Verhalten von hochduktilem Beton unter Impaktbelastung

In diesem Aufsatz wird das Materialverhalten von Hochduktilem Beton (engl.: Strain Hardening Cementitious Composite – SHCC) bei Impaktbelastung beschrieben. Dazu werden Ergebnisse aus hochdynamischen Spallations‐Experimenten an einem Hopkinson‐ Bar mit Dehnraten > 140 1/s den Resultaten aus quasi‐statischen, zentrischen Zugversuchen mit Dehnraten von 0,001 1/s gegenübergestellt. Die Auswirkungen hoher Dehnraten auf das Materialverhalten erfolgt anhand eines Vergleiches der zentrischen Zugfestigkeit, des E‐Moduls sowie der Bruchenergie. Die experimentellen Ergebnisse werden zudem mit den Kennwerten anderer Betone in Beziehung gesetzt. Unterschiede im Materialverhalten werden auf Grundlage von Phänomenen der Rissbildung und des Faserauszuges erklärt. Mechanical Behaviour of SHCC under Impact This paper describes the material behaviour of Strain Hardening Cementitious Composite (SHCC) at high strain rates. The results of high dynamic spall experiments using a Hopkinson Bar at strain rates > 140/sec were arrayed against the results of quasistatic, centric tensile tests at strain rates of 0,001/sec. This comparison is based on the parameters of tensile strength, elastic modulus, and fracture energy of the specimens. In addition, the experimental results of SHCC are related to the characteristic values of other concrete types. Differences in material behaviour are explained by the phenomena of crack formation and fibre pullout force.     

Richtungsanalyse von Fasern in Betonen auf Basis der Computer‐Tomographie

Für die Festbetoneigenschaften von Faserbetonen sind die Fasermenge, Faserorientierung und Faserverteilung ausschlaggebend. Dies macht eine Überwachung dieser Parameter notwendig, sei es zur Qualitätssicherung auf der Baustelle oder im Bereich der Forschung zur Weiterentwicklung solcher Betone. Gegenüber bisher angewendeten Methoden zur Untersuchung dieser Einflussgrößen eröffnet die Computer‐Tomographie die Möglichkeit, für Betone mit Fasern und Gelegen aller Art die Faserorientierung und Faserverteilung im gesamten Volumen eines Probekörpers zu betrachten und zu analysieren. Direction Analysis of Fibres in Concrete on Basis of Computed Tomography Decisive factors for the improvement of the hardened concrete characteristics of fibre reinforced concrete are the fibre‐volumeratio, fibre‐orientation and fibre‐distribution. The application of fibre reinforced concrete mixtures requires an appropriate control of these characteristics in the context of quality control at the building site as well as in research work done to improve this kind of concretes. Compared to the methods used up to now, the computed tomography offers the possibility to examine and analyze fibre‐orientation and fibre‐distribution in the entire volume of a specimen.     

Ein einheitliches dreiaxiales Bruchkriterium für alle Betone

Die Auswertung zahlreicher mehraxialer Versuche hat ergeben, dass die auftretenden Versagensmechanismen unter mehraxialer Beanspruchung für alle Betonarten prinzipiell gleich sind. Dies gilt sowohl für Normal‐ bis ultrahochfesten Beton, für Leichtbeton als auch für Faserbeton. Das vorgestellte Bruchkriterium orientiert sich an diesen Versagensarten und wird über eine entsprechende Kalibrierung an das Verhalten des jeweiligen Betons angepasst. Im Zuge der Aktualisierung des CEB‐FIP Model Codes 90 wird es Einzug in die Bemessungsvorschriften finden. A Unified Multiaxial Fracture Criterion for all Concretes The evaluation of numerous multiaxial tests has shown that the occurring failure mechanisms under a multiaxial load are basically the same for all types of concrete. This is true for normal to ultra high performance concrete, lightweight concrete, as well as for fibre concrete. The presented fracture criterion is based on these failure types and is adjusted by a corresponding calibration to the behaviour of each concrete. In the course of the upgrade of the CEB‐FIP Model Code 90, it will find entry into the dimensioning specification.     

Experimentelle Untersuchungen zum Schubtragverhalten dünner Scheiben aus Ultrahochfestem Beton

Ultrahochfester Beton ist ein Baustoff mit herausragenden mechanischen Eigenschaften. Weit gespannte Brückentragwerke mit schlanken Stegen aus Ultrahochfestem Beton sind denkbar. Dadurch kann Eigengewicht und Material gespart werden. Die Lebensdauer der Brücken würde aufgrund der Widerstandsfähigkeit gegen mechanische und chemische Einflüsse steigen. Die Zug‐ und die Druckfestigkeit wurden inzwischen in einigen Forschungsarbeiten untersucht. Demgegenüber gibt es noch kaum Erkenntnisse zum Schubtragverhalten. Auch existieren noch keine Normen oder Vorschriften dazu. Eine Arbeit am Institut für Betonbau der TU‐Graz befasst sich mit der Schubtragfähigkeit von schlanken, nicht beulgefährdeten Scheiben aus Ultrahochfestem Beton. Shear Carrying Capacity of Ultra High Performance Concrete Ultra High Performance Concrete is a building material with fantastic mechanical properties. Slender, durable Bridges with large spans and thin webs are imaginable. The life cycle will increase because of the chemical and mechanical resistance. The tension and compression strength are well investigated, but there are less investigations about the shear carrying capacity. One research work at the Institute for Structural Concrete of Graz University of Technology deals with the shear carrying capacity of thin Panels without buckling risk.     

Tragverhalten von Verbundbauteilen aus bewehrtem UHFB und Stahlbeton

Ultra‐Hochleistungs‐Faserbetone (UHFB) eignen sich aufgrund ihrer hohen Festigkeiten, des hohen Verformungsvermögens und der geringen Permeabilität zur Verbesserung und Instandsetzung bestehender Betonbauten. Mit dünnen Schichten von bewehrtem UHFB, die auf bestehende Stahlbetonbauteile aufgetragen werden, können der Tragwiderstand und die Gebrauchstauglichkeit deutlich gesteigert werden. In einer umfangreichen Versuchsreihe wurden die Eigenschaften von mit zusätzlich zu den Fasern auch mit Stabstahl bewehrtem UHFB untersucht. Die Bewehrung des UHFB mit Stabstählen ist vorteilhaft, um den Verfestigungsbereich des UHFB zu erweitern, seinen Tragwiderstand zu erhöhen und die Streuung seiner mechanischen Eigenschaften zu reduzieren. Zur Bewehrung können hoch‐ oder niederfeste Stähle mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen zum Einsatz kommen. Abschließend werden zwei Anwendungen vorgestellt. Structural Behaviour of Composite Elements Combining Reinforced Ultra‐High Performance Fibre‐Reinforced Concrete (UHPFRC) and Reinforced Concrete Due to their high strengths, high deformability and low permeability Ultra‐High Performance Fibre‐Reinforced Concretes (UHPFRC) are suitable for the improvement and rehabilitation of existing concrete structures. Thin layers of reinforced UHPFRC that are applied to existing concrete members, increase both the load bearing capacity and the serviceability. By comprehensive experimental studies the behaviour of UHPFRC with additional bar reinforcement was investigated. The reinforcement of UHPFRC is advantageous in order to increase the strain hardening capacity of UHPFRC, its load bearing capacity and to reduce the scatter of its mechanical properties. Low or high strength steel grades with various surface characteristics can be used as reinforcement of UHPFRC. Finally two on site applications are presented.     

Thermische Leitfähigkeit von Stahlfaserbeton – eine theoretische Betrachtung

Thermal conductivity of steel fibre reinforced – a theoretical view With respect to fire design of reinforced and prestressed concrete structures the thermal conductivity λ_c is one of the important input variables. In case of an addition of steel fibres, statements are contradictory about how these affect the thermal conductivity, and thus, the fire resistance. Against this background, literature data was sighted and completed by systematically theoretical considerations and an computer‐based evaluation method. On the basis of theoretical considerations for the thermal resistance of concrete, as well as on the numeric model, in general it can be concluded that, for an in practice frequently used fibre dosage of 1 Vol.‐%, the lower and upper curves for the thermal conductivity given in DIN EN 1992‐1‐2:2010 can be applied for normal‐ and high‐strength concretes. However, for other types of concrete which specifically differ from normal‐ and high‐strength concrete in density, kind, size and distribution of pores as well as in physical and chemical water binding capacity separate observations should be made.