wirksamkeit einer Wärmebehandlung von Ultrahochfestem Beton (UHFB)

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...

Section: Materialienunclassified

“…Durch thermische Nachbehandlung lassen sich die bereits sehr guten mechanischen Eigenschaften von UHPC nochmals verbessern [17] [2]. In den vergangenen Jahren wurde intensiv an der Herstellung und der Optimierung der mechanischen Eigenschaften und Dauerhaftigkeitseigenschaften von UHPC geforscht.…”

Section: Thermische Nachbehandlungunclassified

Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente

Kromoser¹,

Strieder²,

Kirnbauer

2019

“…Bei einer Haltetemperatur von 200 °C und Vorlagerzeiten von 1–8 Tagen hat der Schutz sogar einen druckfestigkeitsmindernden Effekt. Die Untersuchungen bestätigen somit die Ergebnisse aus , bei denen bei Normprismen kein wesentlicher Einfluss des Schutzes auf die Druckfestigkeit gefunden wurde. Bei Miniaturzylindern (∅ = 22,6 mm, t = 22,6 mm) konnte in hingegen festgestellt werden, dass die ungeschützten Probekörper die geringsten Druckfestigkeiten aufwiesen.…”

Section: Experimentelle Untersuchungenunclassified

“…Die Untersuchungen bestätigen somit die Ergebnisse aus , bei denen bei Normprismen kein wesentlicher Einfluss des Schutzes auf die Druckfestigkeit gefunden wurde. Bei Miniaturzylindern (∅ = 22,6 mm, t = 22,6 mm) konnte in hingegen festgestellt werden, dass die ungeschützten Probekörper die geringsten Druckfestigkeiten aufwiesen. Resultierend aus den Ergebnissen ist davon auszugehen, dass nur die äußere Zone (bis ca.…”

Section: Experimentelle Untersuchungenunclassified

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Einfluss der thermischen Behandlung auf die Festigkeiten von feinkörnigem ultrahochfestem Beton (UHPC/RPC)

Rhau

Schnellenbach‐Held

Welsch

2018

Durch eine gezielte thermische Nachbehandlung können die Biegezug‐ und Druckfestigkeiten von Ultrahochleistungsbetonen (Ultra‐High Performance Concrete, UHPC) deutlich erhöht werden. In den meisten Veröffentlichungen wird eine Vorlagerzeit von 1–2 Tagen, eine Haltetemperatur von 60–90 °C sowie eine Haltezeit von 24–48 Stunden empfohlen [1, 2]. Eigene Voruntersuchungen zur thermischen Behandlung von feinkörnigem UHPC (RPC) am Institut für Massivbau der Universität Duisburg‐Essen zeigten, dass durch andere Variationen bessere Ergebnisse erzielt werden konnten. Daher wurden detailliertere Untersuchungen zur Vorlagerzeit sowie zur Haltetemperatur an zwei unterschiedlichen UHPC‐Mischungen durchgeführt. Weiterhin wurde der Einfluss eines Schutzes der Proben vor dem Austrocknen während der thermischen Behandlung erforscht. Die Ergebnisse und die Auswertung dieser Untersuchungen werden in dieser Veröffentlichung dokumentiert. Es zeigte sich, dass die Behandlungstemperatur den größten Einfluss auf die Druckfestigkeit hat. Zur Steigerung der Biegezugfestigkeit war der Schutz der Proben entscheidend. Weiterhin ist festzuhalten, dass sich für die verschiedenen Mischungszusammensetzungen unterschiedliche Regimes für die thermische Behandlung als am effizientesten herausstellten.

Temperaturinduktion in Betontragwerke

Clauß

Löschmann

Ahrens

et al. 2021

Das Enteisen von Brückenfahrbahnen, die gesteuerte Erhärtung von Beton oder die Tragwerksverstärkung bei Temperierung sind Anwendungen für eine gezielte Temperaturinduktion in Betontragwerke. Der Beitrag behandelt dazu grundlegende Methoden. Dies sind das Erwärmen mit Infrarotstrahlern, Wärmematten oder erhitztem Wasser und das Kühlen mit Peltier‐Elementen, Kühlflüssigkeiten oder Trockeneis. Diskutiert werden die nominellen elektrischen Leistungen, die Fixierung am Bauteil, Interaktionen zwischen Temperierung und Bauteil, die Temperaturregelung und mögliche Verluste. Die Verfahren werden mit ihren Eigenschaften vorgestellt und bewertet. Als Basis dient eine Versuchsserie an Balken mit Einhausung durch Wärmedämmung. Die einzelnen Temperierverfahren werden separat untersucht und zur Erzeugung eines Temperaturgradienten kombiniert. Es zeigt sich, dass besonders Wärmematten oder Infrarotstrahler für das Heizen und die Peltier‐Kühlungen bzw. Kühlwasser für das Kühlen geeignet sind. Für die praktische Anwendung werden Empfehlungen abgeleitet.