Forschungsbereich Stahlbeton- und Massivbau | Institut für Tragkonstruktionen

Technische Universität Wien

Betonverstärkungselement

Bild 1: Verstärkungselemente

Beton ist ein Zweiphasensystem, welches aus Zementstein und Zuschlag besteht. Am Institut für Tragkonstruktionen - Betonbau an der TU Wien wurden Verstärkungselemente erfunden, die gleichzeitig als Zuschlag und als auch als Bewehrungselemente dienen. Die Form der Elemente wurde so festgelegt, dass die Kraft sich von der Betonmatrix auf die Verstärkungselemente über Druck- und Schubspannungen  übertragen kann. Durch die Beigabe dieser Verstärkungselemente wird das Zugtragvermögen und die Duktilität des Betons verbessert.

1. Wirkungsweise von herkömmlichem Beton

Der unbewehrte Beton weist im Vergleich zur Druckfestigkeit eine niedrige Zugfestigkeit und eine geringere Dehnfähigkeit auf. Das Versagen ist örtlich begrenzt, spröd und ohne Vorankündigung. In Bauteilen mit Biegespannungen oder Normalspannungen ist das Versagen stark von der Zugfestigkeit des Betons abhängig. Die Zugfestigkeit ist eine stark streuende Größe, die durch Zwängungen auch schon aufgebraucht sein kann.

Diese nachteiligen Materialeigenschaften können durch das Anordnen von Bewehrung, Vorspannung oder durch Beigabe von Fasern verbessert werden. In diesem Beitrag wird die Duktilität und eine gesicherte Zugfestigkeit durch die Zugabe von Betonverstärkungselementen erreicht.

 

2. Die Verstärkungselemente und deren Wirkung

Für die Herstellung der Elemente wurden drei Materialien verwendet, nämlich Epoxydharz, UHPC und Glasfaserbeton. Die Elemente aus Epoxydharz haben einen kreisförmigen Querschnitt und eine Erweiterung an den beiden Enden. Die Länge des Elements war 80 mm und der Durchmesser in der Mitte war 16 mm. Die Elemente aus UHPC wurden in der gleichen Stahlschalung vergossen, und deswegen haben sie die gleiche Form und Abmessungen wie die Elemente aus Epoxydharz. Der Querschnitt der Elemente aus Glasfaserbeton war quadratisch mit den Abmessungen 13x13 mm. Die Länge war 80 mm, gleich wie bei den anderen Elementen (Bild 1).

Mit diesen Elementen wurden verschiedene Probekörper für Vierpunktbiegezugversuche hergestellt. Die Abmessungen und die Versuchsanordnung waren gemäß der Richtlinie "Faserbeton" der Österreichischen Vereinigung für Beton- und Bautechnik. Die Abmessungen der Probekörper waren 15x15x60 cm und die Spannweite war 45 cm. Der Unterschied zwischen den Probekörpern war, dass die Anzahl und die Anordnung der verwendeten Verstärkungselemente variiert wurde (Bild 2). Zuerst wurden die Elemente in die Schalung gelegt und danach wurde der Zementleim eingefügt. Der Zementleim wurde für alle Probekörper durch das Mischen von einem Zement der Festigkeitsklasse CEM II A-S 42,5 R, Fließmittel und Sand angefertigt. Nach einem Tag wurde die Schalung entfernt. In einem Alter von 9 Tagen wurden die Probekörper getestet (Bild 3). Die Druckfestigkeit des Zementsteins am Tag der Prüfung wurde an Zylindern mit einem Durchmesser von 35 mm und einer Länge von 70 mm bestimmt. Die mittlere Druckfestigkeit  war gleich 20 N/mm2.

 

Bild 2: Anordnung der Elemente
Bild 3: Versuchsanordnung

 

3. Anwendungsgebiete

Die Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass die Zugfestigkeit und die Duktilität des Betons durch die Verwendung der Verstärkungselementen erhöht werden kann. Dieser Beton ist in der Lage die auftretenden Zugspannungen auch nach der Erstrissbildung zuverlässig zu übernehmen, so dass bei Erstrissbildung nicht Versagen eintritt. Die Neuheit ist, dass die Nachrisszugfestigkeit höher ist als die Erstrisszugfestigkeit. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil dieser Technologie im Gegensatz zu Faserbeton dar.

Der Beton mit Verstärkungselementen könnte für Herstellung von tragenden Bauteilen und Betonkonstruktionen ohne zusätzliche Bewehrung verwendet werden. Mögliche Anwendungsgebiete wären: Platten mit geringer Spannweite, Platten mit Spanngliedern ohne Bewehrung, Wände, Fassadenplatten und Fertigteilelemente. Das Zeichnen von Bewehrungsplänen und das Verlegen der Bewehrung entfällt. Der wesentliche Vorteil ist, dass keine Korrosionserscheinungen auftreten können, weil der Beton mit Verstärkungselementen keine metallische Bestandteile enthält. 

 

Kontakt: S.Z. Ambro

E-Mail: szambro(at)mail.tuwien.ac.at

 

www.betonbau.tuwien.ac.at