Protokoll zur 2. Laborübung am Thema: Prüfung von Festbeton

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1 Protokoll zur 2. Laborübung am Thema: Prüfung von Festbeton Seite 1 von :15:00

2 Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung Vorbereitung zur Prüfung Überprüfung der Oberfläche Abmessung der Probekörper Gewichtsbestimmung der Probekörper Errechnen der Rohdichte Ergebnisse der Vorbereitung Prüfung der Probekörper Zerstörungsfreie Prüfung Prüfen durch Zerstörung Druckfestigkeitsprüfung Ergebnisse der Druckfestigkeitsprüfung Ermittlung des E-Moduls Biegezugfestigkeit Spaltzugfestigkeit Wasserundurchlässigkeit Anhang...10 Seite 2 von :15:00

3 1. Einleitung Ziel der 2. Laborübung war die Überprüfung der Betonfestigkeit der in Übung 1 hergestellten Probekörper. Die Probekörper sollten nach 28 Tagen Unterwasserlagerung bei Grad Celsius eine für C45/50 zulässige Festigkeit erreichen. (Unter Anhang 1 finden Sie eine Tabelle mit den Druckfestigkeitsklassen für Normalbeton.) Sollte die Prüfung vor Ablauf der 28 Tagefrist erfolgen, muss die gemessene Festigkeit auf die 28 Tage Festigkeit hochgerechnet werden. In unserem Fall erfolgte die Prüfung nach genau 28 Tagen. Zur Überprüfung waren folgende Probekörper vorhanden (Sollmaße in mm): - Zylinder Ø 150 x Würfel 150 x 150 x Würfel 150 x 150 x Würfel 200 x 200 x Würfel 100 x 100 x Vorbereitung zur Prüfung 2.1. Überprüfung der Oberfläche Um eine gleichmäßige Krafteinleitung in den Probekörper zu gewährleisten, ist eine plane Oberfläche nötig. Diese wird mit Hilfe eines Haarlineals überprüft. Hierzu wird das Lineal mittig auf die Oberfläche der mit der Prüfplatte in Verbindung kommenden Seiten gelegt. Bei einer Unebenheit ist ein Lichtspalt zwischen Probe und Haarlineal sichtbar. Beträgt der Spalt nicht überall dieselbe Breite, muss die Seite nachgeschliffen werden Abmessung der Probekörper Die Proben wurden mit einer Schieblehre auf Länge, Breite (bzw. Durchmesser) und Höhe vermessen. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Schieblehre immer in der Mitte des Probekörpers angesetzt wird. Die gemessenen Werte dienen später zur genauen Volumen und somit auch Rohdichte Berechnung Gewichtsbestimmung der Probekörper Ebenfalls zur Ermittlung der Rohdichte wurde das Gewicht des Probekörpers genommen Errechnen der Rohdichte Zur Berechnung der Rohdichte werden Gewicht und Volumen der Prüflinge benötigt. Die Formel lautet: ρ = m/v (Rohdichte = Masse / Volumen in kg/dm³) Seite 3 von :15:00

4 2.5. Ergebnisse der Vorbereitung Probe Breite Länge Höhe Fläche Volumen Gewicht Rohdichte mm mm mm dm² dm³ kg kg/dm³ 1. Zylinder Ø ,77 5,25 13,04 2,48 2. Würfel ,25 3,38 8,20 2,43 3. Würfel ,28 3,42 8,26 2,42 4. Würfel ,02 8,04 19,52 2,43 5. Würfel ,00 1,00 2,40 2,40 6. Balken ,5 15,75 38,75 2,46 3. Prüfung der Probekörper 3.1. Zerstörungsfreie Prüfung Der Rückprallhammer (Schmidt-Hammer) ist ein Instrument zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, mit dem die Druckfestigkeit von Beton punktweise gemessen werden kann (Ref: DIN EN :2001). Die Rückprallhärteprüfung ermöglicht einen schnellen Überblick über den Zustand z.b. eines Betonbauwerkes, auch an Stellen, an denen aus statischen oder bautechnischen Gründen (z.b. Platzmangel, schwer zugängliche Stellen) keine Kernproben für eine Laboranalyse entnommen werden können. Die Prüfung wird innerhalb von 200 cm² 10 mal wiederholt, hierbei ist darauf zu achten, dass die einzelnen Prüfpunkte mindestens 25 mm von einander entfernt liegen und nicht an Fehlstellen geprüft wird. Die Prüfung in unserem Fall erfolgte am Prüfkörper 4 (Würfel 200 x 200 x 200). Dabei ergaben sich folgende Werte: Prüfungsnummer Festigkeit in N/mm² Mittelwert 42,8 Eine Abweichung von 20 % wäre bei dieser Prüfungsart noch in Ordnung. Seite 4 von :15:00

5 3.2. Prüfen durch Zerstörung Druckfestigkeitsprüfung Prüfvorschrift: DIN EN : Regel-Prüfkörper: Würfel (a=150 mm) oder Zylinder (D/H=150/300 mm) Lagerung: bis zum 28-ten Tag unter Wasser oder in D üblich Trockenlagerung (f c,dry ) vom 7-ten bis zum 28-ten Tag bei Normklima (20 C / 65 % rel. Feuchte) Prüfgeschwindigk.: Laststeigerung bis zum Bruch um 0,5 N/mm² pro sec. Druckfestigkeit: f c = F / A c f c : Druckfestigkeit in N/mm² F: Bruchkraft in N A c : beanspruchte Querschnittsfläche in N/mm² Umrechnungsfaktoren zur Berücksichtigung anderer Probenabmessungen bzw. Lagerungsbedingungen: Andere Probekörper: fc,dry (150 mm) = 0,97 fc,dry (100 mm) fc,dry (200 mm) = 0,95 fc,dry (150 mm) fc,dry (200 mm) = 1,18 fc,dry (Cylinder) fc,dry (150 mm) = 0,85 fc,dry (Prisma 40x40x160 mm für Vergussmörtel) Unterschiedliche Lagerungsbedingungen: fc,cube = 0,92 fc,dry für Normalbeton < C50/60 fc,cube = 0,95 fc,dry für hochfesten Beton > C55/67 Seite 5 von :15:00

6 Ergebnisse der Druckfestigkeitsprüfung Probe Kraft Fläche F c Umrechnungs- Umrechnungs- Umrechnungs- Norm 150 in KN in dm² in N/mm² faktor (dry) faktor (Zeit) faktor (Form) in N/mm² 1. Zylinder 901,5 1,77 51,0 0,92 1,00 x 1,18 x 1/0,95 58,3 2. Würfel ,5 2,25 58,4 0,92 1,00 1,00 53,7 3. Würfel ,6 2,28 61,3 0,92 1,00 1,00 56,4 4. Würfel ,9 4,02 59,0 0,92 1,00 1/0,95 57,1 5. Würfel ,3 1,00 55,8 0,92 1,00 0,97 49,8 Siehe auch Anhang 2. Der Mittelwert aller Würfel: Ein Drittel des Mittelwertes: Niedrigster Wert, f ci : Mittelwert aller 5 Proben, f cm : 54,3 N/mm² 18,1 N/mm² (nötig für E-Modulbestimmung) 49,8 N/mm² (nötig für Festigkeitsüberprüfung) 55,1 N/mm² (nötig für Festigkeitsüberprüfung) Laut Norm muss gelten: f cm >= f ck ,1 > ok!!!!! f ci >= f ck 4 49,8 > 45 4 ok!!!!! Ermittlung des E-Moduls Die Spannungs-Dehnungs-Linie von Beton hat unter kurzzeitiger Belastung einen leicht gekrümmten Verlauf und folgt somit im aufsteigenden Ast nur näherungsweise dem Hooke schen Gesetz Seite 6 von :15:00

7 Prüfkörper: Zylinder (D/H=150/300 mm) Lagerung: bis zum 28-ten Tag unter Wasser Prüfflächen: eben und planparallel zu einander Prüfgeschwindigk.: Laststeigerung bzw. Entlastung 0,5 N/(mm² s) Oberspannung: 1/3 der Druckfestigkeit; Unterspannung: i.d.r. 5 N/mm² Bei uns: 18,1 N/mm²; 2 N/mm² Durch Begrenzung der Oberspannung auf 1/3 der Druckfestigkeit kann die Bildung einer ausgeprägten Mikrorissbildung und somit Zunahme der Verformungen während der Prüfung ausgeschlossen werden. Der E-Modul von Betonen mit unterschiedlichen Gesteinskörnungen kann bei gleicher Druckfestigkeit stark variieren. Je nach Gesteinskörnung kann er gegenüber den Werten nach Norm um bis zu 75 % größer bzw. 50 % kleiner ausfallen. Bei Bauteilen, bei denen die lastabhängigen Verformungen für die Bemessung von Bedeutung sind (z.b. Brückenbauwerken), ist der stat. E-Modul unbedingt in einer Erstprüfung zu bestimmen. Der E-Modul des Betons nimmt mit: steigendem E-Modul der Matrix (6 000 bis N/mm²), steigendem E-Modul der Gesteinskörnung ( bis N/mm²) und geringerem Zementsteingehalt zu. Berechnung des E-Moduls: E D = Δσ / Δε Δσ = 18,1 N/mm² 2 N/mm² = 16,1 N/mm² Δε = ΔW mittel /H = 0,1035 / 200 = 5,18 x 10-4 ΔW mittel = (ΔW links + ΔW rechts ) / 2 = (0, ,096) / 2 = 0,1035 Die Höhenänderung ΔW wird mit Hilfe eines Messinstruments gemessen, welches während der Druckbeanspruchung um den Würfel gespannt ist. E D = Δσ / Δε = 16,1 N/mm² / 5,18 x 10-4 E D = N/mm² Seite 7 von :15:00

8 Biegezugfestigkeit Prüfvorschrift: DIN EN : Regel-Prüfkörper: prismatischer Probekörper (150 x 150 x 700 mm) Lagerung: bis zum 28-ten Tag unter Wasser Prüfgeschwindigk.: Laststeigerung bis zum Bruch um 0,05 N/mm² pro sec. Alternativ kann die Lasteinleitung auch über eine mittige Einzellast erfolgen: fct,fl = 1,5 F x l / (d1 x d2²) Bei mittiger Lasteinleitung werden allgemein um 13 % höhere Biegezugfestigkeitswerte erreicht. Für maßgeblich biegebeanspruchten Betonbauteilen, wie Fahrbahnplatten, Rohren, Kabelformstücken, Brückentragwerken, usw. lässt sich die Biegezugfestigkeit des Betons durch Verwendung von gebrochenem, gedrungenen Korn mit rauer Oberfläche erhöhen. Bei unserem Versuch ist der Balken (Probe 6) bei einer Belastung von 32,9 kn gebrochen. F ct,fl = 5,9 N/mm² Seite 8 von :15:00

9 Spaltzugfestigkeit Prüfvorschrift: DIN EN : Regel-Prüfkörper: Zylinder (D/H=150/300 mm) auch Zylinder mit Verhältnis Länge: Durchmesser = 1 zulässig Lagerung: bis zum 28-ten Tag unter Wasser Lasteinleitung: Streifen aus Hartfaserplatten (Breite: 10±1 mm; Dicke: 4±1 mm) Prüfgeschwindigk.: Laststeigerung bis zum Bruch um 0,05 N/mm² pro sec. Bei unserem Versuch ergab sich für die Spaltzugfestigkeit f ct,sp ein Wert von 3,422 N/mm² für ein F von 120,3 kn Wasserundurchlässigkeit Die Prüfung der Wasserundurchlässigkeit wird an einer Betonplatte (höchstens WZ-Wert 0,65) mit den Maßen 20 x 20 x 12 cm durchgeführt. Die Prüfung dient der Bestimmung ob ein WU-Beton vorliegt oder nicht. Der Prüfkörper wird nach 28 Tagen Aushärtung in eine Vorrichtung eingespannt und 3 Tage mit einem Wasserdruck von 5 bar belastet (entspricht einer 5m hohen Wassersäule). Nach der Prüfung wird die Betonplatte in der Mitte durchtrennt und die Eindringtiefe bestimmt. Die Eindringtiefe darf höchstens 5 cm betragen ansonsten liegt kein WU-Beton vor. Siehe auch Tabelle Anhang 3. Seite 9 von :15:00

10 4. Anhang 1. Überwachungsklasse Druckfestigkeitsklassen für Normalbeton nach DIN und DIN1045-2* Festigkeitsklasse charakteristische Zylinder- Druckfertigkeit f ck (N/mm²) Mittelwert der Zylinder- Druckfertigkeit f cm (N/mm²) Mittlere Zugfestigkeit(N/mm²) C8/10* C12/ ,6 C16/ ,9 C20/ ,2 C25/ ,6 C30/ ,9 C35/ ,2 C40/ ,5 C45/ ,8 C50/ ,1 C55/ ,2 C60/ ,4 C70/ ,6 C80/ ,8 C90/ ,0 C100/ ,2 Seite 10 von :15:00

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