Untersuchungen zur Betonermüdung anhand der Veränderungen des E-Moduls bei Straßenbeton

Abstract

Nach dem derzeitigen Stand des Wissens kann die Restlebensdauer des Straßenbetons nur statistisch abgeschätzt werden. Ohne eine geeignete Materialkenngröße, mit der das Ermüdungsverhalten des Betons unter Dauerschwingbelastung charakterisiert werden kann, ist eine verlässliche Bestimmung der Restlebenszeit nahezu unmöglich. In der vorliegenden Arbeit wurde die Eignung des Elastizitätsmoduls (E-Modul) als Materialparameter für die Beurteilung der Restlebensdauer des Straßenbetons untersucht. Im Rahmen der Untersuchungen wurden Versuche mit zwei Aspekten an Betonprismen im Labor durchgeführt. Zum einen wurde die Veränderung des E-Moduls infolge zyklischer Biegebeanspruchung durch die übliche statische Prüfung bestimmt. Zum anderen wurde auch die Veränderung des dynamischen E-Moduls mit Hilfe der Methode der Durchschallung des Probekörpers untersucht. Die Veränderung des statischen E-Moduls infolge der aufgebrachten dynamischen Belastung wies eine fallende Tendenz sowohl je nach Mischung als auch der Lastzyklenzahl auf. Die Veränderung der Ultraschallgeschwindigkeit zeigte signifikante Ergebnisse bei den unteren (Zugseite) und mittigen Messstellen des Querschnitts der auf Biegung belasteten Probekörper. Im unteren Querschnittsbereich zeigte sich eine fallende Tendenz der Ultraschallgeschwindigkeit, während sich in der Mitte des Querschnitts nur geringe Abweichungen ergeben. Probekörper mit geringerer Probengröße, die einer höheren Lastzyklenzahl ausgesetzt waren, wiesen im oberen druckbeanspruchten Querschnitts-bereich auch eine Abnahme der Ultraschallgeschwindigkeit auf. Ferner war auch eine Korrelation der Veränderung der Ultraschallgeschwindigkeit mit jener des statischen E-Moduls zu erkennen. Die Ergebnisse der Versuche zeigten, dass der E-Modul jene Kenngröße sein könnte, mit der das Ermüdungsverhalten des Betons unter Dauerschwingbelastung charakterisiert werden kann. Stichwörter: Elastizitätsmodul (E-Modul), Straßenbeton, Ermüdung, Dauerhaftigkeit

Based on the current state of knowledge, the remaining lifetime of the pavement quality concrete can only be estimated statistically. Without a suitable material parameter, which can characterize the fatigue behavior of concrete under fatigue loading, a reliable determination of the remaining lifetime is almost impossible. In this masters thesis was examined the suitability of the elastic modulus (modulus of elasticity) as a material parameter for the prediction of the remaining lifetime of the pavement quality concrete. During the laboratory investigations two types of tests were done on prismatic specimens. Firstly, the change in static modulus of elasticity due to cyclic bending stress was examined by standard test method. Secondly, the change in dynamic elastic modulus was determined by ultrasonic measurement. The change in static modulus of elasticity due to the applied dynamic load had a decreasing tendency depending on the mixture as well as the number of load cycles. The change in ultrasonic velocity has shown significant results at the lower (tensile side) and at the central measurement points of the cross-section of the bend specimens. In the lower part of the cross-section there was a falling tendency of the ultrasonic velocity, but in the middle part of it the results showed low deviation. The smaller test samples, which were exposed to a large number of load cycles, have also shown a decrease of the ultrasonic velocity in the upper-cross-sectional area (compression side). Furthermore, a correlation of the change in ultrasonic velocity with the change in static modulus of elasticity was also detected. The results of the tests showed that the modulus of elasticity was such a material property which was able to characterize the fatigue behavior of concrete under fatigue loading. Keywords: modulus of elasticity, pavement quality concrete, fatigue, durability