Institut für Baustoffe ETH Zürich Dr. Falk Wittel Hausübung Werkstoffe II - Hausübung 2/2 - Frühjahrssemester 2018 Ausgabe: 9. Mai 2018 Abgabe: 23. Mai 2018 Name, Vorname LegiNr. Betreuung: Falk Wittel HIF E 28.1 fwittel@ethz.ch
Aufgabe Korrosion Stahlbeton ist das wohl am häufigsten eingesetzte Material für Tragwerke im Hoch- und Tiefbau. Bei korrekter und normgemässer Ausführung weisen diese Bauten eine sehr hohe Dauerhaftigkeit auf. a) Normaler Baustahl korrodiert in Wasser oder an der Atmosphäre unter Bildung von Rost (siehe Stromdichte / Potentialdiagramm). Schreiben Sie die Teil-reaktionen der anodischen und der kathodischen Teilreaktion. Erklären Sie, warum normaler Baustahl im intakten Beton nicht korrodiert, und zeichnen Sie die Stromdichte / Potentialkurve für diese Situation. Stromdichte EFe EO2 Potential
b) Falls Chloride mit Wasser bis zur Bewehrung in den Beton eindringen, kann an der Bewehrung Lochfrass auftreten. Geben Sie die Bedingung für das Auftreten von Lochfrass an und zeichnen Sie die entsprechende Stromdichte / Potentialkurve ins Diagramm ein. Warum braucht es im karbonatisierten Beton viel weniger Chloride um Lochfrass auszulösen als im intakten Beton? c) Geben Sie an, mit welchen Massnahmen Sie (von der Planung bis zur Ausführung) das Auftreten von Lochfrasskorrosion an der Bewehrung vermeiden oder zumindest verzögern können.
Aufgabe Grundlagen 1 Erklären Sie knapp anhand der Wechselwirkung zweier Atome, (a) wie sich die potentielle Energie qualitativ über dem Abstand der Atome verhält. (b) warum Festkörper sich bei steigender Temperatur ausdehnen. (c) was es bedeutet, wenn Materialien versagen. (d) wie der Zusammenhang zwischen Steifigkeit und Atomwechselwirkung ist.
Aufgabe Materialmodellierung Zur Erhöhung der Zeitstandfestigkeit von Thermoplasten werden kurze Glasfasern beigemischt. Die resultierende Steifigkeitssteigerung soll im Vorfeld abgeschätzt werden. Dazu möchte man das Verhalten eines repräsentativen Volumens bestimmen. - Nennen Sie mind. 2 Bedingungen, die das ausgesuchte Volumen erfüllen muss. Was versteht man unter einem Stoffgesetz, von was hängt es ab und wozu benötigt man es? - Nun soll die Steifigkeit berechnet werden. Dazu könnten Finite Differenzen Verfahren oder Finite Elemente Methoden eingesetzt werden. Nennen Sie für jede Methode mindestens zwei Vor-und Nachteile: FDM Vorteil Nachteil FEM
Aufgaben Glas und optische Eigenschaften - Licht wird beim Übergang vom optische dünneren zum optische dichteren und anders herum reflektiert. Die Reflexionsanteile sind in der Abbildung angegeben. Geben Sie an, wie viel Licht maximal durch eine Doppelglasscheibe in einen Raum einfallen kann. Denken Sie an Mehrfachreflexionen. Wie viel Licht wäre es bei perfekten Scheiben ohne Absorption? - Betrachtet wird eine Sonnenschutzverglasung. Die äussere Scheibe ist getönt, und ihre Innenseite zum Scheibenzwischenraum (SZR) hin ist mit einer hauchdünnen reflektierenden Schicht versehen. Die Innenscheibe besteht aus unbeschichtetem Floatglas. Stellen Sie die Verteilung der einfallenden Sonnenenergie schematisch dar.
Aufgaben Glas Betrachtet man die Druckfestigkeit, so ist Glas vergleichbar mit Baustahl. Erklären sie knapp warum Glas unter Zug jedoch so zerbrechlich ist. Beziehen sie die Mikrostruktur in Ihre Argumentation ein. Floatglas ist die heute gängigste Flachglasart. Erläutern Sie die chemische Zusammensetzung nach Oxid Art, ungefähre Menge und Funktion im amorphen Glasnetzwerk. 1. 2. 3. 4. 5.
- Beschreiben Sie knapp das wichtigste Prinzip der Floatglasherstellung. - Warum ist Floatglas Ziehglas oder Walzglas überlegen? An einem Gebäude wurden die Scheiben im Erdgeschoss bereits zerbrochen. Nun soll stabileres ESG eingesetzt werden. - Was ist ESG genau? - Skizzieren sie den Spannungsverlauf einer unbelasteten ESG Scheibe und erläutern Sie warum es stabiler ist als einfaches Floatglas.
- Beschreiben sie stichpunktartig die Herstellung und skizzieren Sie den Spannungsverlauf ein eine Punkt der Herstellung. - Welche Probleme gibt es bei der Herstellung und wie begegnet man ihnen?