Verbunduntersuchung zwischen selbstverdichtendem Beton und verlorenen Schalungselementen aus zementgebundenen Holzfaserplatten

Abstract

Nachhaltigkeit ist ein Thema, das immer mehr an Bedeutung gewinnt. Nachhaltig zu bauen heißt Materialien einzusetzen, die aus natürlicher Herkunft stammen. So ein Material ist z.B. die zementgebundene Holzfaser. Eine zementgebundene Holzfaserplatte wird aus Zement, Holz und Wasser hergestellt, hat eine gute Wetterbeständigkeit, besitzt hohe Festigkeits-werte und lässt sich problemlos verwerten. All diese Eigenschaften ermöglichen die Anwen-dung dieser Platte als -verlorene Schalung-. Bei dieser Baumethode werden die Schalungs-elemente nach der Erstarrung der Vergußmasse nicht ausgeschalt, sondern sie werden Teil der fertigen Konstruktion und bleiben dauerhaft im Verbund mit dem Konstruktionskern. Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Untersuchung des Verbundmechanismus und der Parameter, die für einen optimalen Verbund zwischen zementgebundenen Holz-faserplatten und selbstverdichtendem Beton von Bedeutung sind. Anhand von bruchmecha-nischen Tests mittels Keilspaltmethode nach ÖNORM B 3592 an Würfelversuchskörpern mit 15 cm Kantenlänge und Beobachtungen von Oberflächenerscheinungen an wandartigen Probekörpern mit den Abmessungen 40x40x20 cm während der Aushärtedauer von 90 Tagen werden wichtige Zusammenhänge zwischen Verbundqualität und material-, umgebungs- und bauspezifischen Einflüssen ermittelt und protokolliert. Nach Durchführung der bruchmechanischen Versuche werden Bruchbilder erfasst, Kerbzugfestigkeit und spezifische Bruchenergie berechnet. Auf die Verbundqualität werden vermeintlich einflussreiche Parameter wie z.B. Temperatur und Feuchtigkeit bei der Probenherstellung mehrfach variiert. Anhand der erfassten Prüfergebnisse werden Rückschlüsse auf die Einflussstärke und Einflussrichtung dieser Parameter auf den Verbund gezogen. Die Beobachtungen von Oberflächenerscheinungen an den Schalungsplatten geben einen Überblick über das Geschehen nach der Bauwerkserrichtung und während der Nutzung und ermöglichen ein besseres Verstehen des Verbundmechanismuses und deren Zusammen-hänge mit den Umgebungsparametern. Die Ergebnisse der Keilspaltversuche weisen sehr hohe Streuungen auf, was nach derzeitigem Wissensstand auf eine Inhomogenität der zementgebundenen Holzfaserplatte zurückzuführen ist. Ein guter Verbund konnte sowohl bei Präparation feuchter als auch ausgetrockneter Platten - im Zustand vor dem Betonvergießen - erzielt werden. Eine unbehandelte Platte hingegen lieferte einen relativ schlechten Verbund. Es konnte weiters ein Zusammenhang zwischen Betonfeuchte während der 28-tägigen Betonerhärtungszeit und Verbundqualität nachgewiesen werden. Aus den 90-tägigen Beobachtungen der wandartigen Probekörper sind Schadensbilder entstanden, die eine Abplatzung der Platte vom Beton zeigen. Diese Abplatzung fand in der ersten Woche der Heizperiode statt und hat ein Ausmaß von etwa 1/5 der Plattenoberfläche.

At present, sustainability is a topic gaining more and more interest. Sustainable building constitutes of using materials derived from natural sources. An example of such material is cement-bonded wood fiber, made of a mixture of cement, wood and water. Also, such fiber can be utilized to produce cement-bounded-particleboards that have good weather resistance, high strength values and can be recycled easily. All these features allow for the application of these boards as a -permanent formwork-. Taking this method of construction into account, the formwork elements are not stripped after solidification of the casting compound, but they are part of the final design and remain permanently connected to the construction core. This thesis deals with the investigation of the composite bonding mechanism between the cement-bonded-particleboards and self-compacting concrete, as well as the parameters needed for an optimum bond. Fracture mechanics tests - Wedge Splitting Test (ÖNORM B 3592), were conducted on cube specimens with 15 centimeters edge length. In addition, observations of surface phenomena on wall-like specimens with dimensions 40x40x20 centimeters were performed for 90 days. As results of the Wedge Splitting tests are captured as images of the destruction mechanism and calculations of notch tensile strength and specific fracture energy. Under the samples- preparation, various parameters of the cement-bounded-particleboards are altered repeatedly such as temperature and humidity, which affect the quality of the particleboard-concrete joint. Based on experimental results, conclusions are drawn on the impact strength and direction of influence per parameter. The observations of surface phenomena on the formwork panels provide an overview of the events after the sample preparation and during its utilization. Thus, a better understanding of the composite bonding mechanism and correlations with environmental variables can be formed. The results of the Wedge Splitting tests have large deviations. As far as we know, this is an artifact of an inhomogeneity of the cement-bounded-particleboards. A strong board-cement-bond can be achieved both in the preliminary dried out plates and also in preliminary moist ones upon sample preparation. Untreated plates, however, yielded relatively poor bonding properties. A further relationship between the humidity during the 28-day concrete-hardening period and the composite bonding quality is shown. From the 90-day observations of the wall-like specimens patterns have emerged showing a spalling of the plates from the concrete. That spalling took place in the first week of the heating period and has a size of about 1/5 of a plate surface.