Über das Kriechen von Zementstein, Mörtel und Beton

Karlhans Wesche

Kartonierter Einband, 185 Seiten

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1.1 Uberblick Uber Verformungen von Beton Beton und M6rtel sind viskos-elastische Zweiphasenstoffe, die aus einer elastischen Phas...

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Kartonierter Einband

Beschreibung

1.1 Uberblick Uber Verformungen von Beton Beton und M6rtel sind viskos-elastische Zweiphasenstoffe, die aus einer elastischen Phase (Zuschlag, unhydratisiertes Zement korn) und einer viskosen Phase (Zementgel) zusammengesetzt sind. Naherungsweise kann der Zementstein als der viskose Anteil an gesehen werden. Dieser hat im Normalbeton die Aufgabe, die Zu schlage mit einem Film zu umhlillen und zu verkitten sowie die Hohlraume zwischen den Zuschlagk6rnern zu fUllen. Das Verhalt nis von Zuschlag und Zementstein und deren Eigenschaften sind von EinfluB auf die Betoneigenschaften, besonders auf das Ver formungsverhalten. Bei Be- und Entlastung treten Verformungen auf, die nach Hansen (Abb. 1.1) eingeteilt werden k6nnen in: a) unmittelbare oder sofort auftretende elastische Eel Verformungen (instantaneous elastic deformation) b) so fort auftretende bleibende Verformungen (permanent set) c) zeitabhangige elastische oder verz6gert E vel elastische Verformungen (delayed elasticity) E . d) zeitabhangige viskose Verformungen v~s (timedependent viscous deformation) e) sofort auftretende elastische RUckverformungen (instantaneous recovery) f) verz6gert-elastische Rlickverformungen E oder E k vel R R (time dependent elastic recovery) FUr die Bemessung von Beton-, Stahlbeton- und Spannbetonkon struktionen oder bei Berechnung ihrer Formanderungen ist die Kenntnis der oben genannten Verformungseigenschaften des Betons notwendig. AuBerdem k6nnen beim Auftreten von Zwangungskraften, z. B. infolge StUtzensenkung, Temperaturdehnung, Schwinden, Quellen u. a. aus diesen Eigenschaften die auftretenden Span nungen und deren relaxierender Verlauf vorausbestimmt werden.
Inhalt
1. Einleitung.- 1.1 Überblick über Verformungen von Beton.- 1.2 Ziel der Arbeit.- 2. Literaturauswertung.- 2.1 Definition des Kriechens.- 2.2 Kriechtheorien.- 2.2.1 Kristallines Fließen oder plastische Verformung.- 2.2.2 Seepage Theorie.- 2.2.3 Viskoses Fließen des Zementsteins.- 2.2.4 Verzögerte Elastizität.- 2.3 Allgemeine Kriechformeln.- 2.4 Rheologische Modelle.- 2.4.1 Grundelemente.- 2.4.1.1 Ideal-elastische Feder.- 2.4.1.2 Der ideale Dämpfer.- 2.4.1.3 Ideales Friktionselement oder St. Venant-Körper.- 2.4.2 Grundmodelle.- 2.4.2.1 Maxwell-Modell.- 2.4.2.2 Kelvin-Modell.- 2.4.2.3 Hooke-St.-Venant-Modell.- 2.4.2.4 Bingham-Körper.- 2.4.3 Zusammengesetzte Grundmodelle.- 2.4.3.1 Burgers-Modell.- 2.4.3.2 Reihenschaltung von Maxwell-Modellen.- 2.4.3.3 Modelldarstellungen des allgemeinen, linear visko-elastischen Festkörpers.- 2.4.4 In der Literatur vorgeschlagene, zusammengesetzte rheologische Modelle zur Beschreibung des Kriechens von Zementstein, Mörtel und Beton.- 2.4.4.1 Modifiziertes Burgers-Modell nach Hansen.- 2.4.4.2 Modelle von Flügge.- 2.4.4.3 Modell von Ross.- 2.4.4.4 Modell von Cowan.- 2.4.4.5 Modell von Freudenthal.- 2.4.4.6 Modell von Trost.- 2.4.4.7 Weitere Modellvorstellungen.- 2.5 Kriechzahl ?.- 2.6 Einflüsse auf das Kriechen von Mörtel und Beton.- 2.6.1 Zementsteinstruktur und Grundkriechen.- 2.6.2 Wichtige Einflußfaktoren auf das Kriechen von Beton.- 2.6.2.1 Zementmahlfeinheit.- 2.6.2.2 Zuschlagart.- 2.6.2.3 Korngröße.- 2.6.2.4 Zementleim- bzw. Zuschlaganteil.- 2.6.2.5 Wasser / Zement-Wert.- 2.6.2.6 Nachbehandlung vor dem Belasten und Feuchtigkeitsgehalt.- 2.6.2.7 Kriechspannung und Festigkeit des Betons.- 2.6.2.8 Belastungsdauer.- 2.6.2.9 Lagerungstemperatur und -feuchtigkeit.- 2.6.2.10 Schwinden.- 2.6.2.11 Form und Größe der Prüfkörper.- 2.6.2.12 Belastungsalter.- 3. Problemstellung.- 3.1 Verzögert-elastische Rückverformung oder Rückkriechen.- 3.2 Viskose oder zeitabhängige bleibende Verformung.- 3.2.1 Burgers-Modell mit ?M = const..- 3.2.2 Burgers-Modell nach Hansen mit ?M = t/c.- 3.2.3 Vereinfachtes Modell von Flügge.- 3.2.4 Burgers-Modell mit ?M = k · tn (Formel 1 des Autors).- 3.2.5 Burgers-Modell mit ?M = a + b · (t1 - t0) (Formel 2 des Autors).- 3.3 Weitere Formeln und Modelle.- 3.3.1 Formel von Dischinger.- 3.3.2 Allgemeines Doppel-Kelvin-Modell.- 3.3.3 Modell von Cowan.- 3.3.4 Erweitertes Modell von Cowan.- 3.3.5 Allgemeines Doppel-Kelvin-Maxwell-Modell.- 3.3.6 Modellvorschlag von Trost.- 3.3.7 Formel von Ross.- 3.3.8 Vom Autor modifizierte Formel von Shank.- 4. Versuchsplan, Ausgangsstoffe und Mischungsverhältnisse.- 4.1 Vorversuche.- 4.2 Hauptversuche.- 4.3 Ausgangsstoffe und Mischungsverhältnisse.- 4.3.1 Zuschlagart.- 4.3.2 Kornzusammensetzung.- 4.3.3 Zemente.- 4.3.4 Wasser.- 4.3.5 Mischungsverhältnisse.- 5. Versuchsdurchführung.- 5.1 Mischen.- 5.2 Versuchskörperform.- 5.3 Herstellverfahren für die Zementstein- und Mörtelkörper.- 5.3.1 Beschreibung des Herstellverfahrens.- 5.4 Lagerung.- 5.5 Resonanzfrequenzmessungen.- 5.6 Höchstlast für Druckfestigkeit.- 5.7 Schwind- und Schrumpfmessungen.- 5.8 Lastverformungswerte für statischen E-Modul.- 5.9 Kriechverformungsmessungen.- 5.9.1 Kriechstände.- 5.9.2 Vorbereitung und Einbau der Versuchskörper.- 5.9.3 Be- und Entlastung der Kriechkörper.- 5.9.4 Messung der Kriechverformung und Kriechdauer.- 5.10. Probenzahl.- 5.10.1 Druckfestigkeit und dynamischer E-Modul.- 5.10.2 Statischer E-Modul.- 5.10.3 Kriechversuche.- 5.10.4 Schwindmessungen.- 6. Versuchsergebnisse.- 6.1 Einzelwerte.- 6.2 Mittelwerte und statistische Kenngrößen.- 6.3 Zementstein- und Mörtelkennwerte.- 6.4 Druckfestigkeiten.- 6.5 Dynamischer E-Modul.- 6.6 Statischer E-Modul.- 6.7 Schwinden und Schrumpfen.- 6.8 Kriechergebnisse.- 7. Auswertung der Kriechversuche.- 7.1 Verzögert-elastische Rückverformung oder Rückkriechen.- 7.2 Viskose oder zeitabhängige bleibende Verformung.- 7.2.1 Viskosität bei Versuchsende nach rd. vier Monaten Belastung (Burgers-Modell mit ?M = const.).- 7.2.2 Verschiedene Ansätze für den zeitlichen Verlauf der Viskosität.- 7.2.2.1 Viskosität ?M = const. für den Maxwell-Dämpfer.- 7.2.2.2 Lineare Viskositätszunahme ?M = a · t gemäß Ansatz von Hansen.- 7.2.2.3 Viskosität gemäß Ansatz von Flügge, ?M1 = const. und ?M2 = B4 · t2.- 7.2.2.4 Viskosität ?M = k · tn nach Formel 1 des Autors.- 7.2.2.5 Viskosität ?M = A2 + B2 · t nach Formel 2 des Autors.- 7.3 Auswertung der Versuchsergebnisse nach weiteren Formeln und Modellvorstellungen.- 7.3.1 Gleichung von Dischinger (Kelvin-Modell).- 7.3.2 Allgemeines Doppel-Kelvin-Modell.- 7.3.3 Dreifach-Kelvin-Modell nach Trost.- 7.3.4 Allgemeines Doppel-Kelvin-Maxwell-Modell.- 7.3.5 Doppel-Kelvin-Modell von Cowan.- 7.3.6 Erweitertes Doppel-Kelvin-Maxwell-Modell nach Cowan.- 7.3.7 Formel von Ross.- 7.3.8 Modifizierte Formel von Shank.- 7.4 Vergleichende Betrachtung der für die Auswertung verwendeten Formeln und Modelle.- 7.5 Ausblick für weitere Untersuchungen.- 8. Zusammenfassung.- 9. Literaturverzeichnis.- 10. Zusammenstellung der wichtigsten benutzten Formelzeichen und Abkürzungen.- 11. Zusammenstellung der untersuchten Formeln und Modelle.- a) Tabellen.- b) Abbildungen.- Anhang A Versuchsergebnisse Einzelwerte .- Anhang B Versuchsergebnisse statistische Werte und Auswertungen .- Anmerkung.- Die angeführten Anhänge A und B sind in der vorliegenden Fassung nicht enthalten, sie können in der Bibliothek des Instituts für Bauforschung der Technischen Hochschule Aachen eingesehen werden.