DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN E.V.

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1 DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN E.V. Neue DAfStb-Hefte In der Schriftenreihe des DAfStb sind sieben neue Hefte erschienen. Heft 593 Praxisgerechte Bemessungsansätze für das wirtschaftliche Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung Verbundtragfähigkeit unter nicht ruhender Belastung Autoren: Harald Budelmann, Thorsten Leusmann Im Rahmen des Forschungsvorhabens Praxisgerechte Bemessungsansätze für das wirtschaftliche Verstärken von Betonbauteilen mit geklebter Bewehrung wurde im Arbeitspaket II die Verbundtragfähigkeit von aufgeklebten CFK-Lamellen unter dynamischer Beanspruchung untersucht. Aufbauend auf vorherige Forschungsvorhaben wurde der Schädigungsprozess des CFK-Lamellenverbundes unter nicht ruhender Beanspruchung bei hohen Lastwechselzahlen (> 2 Mio. LW) in Abhängigkeit von den in den CFK-Lamellen auftretenden Ober- und Unterlasten untersucht. Innerhalb dieses Forschungsvorhabens wurden Versuche an Zug-Druckkörpern durchgeführt, die den Bereich der Endverankerung repräsentieren. Aus diesen Versuchen konnten eine Grenzlinie der Oberlast in Abhängigkeit der Unterlast und der Lastspielzahl identifiziert werden, ab der keine Schädigung des Verbundes unter nicht ruhender Beanspruchung auftritt. Die Untersuchungen an Platten haben gezeigt, dass der anhand von Versuchen an Zug- Druckkörpern entwickelte Ansatz für den Endverankerungsbereich auf Zwischenrisselemente im mittleren Bereich von Biegebauteilen übertragbar und zutreffend ist. In Versuchen an bewehrten Probekörpern konnte gezeigt werde, dass eine Schädigung des Lamellenverbundes zu einer Umlagerung der Lamellenkräfte auf den Bewehrungsstahl führt, und dass die Umlagerung der Kräfte von der CFK-Lamelle auf den Stahl eine Reduktion der Schädigung des Lamellenverbundes bewirkt. Anhand der durchgeführten Versuche konnte ein einfacher für die Praxis anwendbarer Bemessungsansatz für den ermüdungsbeanspruchten CFK-Lamellenverbund an biegebeanspruchten Bauteilen entwickelt werden. Heft 596 Vereinfachtes Rechenverfahren zum Nachweis des konstruktiven Brandschutzes bei Stahlbeton-Kragstützen Autoren: Dietmar Hosser, Ekkehard Richter Seite 1 / 5

2 Die brandschutztechnische Klassifizierung von Bauteilen und Baustoffen wird in Deutschland in DIN 4102 geregelt. Die brandschutztechnische Bemessung von unbekleideten Stahlbetonstützen des normalen Hochbaus bei mehr- und einseitiger Brandbeanspruchung nach der Einheitstemperaturzeitkurve (ETK) der DIN erfolgt nach DIN 4102 Teil 22, Tabelle 31, die am ibmb der TU Braunschweig im Rahmen von Forschungsvorhaben entwickelt und erweitert wurde. Nach Prüfung und Bestätigung der Tabellenwerte wurde Tabelle 31 zusammen mit den Randbedingungen für die Anwendung der Tabelle in die Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen, Fassung September 2007 aufgenommen. Die statisch-konstruktiven Randbedingungen der Tabelle 31 schließen die Anwendung der Bemessungstabelle für Kragstützen in Hallensystemen aus. Grundsätzlich kann die brandschutztechnische Bemessung von Kragstützen mit dem sog. allgemeinen Rechenverfahren nach Eurocode 2 Teil 1-2, unter Berücksichtigung der speziellen brandschutztechnischen und physikalischen Grundlagen, durchgeführt werden, wenn ausreichende Erfahrungen in der Anwendung vorliegen. Ob in bestimmten Fällen auch ein vereinfachtes Rechenverfahren aus dem Eurocode 2 Teil 1-2 angewendet werden darf, kann derzeit noch nicht abschließend beurteilt werden. Hierzu müsste zuvor durch systematische Vergleichsuntersuchungen nachgewiesen werden, dass Abweichungen der Ergebnisse von denen des allgemeinen Rechenverfahrens begrenzt sind und die erforderliche Sicherheit eingehalten wird. Das ibmb wurde daher vom DAfStb beauftragt, ein vereinfachtes Rechenverfahren zum Nachweis des konstruktiven Brandschutzes bei Stahlbeton-Kragstützen in einem Forschungsvorhaben zu erarbeiten. Das Nachweisverfahren wurde so aufbereitet werden, dass es als Ergänzung in DIN 4102 Teil 22 und in den Nationalen Anhang zu DIN EN /NA aufgenommen werden konnte. Heft 601 Dauerhaftigkeitsbemessung von Stahlbetonbauteilen auf Bewehrungskorrosion; Teil 1: Systemparameter der Bewehrungskorrosion Autoren: div. Die in der Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton mit den Heft-Nummern 601 und 602 veröffentlichten Beiträge fassen die Ergebnisse der DFG-Forschergruppe 537 Modellierung des Schadensfortschritts bei Korrosion von Stahl in Beton und Bemessung von Stahlbetonbauteilen auf Dauerhaftigkeit zusammen. Das Ziel der DFG-Forschergruppe 537 ist die Entwicklung von probabilistischen Ingenieurmodellen für die Bemessung auf die Grenzzustände Rissbildung, Abplatzung, Verbundversagen, Querschnittsverlust Beton und Querschnittsverlust Stahl. Damit wird erstmals eine probabilistische Dauerhaftigkeitsbemessung gegen Bewehrungskorrosion über die gesamte Lebensdauer von Stahlbetonbauteilen ermöglicht. In Heft 601 sind folgende Beiträge zu finden: Modellierung von Bewehrungskorrosion: Überblick über die DFG Forschergruppe 537; Ermittlung der Systemparameter und quantitative Bewertung der Eigenkorrosion auf den Korrosionsfortschritt an depassiviertem Bewehrungsstahl; Geometrieund Zeitabhängigkeit der chloridinduzierten Korrosion von Stahl in Beton bei großflächigen Makroelementen; Elektrolytwiderstand von Beton und Korrosion in gerissenem Beton. DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN E.V. Seite 2 / 5

3 Heft 602 Dauerhaftigkeitsbemessung von Stahlbetonbauteilen auf Bewehrungskorrosion; Teil 2: Dauerhaftigkeitsbemessung Autoren: div. Die in der Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton mit den Heft-Nummern 601 und 602 veröffentlichten Beiträge fassen die Ergebnisse der DFG-Forschergruppe 537 Modellierung des Schadensfortschritts bei Korrosion von Stahl in Beton und Bemessung von Stahlbetonbauteilen auf Dauerhaftigkeit zusammen. Das Ziel der DFG-Forschergruppe 537 ist die Entwicklung von probabilistischen Ingenieurmodellen für die Bemessung auf die Grenzzustände Rissbildung, Abplatzung, Verbundversagen, Querschnittsverlust Beton und Querschnittsverlust Stahl. Damit wird erstmals eine probabilistische Dauerhaftigkeitsbemessung gegen Bewehrungskorrosion über die gesamte Lebensdauer von Stahlbetonbauteilen ermöglicht. In Heft 602 sind folgende Beiträge zu finden: Rissbildung infolge Bewehrungskorrosion, Verbundfestigkeit von korrodierter Bewehrung in Beton, Vollprobabilistische Modellierung von Bewehrungskorrosion: Ein Beitrag zur Dauerhaftigkeitsbemessung; Lebensdauerbemessung Anwendung und Validierung. Heft 604 Frostbeanspruchung und Feuchtehaushalt in Betonbauwerken Autor: Frank Spörel Die Begriffe der mäßigen und hohen Wassersättigung von Beton finden bei der Zuordnung von Betonbauteilen in die Expositionsklassen XF1/XF2 bzw. XF3/XF4 nach DIN EN in Verbindung mit DIN Verwendung. Bislang lagen jedoch nur wenige Erkenntnisse zur tatsächlichen Temperaturbeanspruchung und insbesondere des Sättigungsgrades von in diese Expositionsklassen eingeteilten Betonbauteilen vor. Ziel der Arbeit war es, einen Beitrag zum Kenntnisstand der maßgeblichen Einwirkungsparameter der Temperatur und des Sättigungsgrades des Betonporengefüges unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen zu leisten und diese im Hinblick auf die Intensität der Frostbeanspruchung zu bewerten. Die Temperaturbeanspruchung und der Sättigungsgrad wurden durch Untersuchungen an Betonbauteilen von Schleusenbauwerken, Straßenbrücken und tunneln, einer Kaimauer und einer Kläranlage ermittelt. Die Bewertung der Ergebnisse erfolgte unter Berücksichtigung verschiedener Festbetoneigenschaften und der Daten von Wetterstationen des Deutschen Wetterdienstes. Insbesondere bei Betonbauteilen mit mäßiger Sättigung (XF1, XF2) führt eine alleinige Bewertung der Frostbeanspruchung zu einer Überschätzung der Intensität des Frostangriffs auf den Beton. Das Gefrieren von Wasser im Betonporengefüge als Voraussetzung für eine Betonschädigung konnte im Labor über eine Auswertung von Elektrolytwiderstandsmessungen erfasst werden. Unter XF3-Bedingungen wurde dies im Messbereich häufig mit vergleichbarem Erscheinungsbild, anders als unter XF1-Bedingungen, auch an Bauwerken in unterschiedlichem Abstand zur Betonoberfläche beobachtet. Durch die kombinierte Bestimmung des Wassersättigungsgrades und der Temperatur im Bereich der Betonoberfläche konnten so die wesentlichen Unterschiede eines Frostangriffs auf Beton unter mäßiger und hoher Sättigung gezeigt werden. Dies kann künftig bei der Zuordnung von Betonbauteilen in Expositionsklassen berücksichtigt zu werden. DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN E.V. Seite 3 / 5

4 Heft 605 Zur Rheologie und den physikalischen Wechselwirkungen bei Zementsuspensionen Autor: Michael Haist In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl das viskoelastische Verformungsverhalten frischer Zementsuspensionen als auch die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen untersucht. Das primäre Ziel bestand dabei in der Entwicklung eines Stoffgesetzes zur Beschreibung des rheologischen Verhaltens von Zementsuspensionen bei geringen Scherbelastungen. Dieser weitgehend unerforschte Teilbereich der Rheologie zementhaltiger Suspensionen ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis von Sedimentations- und Entlüftungsvorgängen im Beton bzw. langsam ablaufenden Strömungsvorgängen im Allgemeinen. Die vorliegende Arbeit schließt die Wissenslücke zu diesem Thema und liefert dem Anwender ein physikalisches Modell, das die im Material ablaufenden Prozesse abbildet und unter Kenntnis zentraler Eigenschaften der Ausgangsstoffe und der Zusammensetzung vorhersagbar macht. In einer Literatursichtung wurde zunächst der Kenntnisstand der relevanten wissenschaftlichen Fachbereiche dargestellt und diskutiert. Anschließend wurde ein umfangreiches experimentelles Untersuchungsprogramm durchgeführt, in dem erstmals die Wechselwirkung zwischen den rheologischen Eigenschaften der Suspension und der Granulometrie der suspendierten Partikel nachgewiesen werden konnte. Hierzu mussten neuartige messtechnische Einrichtungen entwickelt werden, die eine zeitgleiche Messung sowohl der rheologischen als auch der grenzflächenphysikalischen Eigenschaften ermöglichten. In einer umfangreichen Parameterstudie wurde darauf aufbauend der Einfluss verschiedener Kenngrößen auf die rheologischen Eigenschaften der Zementleime sowie die Eigenschaften der Partikel untersucht. Die Ergebnisse belegen, dass die rheologischen Eigenschaften frischer Zement- bzw. Mehlkornsuspensionen durch eine Überlagerung der viskosen Eigenschaften der Trägerflüssigkeit sowie der viskoelastischen Verformungseigenschaften von sich bildenden Partikelagglomeraten geprägt sind. Entgegen der gemeinläufigen Vorstellung kommt es dabei nicht zu einer vollständigen Vernetzung bzw. Agglomerierung aller Partikel. Stattdessen sind die resultierenden Agglomeratstrukturen durch flüssigkeitsgefüllte Gleitschichten durchzogen, die auch bei sehr geringen Scherbelastungen eine viskose Verformung ermöglichen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass bei den bereits erwähnten Agglomeratstrukturen zwischen zwei verschiedenen Arten, der Primär- und der Sekundärstruktur, unterschieden werden muss. Die sogenannte Primärstruktur wird durch die Kollision von Partikeln infolge einer äußeren Scherbelastung gebildet. Dispergierende und koagulierende Prozesse konkurrieren dabei miteinander, und der Strukturierungsgrad der Suspension strebt gegen einen belastungsspezifischen Endwert. Die Festigkeit und Steifigkeit der Strukturen sind wiederum eine Funktion des Strukturierungsgrads. Befindet sich die Probe im Ruhezustand, entfallen die dispergierenden Prozesse. Da die Partikel jedoch der Schwerkraft und der Brown schen Bewegung ausgesetzt sind, kommt es auch in diesem Zustand zu einer fortschreitenden Agglomerierung, der sogenannten sekundären Strukturbildung. Die Sekundärstruktur ist dabei maßgeblich für das rheologische Verhalten von Zementleimen bei geringen Scherbelastungen verantwortlich und wurde hier eingehend untersucht. DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN E.V. Seite 4 / 5

5 Grundsätzlich können die Festigkeit und Steifigkeit sowohl der Primär- als auch der Sekundärstruktur anhand grenzflächenphysikalischer Betrachtungen abgeschätzt werden. Von zentraler Bedeutung ist dabei der lichte Abstand zwischen den einzelnen Partikeln. Unterschreitet dieser einen bestimmten Grenzabstand, so kommen anziehende Kräfte zum Tragen. Diese sind für die Strukturbildung in der Suspension verantwortlich. Das vorgestellte physikalische Modell bildet diese Strukturen und die zugrunde liegenden Prozesse mithilfe der rheologischen Modellelemente Feder, Dämpfer und St.-Venant- Reibelement ab. Die Kennwerte dieser Elemente d. h. Dämpferviskositäten, Federsteifigkeiten und Reibspannungen konnten wiederum auf die elektrophysikalischen Eigenschaften der suspendierten Partikel sowie die Zusammensetzung der Suspension zurückgeführt werden. Grundsätzlich gilt dabei, dass mit abnehmendem Betrag des Zeta-Potentials der Partikel und zunehmendem Phasengehalt der Anteil der viskosen Verformungen an der Gesamtverformung zurückgeht. Dies ist auf eine verstärkte Bildung vernetzter Agglomerate und eine Zunahme von deren Festigkeit zurückzuführen. Untersuchungen an Zementleimen, bei denen der Zement durch verschiedene Zumahl- bzw. Zusatzstoffe ausgetauscht wurde, belegen weiterhin, dass diese Stoffe z. T. signifikanten Einfluss auf die rheologischen Eigenschaften der so hergestellten Leime besitzen. Die Wirkungsweise ist jedoch stark von der Dosierung der Stoffe und von den Eigenschaften des verwendeten Zements abhängig. Auf Basis der Ergebnisse der Parameterstudie konnte ein Prognosemodell entwickelt werden, das die Vorhersage der Materialeigenschaften auf der Grundlage der Mischungszusammensetzung gestattet. Aufgrund seiner grundlagenorientierten Ausrichtung ist dieses Modell auch für die Implementierung der Wirkungsweise moderner Betonverflüssiger und Fließmittel geeignet. Heft 607 Modell zur Beschreibung des Eindringens von Chlorid in Beton von Verkehrsbauten Autorin: Gesa Kapteina Bei Verkehrsbauwerken sind die am Chloridtransport beteiligten Mechanismen vielfältig und variieren expositionsbedingt, was bei physikalisch weitestgehend exakten Modellierungen des Eindringens von Chlorid in Beton zu einer hohen Komplexität führen würde. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein vollprobabilistisches Modell entwickelt, welches auf dem 2. Fick schen Diffusionsgesetz basiert. Durch dieses Modell können Chloridprofile von Beton aus dem Spritzwasserbereich einerseits ausreichend anwenderfreundlich und andererseits unter Berücksichtigung der Streuung ausreichend genau beschrieben werden. Durch die Vernachlässigung der anderen am Chloridtransport beteiligten Mechanismen ergaben sich zwangsläufig Abweichungen zwischen dem Grundansatz und der Realität, weshalb der Diffusionsansatz empirisch angepasst wurde. DEUTSCHER BETON- UND BAUTECHNIK-VEREIN E.V. Seite 5 / 5