Stoffeigenschaften jungen Betons - Versuche und Modelle

Von Alex-W. Gutsch: Werden die erhärtungsbedingten Temperaturverformungen des Betons behindert, dann kann dies zu Zugspannungen und Rissen im jungen Beton führen. Die sichere Abschätzung der Temperaturspannungen ist seit langem Ziel von Praxis und Forschung. Dafür sind detaillierte Kenntnisse über die thermischen und mechanischen Eigenschaften des jungen Betons während der Erhärtung erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die adiabatische Wärmefreisetzung, der Hydratationsgrad, die Entwicklung der mechanischen Kurzzeiteigenschaften (zentrische Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Zugelastizitätsmodul), die Zugspannung-Dehnungslinie, das viskoelastische Verhalten unter Zugbeanspruchung im ansteigenden und abfallenden Ast der Spannung-Dehnungslinie sowie unter erhöhten Lagerungstemperaturen, die Wärmeausdehnung und das chemische Schwinden für einige Betone untersucht. Hierauf basierend wurden Werkstoffmodelle entwickelt und verifiziert. Es wurde gezeigt, daß der Hydratationsgrad - basierend auf der Wärmefreisetzung - der universelle Zustandsparameter der Erhärtung jungen Betons ist. Die Entwicklung der mechanischen Kurzzeiteigenschaften und einiger bruchmechanischer Parameter wurde auf den Hydratationsgrad zurückgeführt. Zur Beschreibung der Zugspannung-Dehnungslinie bei unterschiedlichem Erstbelastungsalter wurde ein Modell vorgestellt. Die vorgestellten Kriech- und Relaxationsansätze erlauben die Berücksichtigung des Alterseinflusses vor Beanspruchungsbeginn und derjenigen bei erhöhten Lagerungstemperaturen während der Beanspruchung. Das Boltzmann'sche Superpositionsprinzip gilt auch bei hohen Zugbelastungsgraden, wenn die inelastische Rißdehnung additiv berücksichtigt wird. Während das Kriechen im Post-Peak-Bereich meist zum Kriechbruch führt, war bei Relaxation sogar eine erhärtungsbedingte Festigkeitszunahme möglich. Für das chemische Schwinden wurde, aufbauend auf Versuchsergebnissen und unter Berücksichtigung des Temperatureinflusses, ein einfaches Werkstoffmodell vorgestellt.