Uniaxiales Bruchverhalten von ultrahochfestem Beton mit und ohne Temperatureinflüssen

Abstract

Ultrahochfester Beton hat aufgrund seiner Zusammensetzung insbesondere seiner Feinheit und Reaktivität der trockenen Bestandteile, eine extrem hohe Festigkeit und verbesserte Gebrauchseigenschaften. Aufgrund seiner Vorteile im konstruktiven Ingenieurbau und in der Gestaltung, kommt diesem Baustoff eine wachsende Bedeutung zu. Im Vorfeld der experimentellen Untersuchungen wurde eine ausführliche Literaturrecherche über die Grundlagen von ultrahochfestem Beton und das Verhalten von Beton unter Temperatur vorgenommen. Anschließend wurden bestehende Konzepte der Bruchmechanik erläutert. Die theoretischen Grundlagen bilden die Basis für die Versuchsauswertung. Ein Ziel dieser Arbeit war es eine Prüfvorrichtung, mit der man bruchmechanische Kenngrößen von Werkstoffen unter thermomechanischer Beanspruchung ermitteln kann, zu entwickeln. Die Versuchsvorrichtung, wurde in Analogie zur Keilspaltmethode nach Tschegg, welche in ÖNORM B 3592 geregelt ist, hergestellt und in einem Brandofen implementiert. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Untersuchungen über Risswiderstand und Nachbruchverhalten von ultrahochfestem Beton unter Raumtemperatur und unter thermomechanischer Beanspruchung durchgeführt. Die Veränderung des Materialverhaltens wurde mit Hilfe von bruchmechanischen Kennwerten und der Form der Arbeitslinie unter Raumtemperatur bzw. im Temperaturbereich bei 100 und 200 °C charakterisiert. Ebenfalls Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung der Größenabhängigkeit bruchmechanischer Kennwerte von der Probekörpergröße (size effect). Dazu wurden Probekörper mit unterschiedlichen Ligamenthöhen hergestellt und der Zusammenhang zwischen Bauteilgröße und dazugehöriger Tragfähigkeit experimentell ermittelt. Diese Arbeit stellt einen ersten Beitrag dar, um ein besseres und fundierteres Wissen über das Materialverhalten von ultrahochfestem Beton unter thermomechanischer Beanspruchung zu erhalten.

Ultra High Performance Concrete (UHPC) has, due to its mixture in particular of his purity and reactivity of the dry components, an extremely high strength and optimized properties. Because of its advantages for constructional engineering and design, this building material is of growing importance. In preparation of the experimental examinations a detailed literature research was performed of the fundamentals of ultra high-strength concrete and the charateristics of concrete under temperature. Afterwards existing concepts of fracture mechanics were clarified. The theoretical fundament forms the basis for the interpretation of the test results. One goal of this work was to develop a testing device, with which one can determine fracture-mechanical characteristics of materials under thermomechanical stress. The experimental apparatus was built in analogy to the wedge splitting test according to Tschegg - which is regulated in ÖNORM B 3592 - and implemented in an oven. In the course of this thesis studies were carried out on crack resistance and post-fractural characteristics of ultra high-strength concrete under the effect of room temperature and of thermomechanical stress. The change in material behavior was studied via fracture-mechanical parameters and via the profile of the test diagram under the effect of room temperature and under the effect of a temperature range of 100 to 200 °C. Another subject of this work was to study the fracture-mechanical parameters in relation to the size of the test samples (size effect). The specimens were prepared with different ligament heights and the correlation between component size and related bearing capacity was experimentally determined. This work represents a first contribution to obtain a better and more substantial knowledge of the material behavior of ultra high-strength concrete under thermomechanical stress.