Untersuchung zur Rissentwicklung im Massenbeton

Abstract

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...

Numerische Verfahrenssimulation im Betonbau

“…B. ), deren Anwendung innerhalb thermomechanischer FEM‐Simulationen mittlerweile zum Stand der Technik gehört und deren baupraktische Bewertung auch durch neuere Forschungstätigkeiten untersetzt wird . Bei unbewehrten Betonkonstruktionen muss der Gefahr der hydratationswärmebedingten Rissbildung und deren technologischer Beherrschung besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.…”

“…Die grundlegenden Beziehungen des dreidimensionalen Wärmetransports können durch einen Diffusionsansatz beschrieben werden : …”

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

“…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.…”