Zwangsspannungen infolge Hydratationswärme

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1 Rohling Zwangsspannungen infolge Hydratationswärme 2., durchgesehene und erweiterte Auflage VERLAG lol BAU+TECHNIK

2 Inhaltsverzeichnis Formelzeichen und Symbole 1 Zementchemische Symbole 5 1 Einführung 7 2 Kinetik des Hydratations- und Erhärtungsprozesses Charakteristische Phänomene des Hydratationsprozesses Hydratationsgrad als Kenngröße des Hydratationsfortschritts Mathematische Beschreibung der Hydratationsund Erhärtungsvorgänge Funktionen zur Beschreibung der zeitlichen Entwicklung der Eigenschaften unter isothermischen Bedingungen Reaktionskinetische Formulierung Wasserzementwert und Hydratationsgrad Wirkung der Temperatur auf den Hydratations- und Erhärtungsverlauf Einfluss unterschiedlicher Temperaturen auf die Reaktionskinetik Temperatur-Zeit-Beziehungen Anwendungsgrenzen Anwendungsbeispiel 36 3 Wärmeentwicklung im erhärtenden Beton Hydratationsverhalten des Zementes und Wärmeentwicklung Wärmeentwicklung der Normzemente Orientierende Angaben zu den Zementarten und -Sorten Beschreibung des Verlaufes der Wärmefreisetzung Ermittlung der Hydratationswärme aus der Zusammensetzung des Zementes Experimentelle Bestimmung der Hydratationswärme durch Laborprüfungen Lösungskalorimeter Wärmeflusskalorimeter Adiabatische und teiladiabatische Kalorimeter Transformation von Wärmeentwicklungskurven Experimentelle Ermittlung der Entwicklung der Hydratationswärme im Feldversuch 62 4 Temperaturverlauf und Temperaturverteilung im Bauteil Grundlagen der Temperaturfeldberechnung Thermische Eigenschaften des erhärtenden Betons Wärmeleitfähigkeit (Wärmeleitzahl) Wärmekapazität Temperaturleitzahl Thermische Randbedingungen Temperatur des Frischbetons Lufttemperatur 77

3 4.3.3 Wärmeübergangsbedingungen an der Oberfläche Rohrinnenkühlung Temperatur des Untergrundes Adiabatische Temperaturentwicklung im Bauteil Berechnung des Temperaturverlaufes und der Temperaturverteilung in Bauteilquerschnitten Analytische Lösung der Wärmeleitungsgleichung Numerische Methoden zur Berechnung des Temperaturfeldes Zweidimensionale instationäre Temperaturverteilung Charakteristika der Wärme- und Temperaturentwicklung Beispiele für den Verlauf der mittleren Bauteiltemperatur Beispiele für Temperaturdifferenzen in Bauteilen Temperaturdifferenzen zwischen Wänden und Fundamenten Besonderheiten bei Betonierabschnitten und langer Betonierdauer Vereinfachte Ermittlung des Temperaturverlaufes im Bauteil Abschätzung der Temperaturverhältnisse im Bauteil Temperaturanstieg und -ausgleich im Bauteil Abschätzung der Zeitpunkte für maßgebende Temperaturverhältnisse Abschätzung von Temperaturdifferenzen zwischen Bauteilrand und -kern Temperaturverhältnisse in Bodenplatten Temperaturverlauf im Bauteil unter saisonalen Bedingungen Messtechnische Erfassung der Temperaturen im Bauteil 128 Eigenschaften des erhärtenden Betons Festigkeitsverhalten des jungen Betons Zeitliche Entwicklung der Betondruckfestigkeit Zugfestigkeit des Betons Spannungs-Dehnungs-Beziehungen und Elastizitätsmodul Auswirkung der Erhärtungstemperatur auf das Festigkeitsverhalten Prognose der Festigkeitsentwicklung während der Erhärtung des Bauteiles (Reife-Untersuchungen) Festigkeitskenngrößen in Abhängigkeit von Hydratationswärmemenge und Hydratationsgrad Verknüpfung der mechanischen Kenngrößen Zugbruchdehnung des Betons Kriechen und Relaxation Kriechen Relaxation Einfluss der Erhärtungstemperatur Kriechen und Relaxation bei Betonen mit Spannungsgeschichte Temperaturbedingte Verformungen Feuchte- und hydratationsbedingte Eigenverformungen 183 Zwangsspannungen in erhärtenden Betonbauteilen Mechanismus der Entstehung der Zwangsspannungen Temperaturverhältnisse, Verformungsbehinderungen und Zwangsspannungen in Bauteilen 194

4 6.2.1 Zwang im Bauteilquerschnitt (innere Verformungsbehinderung) Zwang am Bauteilrand (äußere Verformungsbehinderung) Überlagerung von Zwangs- und Eigenspannungen Öffnung von/arbeitsfugen Experimentelle Untersuchungen zum Verlauf der Zwangsverformungen/-spannungen im Labor Möglichkeiten zur Messung der Zwangsspannungen Ergebnisse der Untersuchungen an Prüfkörpern im Labor Berechnungsgrundlagen zur Ermittlung der Zwangsspannungen Modellgrundlagen zur Berechnung der Zwangsspannungen Verformungen und Spannungen in erhärtenden Betonbauteilen Charakterisierung der äußeren Verformungsbehinderung Ermittlung der Zwangsspannungen in Sohlen und Fundamentplatten Dehnbehinderte Sohlplatten bei Interaktion mit dem Untergrund Dehnbehinderte Sohlplatten auf Trennlagen Biegebehinderte Sohlplatten Sohlplatten auf Pfahlgründungen und gegliederte Sohlunterkanten Zeitlicher Verlauf der Schnittkräfte in Sohlplatten Verformungsbehinderung und Spannungen in Wänden Äußerer Behinderungsgrad R al Innerer Behinderungsgrad über die Wandhöhe R a H Biegebeanspruchung der Wand Überlagerung der Behinderung und kritische Spannungen in der Wandscheibe Zwangsspannungen in Deckenscheiben Zwangsspannungen in massigen blockartigen Baukörpern Zwangsspannungen in Verbundbauteilen Überschlägige Beurteilung der Zwangsspannungssituation Berechnung der Zwangsspannungen in Zeitschritten (Tabellenkalkulation) Abschätzung der Zwangsspannungsverhältnisse mit Mittelwerten Abschätzung der Zwangsspannungen mit sehr vereinfachenden Annahmen Überlagerung mit weiteren lastunabhängigen Beanspruchungen Einwirkung von Schwindspannungen Temperaturbeanspruchungen Messung der Verformungen und Zwangsspannungen während der Baudurchführung 270 Rissbildung und Risssicherheit Vorgänge bei der Rissbildung Reißneigung des Betons Bauteile mit erhöhtem Risiko einer Rissbildung Risskriterien und Nachweis der Risssicherheit Deterministische Nachweisführung Probabilistisches Nachweiskonzept Monte-Carlo-Simulation Vorgaben für Temperaturgrenzwerte 304

5 8 Rissbreitenbeschränkung durch Bewehrung Konzept der Rissbreitenbeschränkung Vorgänge bej. der Rissbildung im Stahlbetonbauteil Ermittlung der Mindestbewehrung und Nachweis der Rissbreitenbeschränkung Bestandteile der Nachweisführung Grundlagen der Berechnung der Rissbreite Begrenzung der Rissbreite ohne direkte Berechnung (Vereinfachter Nachweis nach DIN , ) Ermittlung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung (Direkte Berechnung nach DIN , Abschnitt ) Nachweis der Einhaltung der rechnerischen Rissweite w k Berechnungsbeispiele Nichterreichen der Rissschnittgröße Ursachen unverträglicher Rissbreiten Zwangsbeanspruchungen nach dem Abfließen der Hydratationswärme Reduzierung der Rissbreite durch Zugabe von Stahlfasern Hinweis zur Anordnung der Bewehrung über Wandhöhe Regelungen zur Rissbreite Definition der rechnerischen Rissbreite Messung von Rissbreiten Auswertung der Rissbreiten am Bauwerk Auswirkungen der Risse Selbstdichtung der Risse im Bauwerk Festlegung rechnerischer Rissbreiten Maßnahmen gegen und bei Rissbildungen Maßnahmen zur Verminderung der Zwangsbeanspruchungen Steuerung der Temperaturverhältnisse im Bauteil Konstruktive Maßnahmen zur Reduzierung der Behinderung der erhärtenden Betonbauteile Optimierung der Betonzusammensetzung Vorspannung der erhärtenden Konstruktion Maßnahmen bei Rissbildung (Füllen von Rissen) Ziele und Vorbereitung der Risssanierung Rissfüllstoffe Tränken von Rissen Abdichten von Rissen durch Injektion Dehnfähiges Verbinden der Rissufer Kraftschlüssiges Verbinden der Rissufer Literaturzusammenstellung Normen Literatur 398 Anhang 429