DEUTSCHER AUSSCHUSS FUR STAHLBETON

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1 Heft 5.. DEUTSCHER AUSSCHUSS FUR STAHLBETON Sachstandsbericht Ultrahochfester Beton von Prof. Dr.-Ing. Michael Schmidt Dipl.-Ing. Kai Bunje Jun.-Prof. Dr.-Ing. Frank Dehn Dr. Klaus Droll Prof. Dr.-Ing. Ekkehard Fehling Dr.-Ing. Stefan Greiner Dr. Johannes Horvath Dipl.-Min. Eugen Kleen Dr.-Ing. Christoph Müller Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Reineck Dr.-Ing. Ingo Schachinger Dipl.-Ing. Thomas Teichmann Dr.-Ing. Manfred Teutsch Dipl.-Ing. Roland Thiel Dr.-Ing. Nguyen V. Tue 1. Auflage 2008 Herausgeber: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton DAfStb Fachbereich 07 des NA Bau im DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Beuth Verlag GmbH. Berlin. Wien Zürich

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung und Zielsetzung Anwendungen von ultrahochfesten Betonen (UHFB) und Bauwerke aus UHFB Einführung und Überblick zur Entwicklung von UHFB Dauerhaftigkeit von ultrahochfesten Betonen Umweltverträglichkeit von ultrahochfesten Betonen Hinweise zur Wirtschaftlichkeit Beispiele für Anwendungen Fußgängerbrücke von Sherbrooke, Kanada Aufbau und Tragverhalten Fertigung im Fertigteilwerk Montage Zusammenfassung der technischen Daten Seonyu-Fußgängerbrücke in Seoul Sakata-Mirai-Fußgängerbrücke in Sakata Die ersten französischen Straßenbrücken aus UHFB Die Kasseler "Brückenfamilie" aus UHFB Träger im Kernkraftwerk Cattenom Weitere Beispiele Ausnutzung von Festigkeit und Duktilität.. Einsatz bei hohen Anforderungen an Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit Anwendungen von UHFB bei hohen architektonischen Anforderungen Aktuelle Forschungsprojekte in Deutschland und Österreich zur Erschließung weiterer Einsatzgebiete für UHFB Literatur zum Abschnitt 2 Ausgangsstoffe und Grundlagen der Mischungszusammensetzung Übersicht Gesteinskörnungen Zement Reaktive und inerte Zusatzstoffe Übersicht Silikastaub Flugasche Metakaolin Gesteinsmehle Feinsthüttensandmehle Zusatzmittel Fasern Mischungszusammensetzung Grundlagen der Mischungsoptimierung bei UHFB Einfluss der Kornpackung Typische Mischungen Literatur zum Abschnitt 3 Herstellung von UHFB Mischen Transportieren, Fördern, Lagern und Einbauen Anforderungen an die Schalung Seite

3 Seite Verdichtung Oberflächenbearbeitung und Nachbehandlung Wärmebehandlung und Autoklavierung Qualitätssicherung Prüfverfahren literatur zum Abschnitt 4 Eigenschaften des jungen Betons Zwangspannungen im jungen Alter Gefahr der Rissbildung in jungem Alter Frühschwinden Hydratationswärme literatur zum Abschnitt 5 Festbeton Mikrostruktur des Ultrahochleistungsbetons Mineralphasenbestand Porosität und Porengrößenverteilung Kontaktzone zwischen Gesteinskörnung und Zementleim Mikrorisse im Betongefüge Verhalten unter Druckbeanspruchung Spannungs-Dehnungs-linie von UHFB ohne Fasern Querdehnzahl 63 Spannungs-Dehnungs-linie von UHFB mit Stahlfasern 64 Einflüsse auf die Festigkeit Prüfkörpergeometrie Prüfmaschine. Wärmebehandlung Verhalten unter Zugbeanspruchung 66 Zentrischer Zug 66 Biegezug 67 Ableitung der zentrischen Zugfestigkeit aus der Druckfestigkeit Ableitung der zentrischen Zugfestigkeit aus Biegezugversuchen Spaltzugfestigkeit Einfluss der Prüfmaschine auf das Zugtragverhalten 70 Einfluss der Fasergeometrie und -orientierung auf das Tragverhalten von UHFB unter Zugbeanspruchung 70 Bruchmechanisches Verhalten Zeitabhängige Verformungen Autogenes Schwinden Trocknungsschwinden 73 Frühschwinden (Plastisches Schwinden oder Kapillarschwinden) 74 Kriechen 75 Nicht wärmebehandelter UHFB 75 Wärmebehandelter UHFB Wärmedehnzahl Verhalten unter dynamischer Belastung Festigkeit unter mehraxialer Belastung und Teilflächenpressung 77 Verbund zwischen UHFB und Betonstahl bzw. Spannstahl. 77 Widerstand gegen Brandeinwirkung Stahlfasern

4 6.11 Dauerhaftigkeit und besondere Eigenschaften Alkalität der Porenlösung Diffusion und Permeabilität Widerstand gegen chemischen Angriff Treibender Angriff Lösender Angriff Widerstand gegen physikalischen Angriff Frost-Tau-Widerstand Frost-Taumittel-Widerstand Korrosionsschutz Carbonatisierung Chloridinduzierte Korrosion Verschleißwiderstand Literatur zum Abschnitt Bemessung und Konstruktion Einführung und Vorbemerkungen Bemessungsgrundlagen für ultrahochfeste Betone Bemessungswert der Druckfestigkeit Richtlinie AFGC/SETRA [7.4] JSCE-Richtlinie für USC [7.5] Bemessungswert auf Grundlage der DIN 45-1 [7.1] Vergleich der Vorschläge und Diskussion Bemessungswert der Zugfestigkeit Definition Theoretische Abschätzung der Zugfestigkeit aufgrund von Fasergehalt und -orientierung Ableitung der Zugfestigkeit aus Biegezugversuchen nach AFGC/SETRA Ableitung der Zugfestigkeit aus Biegezugversuchen in Anlehnung an die Stahlfaserbetonrichtlinien von DBV [7.2] und DAfStb [7.3] Weitere Materialeigenschaften für die Bemessung Elastizitätsmodul von UHFB Querdehnzahl Wärmedehnzahl Schwinden und Kriechen Spannungs-Dehnungs-Linie für nichtlineare Verfahren der Schnittgrößenermittlung und für die Verformungsberechnungen Spannungs-Dehnungs-Beziehung nach AFGC/SETRA [7.4] Spannungs-Rissbreiten-Beziehung auf Grundlage der theoretischen Abschätzung der Zugfestigkeit aufgrund von Fasergehalt und -orientierung Spannungs-Dehnungs-Beziehung für UHFB in Anlehnung an DIN 45-1 [7.1] Druckspannungs-Dehnungs-Beziehung für UHFB Spannungs-Dehnungs-Linie im Zugbereich in Anlehnung an das Stahlfaserbetonmerkblatt des DBV [7.2] und den Richtlinienentwurf des DAfStb [7.3] Diskussion der Vorschläge für das Zugtragverhalten Spannungs-Dehnungs-Beziehung für Querschnittsbemessung Spannungs-Dehnungs-Beziehung für die Querschnittsbemessung nach AFGC/SETRA USC-Richtlinie der JSCE (2004) Spannungs-Dehnungs-Beziehung für UHFB auf Druck für die Querschnittsbemessung auf Grundlage der DIN Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit Biegung mit Längskraft Querkraft und Torsion Durchstanzen Stabwerkmodelle Teilflächenbelastung und Einleitung konzentrierter Lasten Nachweis gegen Ermüdung Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit.. 8 Seite 5

5 7.4.1 Begrenzung der Spannungen Begrenzung der Rissbreiten und Nachweis der Dekompression Begrenzung der Verformungen Literatur zum Abschnitt Zusammenfassung und Forschungsbedarf Umfang und Inhalt des DFG-Schwerpunktprogrammes "Nachhaltiges Bauen mit ultrahochfestem Beton" Zusammenfassungen der Arbeitsberichte über die Projekte der ersten Förderperiode Werkstoffverhalten von ultrahochfestem Beton im frühen Alter (Prof. Dr.-Ing. H. Budelmann, Dr.-lng. M. Krauß, TU Braunschweig) Versuchstechnische Ermittlung und mathematische Beschreibung der mehraxialen Festigkeit von ultrahochfestem Beton (UHFB) (Prof. Dr.-Ing. M. Curbach, TU Dresden) Zum Tragverhalten von UHFB mit Kombination aus Faser- und Stabstahlbewehrung unter Zugbeanspruchung (Prof. Dr.-Ing. E. Fehling, Universität Kassel) Beständigkeit von UHFB gegenüber chemischem Angriff (Prof. Dr.-Ing. L. Franke, Dr.-Ing. G. Deckelmann, TU Hamburg-Harburg) Erhöhung der Duktilität von UHFB durch die Kombination von Fasern und nanoskalierten Partikeln (Prof. Dr.-Ing. P. Grübl, Dr. rer. nat. O. Kroggel, Prof. Dr. rer. nat. J. J. Schneider, TU Darmstadt) Ermüdung von UHFB unter ein- und mehraxialer Beanspruchung (Prof. Dr.-Ing. J. Grünberg, Prof. Dr.-Ing. L. Lohaus, Leibniz-Universität Hannover) Vorgespannte Träger mit und ohne Stegöffnungen aus ultrahochfestem Beton (Prof. Dr.-Ing. J. Hegger, RWTH Aachen) Zur Wirkungsweise von Verbundmitteln in Verbundkonstruktionen aus ultrahochfestem Beton (Prof. Dr.-Ing. habil. N. V. Tue, Prof. Dr.-Ing. J. Hegger, Universität Leipzig, RWTH Aachen) Betone mit verminderten Gehalten an energieintensiven Bindemitteln (Prof. Dr.-Ing. D. Heinz, TU München) Charakterisierung der UHFB Mikrostruktur in Abhängigkeit von der stofflichen Zusammensetzung und deren Einfluss auf die Verarbeitbarkeit und Dauerhaftigkeit (Dr. rer. nat. B. Möser, Bauhaus-Universität Weimar) Materialgesetze für das Spannungs-Dehnungs-Zeitverhalten von ultrahochfestem Beton (Prof. Dr.-Ing. H. Müller, Universität Karlsruhe) Ermüdungsverhalten von ultrahochfestem Beton bei zyklischen Beanspruchungen im Druck-Zug-Wechselbereich (Dr.-Ing. R. Niedermeier, TU München) Schwindreduzierende Fließmittel für ultrahochfesten Beton (Prof. Dr. J. Plank, TU München) Untersuchungen zum Frost-/Frost-Taumittel-Widerstand, dem autogenen Schwinden und der Gefügestruktur von UHFB (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. J. Setzer, Universität Duisburg-Essen) Optimierung des Mischprozesses ultrahochfester Betone (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. P. SchießI, TU München) Nachhaltigkeitsanalyse von UHFB mit Hilfe von Sachbilanz und Wirkungsabschätzung (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. P. SchießI, TU München) Einfluss der Kornform von Feinststoffen auf die Packungsdichte und das rheologische Verhalten von UHFB (Prof. Dr.-Ing. habil. M. Schmidt, Universität Kassel) Selbstverdichtender ultrahochfester Beton mit neuartiger Mikrobewehrung (Prof. Dr.-Ing. M. Schnellenbach-Held, Prof. Dr.-Ing. W. Buschmeyer, Universität Duisburg-Essen) Gefährdungspotenzial für ultrahochfesten Beton durch Rissbildung im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit (Dr.-Ing. Ch. Müller, Forschungsinstitut der Zementindustrie, Düsseldorf) Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von hochbeanspruchten Druckgliedern aus ultrahochfestem Faserbeton (UHPFRC) mit hochfester Längsbewehrung (Dr.-Ing. M. Teutsch, Prof. Dr.-Ing. H. Falkner, TU Braunschweig) Fügen von Bautei,len aus ultrahochfestem Beton (UHFB) durch Verkleben (Prof. Dr.-Ing. K. blch, TU München) Seile