Untersuchungen zur Rauigkeit zwischen Doppelwandelementen aus UHPC und Füllbeton

Abstract

Im Zuge der Entwicklung einer Brückenbauweise aus Halbfertigteilen wurde vom Institut für Tragkonstruktion der TU Wien, Forschungsbereich für Stahlbeton und Massivbau, eine neuartige Konstruktionsweise für Doppelwände aus hochfestem und ultrahochfestem Beton entwickelt. Der Einsatz von höherfesten Betonen ermöglicht durch seine hohe Gefügedichte und den damit einhergehenden exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften eine Reduktion der Betondeckung. Sind mit der Verwendung von konventionellen Betonen Schalendicken von 5 - 7 cm üblich, können in diesem Fall die Dicken auf bis zu 3 cm reduziert werden. Dadurch kann das Gewicht der Bauteile nahezu halbiert werden und es können Transport- und Einbaukosten eingespart werden. Ein weiterer großer Vorteil dieser Konstruktionsweise liegt in der bereits angesprochenen hohen Dauerhaftigkeit von UHPC. Das Ziel dieser Diplomarbeit war es, Untersuchungen zur Rauigkeit der Verbundfuge zwischen dem Füllbeton und der Doppelwand vorzunehmen und zu bewerten. Die Verbundfuge stellt einen Schwachpunkt der Doppelwand dar, denn bei der Herstellung von UHPC Beton müssen Fließmittel und Verzögerer beigemengt werden, um das Material im Schalkörper verteilen zu können. Diese Zusatzmittel bewirken einen Selbstnivellierungseffekt des Frischbetons und verursachen eine sehr glatte Oberfläche. Ein mechanisches Aufrauen mit einem Rechen oder ähnlichem ist daher nicht möglich. Ein Ansatz für die Lösung dieses Problems, welcher am Institut für Tragkonstruktionen entwickelt wurde, sieht die Anordnung eines Bewehrungsnetzes in der Verbundfuge vor, welches die Rauigkeit der Fuge erhöht. Für die Überprüfung dieses Lösungsansatzes wurde eine Kleinversuchsserie erstellt, in der verschiedene Varianten der Fugenbewehrung getestet wurden. Im ersten Abschnitt der Diplomarbeit wurde vorab eine Literaturrecherche zu den Themen ultrahochfester Beton, Schubfugentheorie, Rauigkeitseigenschaften, Scherversuche zwischen ultrahochfestem Beton und Normalbeton und Herstellungsverfahren von Doppelwänden durchgeführt und die Ergebnisse zusammengefasst. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde eine neue Konstruktionsweise für Doppelwände entwickelt, wobei eine Lösung für die geringe Oberflächenrauigkeit von UHPC gefunden werden musste. Dieses Problem wurde mit der Anordnung eines kreuzweisen Bewehrungsnetzes in der Verbundfuge gelöst. Die Bewehrung ragt in den Füllbeton und stellt somit den Verbund der beiden Betonarten zu einem monolitischen Bauteil sicher. Zur Überprüfung dieser Annahme wurde eine Versuchsreihe mit verschiedenen Bewehrungsvarianten entwickelt. Ein großer Teil der Arbeit fand in den Laborräumen des Instituts statt, wo auch die Schalungskörper für die zukünftigen Versuchkörper und der Versuchsaufbau hergestellt wurden. Die Betonage der Betonversuchkörper erfolgte gemeinsam mit dem Institut für Hochbau und Technologie - Forschungsbereich für Baustofflehre, Werkstofftechnologie und Brandsicherheit in deren institutseigenen Labor. Nach der Versuchsdurchführung wurden die Ergebnisse ausgewertet und es konnte Rückschlüsse auf die Oberflächeneigenschaften gezogen werden. Auf Basis der durchgeführten Kleinversuchsreihe wurde eine zweite Versuchsreihe entwickelt.

As part of the development of a new building method for bridges, which is carried out at the Institute of Structural Engineering of the Vienna University of Technology, a new construction method for double wall elements made of high performance concrete (HPC) or ultra high performance concrete (UHPC) was invented. UHPC offers a high resistance against carbonation, chloride pollution and also against mechanical damage, due to its very dense structure. As a result the concrete cover can be reduced to a minimum. The normal precast elements with typical concrete properties requires a shell thickness between 5 and 7 cm, which can be reduced to a thickness of 3 cm by using ultra high performance concrete. Considering this facts, costs for transport and fitting can be saved, since the weight of the elements can be reduced enormously. Another big advantage of this construction method is the high durability of ultra high performance concrete. The aim of this thesis is, to examine the roughness of the bonding between the double wall and the normal filling concrete. In the production of ultra high performance concrete, it is necessary to mix the concrete with superplasticizer. Otherwise it is not possible to distribute the concrete in the formwork. The additive causes a very smooth surface and it is not possible to achieve an corrolative bonding. In the new construction method a reinforcement mesh is embedded in the joint, protruding into the filling concrete. To check this hypothesis shearing tests with different types of reinforcement meshes were carried out. The first part of the thesis consists of a literature study on ultra-high performance concrete, concrete joints, roughness of concrete, shearing tests of UHPC and normal concrete and on the production of doublewalls. Based on this study results the new construction method was developed by finding a solution to avoid the smooth surface of ultra high performance concrete. The problem was solved by placing a reinforcement mesh into the joint. The mesh creates an artificial interlocking and connects the two concrete types to a monolithic structure. The following shearing tests were carried out in the laboraty of the Institute of Structural Engineering, with the objective to find the best position for the reinforcement mesh. The concreting of the samples was carried out at the laboratory of the Institute of Building Construction and Technology. In the last chapter of this master thesis the evaluation of the measured data is documented and conclusions are drawn. Based on this experiment a second test series is planned.