Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton
Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton Frischbetondruck bei Verwendung von Selbstverdichtendem Beton
4 Untersuchung der Materialkenngrößen4.2 Entwicklung einer Versuchsapparatur zur Bestimmung desSeitendruckbeiwertes und des Reibungswiderstandes4.2.1 AllgemeinesUm den Seitendruckbeiwert von Frischbeton sowie den Reibungswiderstand zwischenFrischbeton und Schalungsoberfläche bzw. Bewehrung bestimmen zu können, wurde einespezielle Versuchsapparatur entwickelt. Diese Versuchsapparatur sollte folgendespezifische Anforderungen erfüllen.1. Die Messung des Seitendruckbeiwertes und des Reibungswiderstandes kanngleichzeitig und in derselben Apparatur durchgeführt werden, damit jeweilsgleiche Randbedingungen vorliegen.2. Die Schalungsoberfläche, an der der Reibungswiderstand ermittelt wird, musslotrecht angeordnet sein, um die tatsächlichen Bedingungen in einer Schalungwiderzuspiegeln.3. Die Simulation eines vertikalen Drucks von bis zu 750 kN/m² ist sicherzustellen.Dabei muss eine gezielte schrittweise Laststeigerung möglich sein.4. Der Zeitraum zwischen Betonherstellung und Prüfbeginn soll maximal 15 minbetragen.5. Ein unkontrollierter Wasserverlust des Betonprüfkörpers während des Versuchs istzu vermeiden.6. Die Simulation einer unterschiedlich steifen Schalung ist zu ermöglichen.7. Der Widerstand für eine Relativverschiebung zwischen Frischbeton undBewehrung soll ermittelbar sein.Aufgrund der ersten, zweiten und vierten Forderung war eine Bestimmung der ParameterReibung und Seitendruckbeiwert mit den von E DIN 1055-6 (2000) empfohlenenVerfahren nicht möglich. Ebenfalls schieden die Versuche zur Scherfestigkeit nach DIN18137-2 (1990) und DIN 18137-3 (2002) aus. Aus Gründen der Handhabbarkeit wurdedas zu prüfende Betonvolumen auf 15 Liter begrenzt. Damit ergaben sichPrüfkörperabmessungen von 250 mm auf 250 mm im Grundriss und ca. 250 mm Höhe.Bei der Wahl des Verhältnisses von Probekörperhöhe zu Probekörperbreite wurde daraufgeachtet, dass bei einem Reibungswinkel des Frischbetons von ϕ ≤ 30 ° die tatsächlicheGleitfugenneigung im Versagensfall ϑ a den Wert annimmt, welcher auch beiunbegrenzter Probekörperhöhe auftreten würde (vgl. Kapitel 2.4.6). Der im Versuchermittelte Seitendruckbeiwert entspricht selbst bei einer vollständigen Behinderung derQuerdehnungen am unteren Probekörperrand des Probekörpers bis zu einemReibungswinkel von ϕ ≈ 30 ° den in schlankeren Bauteilen zu erwartenden Werten.120
4 Untersuchung der Materialkenngrößen4.2.2 Aufbau der VersuchsapparaturDie Geometrie der entwickelten Kombinierten Versuchs-Apparatur, nachfolgend alsKVA bezeichnet, ist in Bild 4.2 bis Bild 4.4 dargestellt. Der eigentliche Schalungskörperbesteht aus kunstharzbeschichtetem Furnierholz und setzt sich aus vier Seitenwänden,einem doppelten Boden sowie einem beweglichen Deckel zusammen. DieVertikalspannung in der Frischbetonprobe wird mittels einer Presse erzeugt, welche eineKraft auf den Schalungsdeckel aufbringt. Um die Vertikalkräfte genau zu erfassen,befindet sich eine Kraftmessdose zwischen Hydraulikstempel und dem Schalungsdeckel.Die Ermittlung der Horizontalreaktionen erfolgte durch Messung der Kräfte, welche aufzwei vertikale entkoppelte Schalungselemente wirken (vgl. Bild 4.4). Diese quadratischenSchalungselemente haben eine Seitenlänge von 100 mm x 100 mm. Sie sind mit einemgewebeverstärkten Kunststoffklebeband an zwei sich gegenüberliegenden Seitenwändenbefestigt. Der Spalt zwischen dem entkoppelten Element und der Seitenwand beträgt ca. 1mm. Damit ist eine praktisch widerstandsfreie Bewegung des Elementes möglich.An den zwei anderen gegenüberliegenden Seitenwänden befinden sich schmalerechteckige Öffnungen. Ein bewegliches Element mit definiertenOberflächeneigenschaften, nachfolgend als Schalungsschwert bezeichnet, durchstößtdiese Öffnungen und befindet sich somit innerhalb der Frischbetonprobe (vgl. Bild 4.3).Über die Kraft, welche notwendig ist, um eine Relativverschiebung zwischen demFrischbeton und dem Schalungsschwert hervorzurufen, wird die Reibung zwischen demFrischbeton und der Schalungsoberfläche quantifiziert. Ein extra erarbeitetesAbstreifersystem verhindert Leim- und Wasseraustritt bei gleichzeitiger Minimierung dessystembedingten Auszugswiderstandes des Schalungsschwertes.Der eigentliche Schalkörper wird in einen Hauptrahmen aus Stahlprofilen gestellt,welcher alle im Versuch auftretenden Horizontalkräfte (d.h. den Schalungsdruck)aufnehmen muss. Die Kraftmessdosen, welche die Lasten der entkoppelten vertikalenSchalungselemente übernehmen, sind über Querrahmen mit dem Hauptrahmenverbunden.Die gesamte Konstruktion wurde so geplant, dass es nicht erforderlich ist, den Grundunddie Querrahmen inklusive aller Kraftmessdosen nach einem Versuch komplett zudemontieren. Um den Schalkasten nach einem Versuch auswechseln zu können, wurdenzwischen dem unteren und oberen Teil des Hauptrahmens vertikale Klemmprofile ausRechteckstahlrohren angeordnet, welche mit entsprechenden Klemmschrauben befestigtwurden. Die Ableitung der auf die Schalung wirkenden Horizontalspannungen erfolgtsomit über die Schalungswand, die Klemmprofile und die Klemmschrauben in denHauptrahmen.Das im Schalkasten eingelassene bewegliche Schalungsschwert mit einer Breite von 6mm, einer Höhe von 100 mm und einer Länge von ca. 800 mm ist auf einer Seite miteiner Gewindestange verbunden. Die Gewindestange wiederum ist an einem Querrahmen121
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4 Untersuchung der Materialkenngrößen4.2 Entwicklung einer Versuchsapparatur zur Bestimmung desSeitendruck<strong>bei</strong>wertes und des Reibungswiderstandes4.2.1 AllgemeinesUm den Seitendruck<strong>bei</strong>wert <strong>von</strong> Frischbeton sowie den Reibungswiderstand zwischenFrischbeton und Schalungsoberfläche bzw. Bewehrung bestimmen zu können, wurde einespezielle Versuchsapparatur entwickelt. Diese Versuchsapparatur sollte folgendespezifische Anforderungen erfüllen.1. Die Messung des Seitendruck<strong>bei</strong>wertes und des Reibungswiderstandes kanngleichzeitig und in derselben Apparatur durchgeführt werden, damit jeweilsgleiche Randbedingungen vorliegen.2. Die Schalungsoberfläche, an der der Reibungswiderstand ermittelt wird, musslotrecht angeordnet sein, um die tatsächlichen Bedingungen in einer Schalungwiderzuspiegeln.3. Die Simulation eines vertikalen Drucks <strong>von</strong> bis zu 750 kN/m² ist sicherzustellen.Da<strong>bei</strong> muss eine gezielte schrittweise Laststeigerung möglich sein.4. Der Zeitraum zwischen <strong>Beton</strong>herstellung und Prüfbeginn soll maximal 15 minbetragen.5. Ein unkontrollierter Wasserverlust des <strong>Beton</strong>prüfkörpers während des Versuchs istzu vermeiden.6. Die Simulation einer unterschiedlich steifen Schalung ist zu ermöglichen.7. Der Widerstand für eine Relativverschiebung zwischen Frischbeton undBewehrung soll ermittelbar sein.Aufgrund der ersten, zweiten und vierten Forderung war eine Bestimmung der ParameterReibung und Seitendruck<strong>bei</strong>wert mit den <strong>von</strong> E DIN 1055-6 (2000) empfohlenenVerfahren nicht möglich. Ebenfalls schieden die Versuche zur Scherfestigkeit nach DIN18137-2 (1990) und DIN 18137-3 (2002) aus. Aus Gründen der Handhabbarkeit wurdedas zu prüfende <strong>Beton</strong>volumen auf 15 Liter begrenzt. Damit ergaben sichPrüfkörperabmessungen <strong>von</strong> 250 mm auf 250 mm im Grundriss und ca. 250 mm Höhe.Bei der Wahl des Verhältnisses <strong>von</strong> Probekörperhöhe zu Probekörperbreite wurde daraufgeachtet, dass <strong>bei</strong> einem Reibungswinkel des Frischbetons <strong>von</strong> ϕ ≤ 30 ° die tatsächlicheGleitfugenneigung im Versagensfall ϑ a den Wert annimmt, welcher auch <strong>bei</strong>unbegrenzter Probekörperhöhe auftreten würde (vgl. Kapitel 2.4.6). Der im Versuchermittelte Seitendruck<strong>bei</strong>wert entspricht selbst <strong>bei</strong> einer vollständigen Behinderung derQuerdehnungen am unteren Probekörperrand des Probekörpers bis zu einemReibungswinkel <strong>von</strong> ϕ ≈ 30 ° den in schlankeren Bauteilen zu erwartenden Werten.120