Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton
Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton
4 Untersuchung der MaterialkenngrößenSeitendruckbeiwertEntsprechend der bodenmechanischen Modelle (siehe Kapitel 2.6.3) beeinflusseninsbesondere die Parameter Reibungswinkel ϕ und Kohäsion c den Erddruck aufstützende Bauteile. Da zwischen der granularen Mischung Frischbeton und dem MaterialBoden prinzipiell keine Unterschiede bestehen, sollten die bodenmechanischen Modelleprinzipiell auch zur Berechnung des Frischbetondrucks anwendbar sein. Allerdings istgegenüber dem Boden zu beachten, dass zusätzlich zu den physikalischen Vorgängen,wie z. B. Strömung des Wassers (Konsolidation), verschiedene chemische Prozesse(insbesondere Hydratation) das Materialverhalten signifikant beeinflussen.Mithilfe der Kenngrößen Reibungswinkel ϕ und Kohäsion c kann der zur Bestimmungdes Erddrucks maßgebende Erddruckbeiwert λ (oder K) berechnet werden. Der Beiwertλ drückt das Verhältnis zwischen einer horizontalen Einwirkung und der vertikalenBelastung aus und wird nachfolgend als Seitendruckbeiwert bezeichnet. DerSeitendruckbeiwert ist neben den Parametern ϕ und c insbesondere abhängig von derVerformungsfähigkeit des stützenden Bauteils (aktiver Druck, Ruhedruck), demWandreibungswinkel und dem Neigungswinkel der Wand. Des Weiteren bestehenEinflüsse durch die Lastgeschichte. Für Selbstverdichtenden Beton liegen bisher keineallgemein abgesicherten Angaben zu ϕ und c vor. Weiterhin sind Rückschlüsse vondiesen Kenngrößen auf λ mit gewissen Unsicherheiten behaftet. Daher wurde derSeitendruckbeiwert λ im direkten Versuch an lotrechten Schalungen ermittelt.Reibung zwischen Frischbeton und SchalungsoberflächeBei zu betonierenden Bauteilen ist das Verhältnis Höhe zu Dicke oftmals sehr groß.Daher ist eine signifikante Verringerung der Vertikalspannung infolge der Reibungzwischen Beton und Schalung möglich, was sich wiederum auf den Frischbetondruckauswirkt. Die Messungen an den schlanken Stützen in Kapitel 3.2 bestätigten dieseVermutung. Beispielsweise ist nach 5 Minuten Betonierzeit ein Seitendruckbeiwert von0,4 (d.h. 40 % des hydrostatischen Wertes) ohne reduzierten Vertikaldruck nichtplausibel. Auf Grund dieser Überlegungen wurde es als notwendig erachtet, ebenfalls denReibungswiderstand zwischen Frischbeton und Schalungsoberfläche experimentell zubestimmen.Widerstand infolge der BewehrungAnhand der eigenen Bauteilversuche wurde ebenfalls ein signifikanter Einfluss derBewehrung auf den Frischbetondruck festgestellt. Beispielsweise führte der Wegfall derBewehrung bei der Stütze 2b* zu einem Anstieg des Frischbetondrucks um bis zu 20 %gegenüber der Stütze 2b. Als Ursache dieser Druckunterschiede wird hauptsächlich dieReduzierung des Vertikaldrucks durch die Bewehrung angesehen.118
4 Untersuchung der MaterialkenngrößenDie Reibung infolge einer Bewegung des Betons in Bewehrungslängsrichtung kannprinzipiell mit der Reibung zwischen Frischbeton und einer sehr rauen Stahloberfläche(bei gerippter Bewehrung) gleichgesetzt werden. Um jedoch eine Verschiebung desBetons in Bewehrungsquerrichtung, d. h. normal zur Bewehrungsoberfläche, zuerreichen, muss ein Versagen des gesamten druckbeanspruchten Bereichs derKontaktzone eintreten (vergleichbar mit dem Grundbruch in der Geotechnik). DerWiderstand ist hier um ein Vielfaches größer als bei normaler Reibung. Bei einem hohenBewehrungsgehalt ist zu erwarten, dass die mittlere Wandreibung in etwa die innereReibung des Frischbetons erreicht. Das prinzipielle Verhalten bei der Interaktionzwischen Bewehrung und Frischbeton ist in Bild 4.1 am Beispiel eines Wandquerschnittsdargestellt.Querschnitt durch eine bewehrte WandWiderstand an Schalungund BewehrungBewegungsrichtungdes Frischbetons(Erdbeschleunigung)HorizontalbewehrungVertikalbewehrungFrischbetonGesteinskörnungenSchalungswandBild 4.1:Prinzip der Interaktion zwischen Bewehrung und Frischbeton am Beispiel einesWandquerschnittsErstarrungszeitenDie zeitliche Änderung des Materialverhaltens von Beton hat signifikante Auswirkungenauf den Frischbetondruck. Eine Möglichkeit zur Quantifizierung des zeitabhängigenMaterialverhaltens bieten verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Ansteif- undErstarrungszeiten. Jedoch weichen die ermittelten Werte je nach Prüfverfahren oftmalssignifikant voneinander ab.Von hohem Interesse sind insbesondere die Kennwerte der Prüfverfahren, welche gut mitdem Frischbetondruck bzw. den maßgeblichen Materialparametern korrelieren. Daherwurden im Rahmen der Materialversuche zur Reibung und zum Seitendruckbeiwert auchdie Erstarrungszeiten mit Hilfe ausgewählter Prüfverfahren bestimmt. Eine zusätzlicheUntersuchungsreihe (vgl. Kapitel 4.6) hatte die Aufgabe, einen quantitativenZusammenhang zwischen den Kennwerten verschiedener Prüfverfahrenherauszuarbeiten.119
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4 Untersuchung der MaterialkenngrößenDie Reibung infolge einer Bewegung des <strong>Beton</strong>s in Bewehrungslängsrichtung kannprinzipiell mit der Reibung zwischen Frischbeton und einer sehr rauen Stahloberfläche(<strong>bei</strong> gerippter Bewehrung) gleichgesetzt werden. Um jedoch eine Verschiebung des<strong>Beton</strong>s in Bewehrungsquerrichtung, d. h. normal zur Bewehrungsoberfläche, zuerreichen, muss ein Versagen des gesamten druckbeanspruchten Bereichs derKontaktzone eintreten (vergleichbar mit dem Grundbruch in der Geotechnik). DerWiderstand ist hier um ein Vielfaches größer als <strong>bei</strong> normaler Reibung. Bei einem hohenBewehrungsgehalt ist zu erwarten, dass die mittlere Wandreibung in etwa die innereReibung des Frischbetons erreicht. Das prinzipielle Verhalten <strong>bei</strong> der Interaktionzwischen Bewehrung und Frischbeton ist in Bild 4.1 am Beispiel eines Wandquerschnittsdargestellt.Querschnitt durch eine bewehrte WandWiderstand an Schalungund BewehrungBewegungsrichtungdes Frischbetons(Erdbeschleunigung)HorizontalbewehrungVertikalbewehrungFrischbetonGesteinskörnungenSchalungswandBild 4.1:Prinzip der Interaktion zwischen Bewehrung und Frischbeton am Beispiel einesWandquerschnittsErstarrungszeitenDie zeitliche Änderung des Materialverhaltens <strong>von</strong> <strong>Beton</strong> hat signifikante Auswirkungenauf den <strong>Frischbetondruck</strong>. Eine Möglichkeit zur Quantifizierung des zeitabhängigenMaterialverhaltens bieten verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Ansteif- undErstarrungszeiten. Jedoch weichen die ermittelten Werte je nach Prüfverfahren oftmalssignifikant <strong>von</strong>einander ab.Von hohem Interesse sind insbesondere die Kennwerte der Prüfverfahren, welche gut mitdem <strong>Frischbetondruck</strong> bzw. den maßgeblichen Materialparametern korrelieren. Daherwurden im Rahmen der Materialversuche zur Reibung und zum Seitendruck<strong>bei</strong>wert auchdie Erstarrungszeiten mit Hilfe ausgewählter Prüfverfahren bestimmt. Eine zusätzlicheUntersuchungsreihe (vgl. Kapitel 4.6) hatte die Aufgabe, einen quantitativenZusammenhang zwischen den Kennwerten verschiedener Prüfverfahrenherauszuar<strong>bei</strong>ten.119