Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur - TU Dresden · Dresden, 12.12.2014 Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Baustoffe, Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau

Dresden, 12.12.2014

Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Baustoffe, Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau

Forschungskolloquium „Betonstraßenbau“ – Wissen schafft Qualität

Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur

Prof. Dr.-Ing. Viktor MechtcherineProf. Dr.-Ing. habil. Frohmut WellnerDipl.-Ing. Katrin HunstockDipl.-Ing. Steffen Müller

Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 2 von 3912.12.2014

Problemfelder Straßenbau


Lösungsansätze

Plattenfugen Spurrinnen


Hochduktiler Beton unter statischer Beanspruchung

duktiles Verhalten durch Vielzahl von Feinrissen

hohe statische und dynamische Beanspruchbarkeit

hohe Gebrauchsfähigkeit und Dauerhaftigkeit

Dehnung e [%]

0

0 1 2 3 4 5

1

2

3

4

5

6

Zugspan

nung s

[N/m

m²]

kleine Prismen

große Prismen

Ris

sbre

ite

w [

µm

]

100

80

60

40

0

20

Konventioneller Faserbeton

Hochduktiler Beton


Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen

Faserauszug

Faserbruch50 µm


Programmschwerpunkte

Materialentwicklung Stoffgesetze

Mate

rial

Gro

ßvers

uche

Dem

onstr

ato

r

Modellierung

Belastung mithoher Zyklenzahl

DimensionierungMonitoring

Technologie-entwicklung

HerstellungMonitoring/

Messkampagnen

experimentell numerisch


Zusammensetzung des hochduktilen Betons

PVA-Faser

Zement

Feinsand

Flugasche

Stabilsierer

Fließmittel

Wasser

Material Einwaage [kg/m³]

ZementCEM I 42.5

505

Flugasche 621

Quarz Sand 0.06 – 0.2 mm

536

Stabilisierer 3.2

Fließmittel 8.5

Wasser 338

PVA-Faser 26


Spaltzugprüfung gemäß AL Sp-Beton

Bohrkernhöhe5050

Zugriss

Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 9 von 39

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

Spaltzugfe

stigkeit [

MPa]

12.12.2014

Charakteristische Spaltzugfestigkeit (5 % Quantil)

Spaltzugprüfung gemäß AL Sp-Beton

Standard-Beton


Verformungsgesteuerte zyklische Versuche


Verformungsgesteuerte zyklische Versucheoberer Umkehrpunkt: verformungsgesteuert(Inkrement = 0,2 %; 0,002 %; 0,00002 %)

unterer Umkehrpunkt: kraftgesteuert(Spannung = 0; 0,25fcc; 0,5fcc)

ausgewählte ZyklenUmhüllende

Dehnung [%]

Spannung

[N/m

m²]

Belastungsgeschwindigeit 10-2 s-1





Inkrement0,2 %

Inkrement0,002 %

Inkrement0,00002 %



Inkrement0,2 %

Inkrement0,002 %

Inkrement0,00002 %


Kraftgesteuerte zyklische Versuche

1 10 100 1000 10000 100000 1000000 1E7

0

1

2

3

4

Ob

ers

pa

nn

un

g [

MP

a]

Lastwechsel bei Makroriss

Zug-Druck-Wechselversuche Zugschwellversuche


Zugverhalten – Einfluss der Temperatur

T = 22 °C T = 60 °C

Zug

sp

an

nu

ng

[MP

a]

Dehnung [%] Dehnung [%]

Zug

spa

nn

un

g[M

Pa]


Kraftgesteuerte zyklische Wechselversuche

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Ste

ifig

keitsm

od

ul [M

Pa

]

Zyklenzahl

Temperaturrange -10°C bis +50°C

-10 °C

50 °C

0 °C

10 °C

20 °C

30 °C40 °C

Vorgeschädigte (angerissene) ProbenBelastungsgeschwindigeit 10 Hz


Oberflächenstruktur / Griffigkeit

stark geglättet Jutetuch

Besenstrich geglättet


Oberflächenstruktur / Griffigkeit

Gegrindete Oberfläche 3D-Oberflächenscan


Griffigkeit – Wehner-Schulze Verfahren

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Reib

beiw

ert

Reibbeiwert unbeanspruchter Ausgangszustand

Reibbeiwert nach 90000 Überrollungen

Reibbeiwert nach 180000 Überrollungen


Griffigkeit – SRT-Pendel

52

54

56

58

60

62

64

66

Richtwert gemäß ZTV Beton-StB 07

SRT-

Wer

t [-

]




Mate

rial

Gro

ßvers

uche

Dem

onstr

ato

r

Modellierung


PrognoseMonitoring



Messkampagnen



Großversuche – Aufbauvarianten

15 cm Faserbeton

> 60 cm

Schotter-tragschicht

15 cm Faserbeton

4 cm AC 8 D N

(geringeMakrorauheit)

> 52 cm Schottertrag-

schicht

15 cm Faserbeton

WeicherUntergrund

> 45 cm

Schottertrag-schicht

15 cm Faserbeton

10 cm AC 32 T S

(hoheMakrorauheit)

> 52 cm Schottertrag-

schicht


Großversuche – Versuchsaufbau

2,5

0

1,2

5

LaststempelØ 30 cm

XXXXXXXXXX

IWA alle 10 cm

DMS imungerissenenBereich

IntegrierteVerformungs-messer

XXXXXXXXXX

2,50

XXXXXXXXXX

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

Di

T

T

T



Großversuche – Begleitende Untersuchungen

Ausbreitmaß nach DIN EN 13395-1(Hägermanntisch): 160 mm


Großversuche – Begleitende Untersuchungen

Ausbreitmaß nach DIN EN 13395-1(Hägermanntisch):160 mm

Mischzeit (Ø): 8,6 min Dehnung [%]

Spannung

[MPa]


Großversuche – Instrumentierung

1 Kraftmessung21 Wegaufnehmer (vertikal)20 interne Dehnungsmessstellen

7 Temperaturfühler


Großversuche – Ausgewählte Ergebnisse

Belastung: 5,75 kNFrequenz: 5 HzLastwechsel: 1 Million


172712,0 172712,5 172713,0 172713,5 172714,0

-0,80

-0,75

-0,70

-0,65

-0,60

DMS 1_1

DMS 1_2

DMS 1_3

DMS 1_4

De

hnu

ng [

0/ 0

0]

Zeit [s]

Messgitter 1, Zyklen 1.010.900 - 1.010.911

Großversuche – Ausgewählte Ergebnisse


Großversuche – Temperierung der Platte

Plattenoberflächentemperatur: 42 °CTemperatur Plattenunterseite: 36 °C




Mate

rial

Gro

ßvers

uche

Dem

onstr

ato

r

Modellierung


PrognoseMonitoring



Messkampagnen



Demonstrator – Lage und Aufbau

15 cm Faserbeton

Schotter-tragschicht

(frostsicher)


Demonstrator – Technologie


Demonstrator – Monitoring

2 x Dehnungsmesser(4 Ebenen)

Feuchte/Temperatur

Spannungs-messer


Spannungs-messer



Monitoring (1 Jahr):- Temperatur- Spannungen- Feuchte

Messkampagnen:- wiederkehrende Belastung

mit bekannten Lasten

Zusätzlich:- zerstörungsfreie/

zerstörendeMaterialprüfung

Dresden, 12.12.2014


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griffig leise ? dauerhaft


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