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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. 3 von 3912.12.2014
Lösungsansätze
Plattenfugen Spurrinnen
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 4 von 3912.12.2014
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 5 von 3912.12.2014
Werkstoffwissenschaftliche Grundlagen
Faserauszug
Faserbruch50 µm
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 6 von 3912.12.2014
Programmschwerpunkte
Materialentwicklung Stoffgesetze
Mate
rial
Gro
ßvers
uche
Dem
onstr
ato
r
Modellierung
Belastung mithoher Zyklenzahl
DimensionierungMonitoring
Technologie-entwicklung
HerstellungMonitoring/
Messkampagnen
experimentell numerisch
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 7 von 3912.12.2014
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 8 von 3912.12.2014
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 10 von 3912.12.2014
Verformungsgesteuerte zyklische Versuche
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 11 von 3912.12.2014
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 12 von 3912.12.2014
Verformungsgesteuerte zyklische Versuche
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 13 von 3912.12.2014
Verformungsgesteuerte zyklische Versuche
Inkrement0,2 %
Inkrement0,002 %
Inkrement0,00002 %
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 14 von 3912.12.2014
Verformungsgesteuerte zyklische Versuche
Inkrement0,2 %
Inkrement0,002 %
Inkrement0,00002 %
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 15 von 3920.02.2015
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 16 von 3920.02.2015
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]
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 17 von 3920.02.2015
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 18 von 3912.12.2014
Oberflächenstruktur / Griffigkeit
stark geglättet Jutetuch
Besenstrich geglättet
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 19 von 3912.12.2014
Oberflächenstruktur / Griffigkeit
Gegrindete Oberfläche 3D-Oberflächenscan
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 20 von 3912.12.2014
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 21 von 3912.12.2014
Griffigkeit – SRT-Pendel
52
54
56
58
60
62
64
66
Richtwert gemäß ZTV Beton-StB 07
SRT-
Wer
t [-
]
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 22 von 3912.12.2014
Programmschwerpunkte
Materialentwicklung Stoffgesetze
Mate
rial
Gro
ßvers
uche
Dem
onstr
ato
r
Modellierung
Belastung mithoher Zyklenzahl
PrognoseMonitoring
Technologie-entwicklung
HerstellungMonitoring/
Messkampagnen
experimentell numerisch
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 23 von 3912.12.2014
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 24 von 3912.12.2014
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 26 von 3912.12.2014
Großversuche – Begleitende Untersuchungen
Ausbreitmaß nach DIN EN 13395-1(Hägermanntisch): 160 mm
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 27 von 3912.12.2014
Großversuche – Begleitende Untersuchungen
Ausbreitmaß nach DIN EN 13395-1(Hägermanntisch):160 mm
Mischzeit (Ø): 8,6 min Dehnung [%]
Spannung
[MPa]
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 28 von 3912.12.2014
Großversuche – Instrumentierung
1 Kraftmessung21 Wegaufnehmer (vertikal)20 interne Dehnungsmessstellen
7 Temperaturfühler
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 29 von 3912.12.2014
Großversuche – Ausgewählte Ergebnisse
Belastung: 5,75 kNFrequenz: 5 HzLastwechsel: 1 Million
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 30 von 39
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
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 31 von 3912.12.2014
Großversuche – Temperierung der Platte
Plattenoberflächentemperatur: 42 °CTemperatur Plattenunterseite: 36 °C
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 32 von 3912.12.2014
Programmschwerpunkte
Materialentwicklung Stoffgesetze
Mate
rial
Gro
ßvers
uche
Dem
onstr
ato
r
Modellierung
Belastung mithoher Zyklenzahl
PrognoseMonitoring
Technologie-entwicklung
HerstellungMonitoring/
Messkampagnen
experimentell numerisch
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 33 von 3912.12.2014
Demonstrator – Lage und Aufbau
15 cm Faserbeton
Schotter-tragschicht
(frostsicher)
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 34 von 3912.12.2014
Demonstrator – Technologie
Duktiler Beton für die Straßeninfrastruktur Folie Nr. 35 von 3912.12.2014
Demonstrator – Monitoring
2 x Dehnungsmesser(4 Ebenen)
Feuchte/Temperatur
Spannungs-messer
2 x Dehnungsmesser(4 Ebenen)
Spannungs-messer
2 x Dehnungsmesser(4 Ebenen)
2 x Dehnungsmesser(4 Ebenen)
Monitoring (1 Jahr):- Temperatur- Spannungen- Feuchte
Messkampagnen:- wiederkehrende Belastung
mit bekannten Lasten
Zusätzlich:- zerstörungsfreie/
zerstörendeMaterialprüfung
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