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I 6 I I I Institut für Bauforschung Aachen Rhelnlach-Weatfiillache Technlache Hochachule
6 (1993)
KURZBERICHT
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AKTUELLE FORSCHUNGSERGEBNISSE
Erste Ergebnisse der Untersuchungen zur Durchlässigkeit von überdrückten Trennrissen im Beton bei Beaufschlagung mit wassergefährdenden Flüsssig-keiten ·
Initial results of investigations concerning the permeability of pressure-loaded cracks in concrete against environmentally harmful liquids
N. Brauer
1 EINLEITUNG
Der Einsatz von unbeschichtetem Beton beim Bau von Müllbunkern, Auffangwannen, Abfüllflächen für die Lagerung bzw. den Umschlag von Flüssigkeiten der Wassergefährdungsklassen 1 und 2 setzt voraus, daß Aussagen über die Durchlässigkeit von Stahlbetonbauteilen im Zustand II möglich sind. Nur damit kann ein Konzept für derartige Einsatzmöglichkeiten erarbeitet werden. Bei vielen Flüssigkeiten können über den gesamten Querschnitt durchgehende Risse nicht soweit beschränkt werden, daß die Leckraten bedingungsgemäß klein bleiben. Ziel der Untersuchungen ist deshalb die Frage nach den Leckraten teilweise (nachträglich) überdrückter Risse. Zur Klärung dieser Fragestellung werden Risse, die durch zentrischen Zug in Stahlbetonbalken erzeugt wurden, überdrückt und mit verschiedenen Prüfflüssigkeiten beaufschlagt.
2 VERSUCHE 2.1 Prüfverfahren
Im Rahmen dieses Projektes wurde ein Prüfverfahren entwickelt, das die Vorgaben der Richtlinie Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen /1/ hinsichtlich der zu prüfenden Rißgeometrie berücksichtigt. An den in Bild 1 skizzierten Stahlbetonbalken werden durch zentrischen Zug vier Trennrisse an den durch Rißvorgaben geschwächten Betonquerschnitten erzeugt. Neben dem Eindringverhalten in gerissenem Beton wird an einem ungerissenen Vergleichskörper (Bild 1 ) die Anbindung an den Eindringversuch in /1/ Bild A 1 geschaffen.
Die Stahlbetonbalken werden in die . in Bild 1 dargestellte Prüfeinrichtung eingebaut. Die Prüfkörper werden analog zu der in /1/ Bild A 1 beschriebenen Apparatur beaufschlagt. Zur Einleitung der Flüssigkeiten in den Beton werden Aufsätze aus Edelstahl auf den
Beton geklebt. Die eingedrungene Flüssigkeitsmenge kann an den Pegelständen der kalibrierten Standrohre abgelesen werden.
2.2 Eindringmengenversuche 2.2.1 Parameter
Mit der vorgestellten Versuchseinrichtung wird im Rahmen dieses Projektes das Eindringverhalten am Referenzbeton und den vorgegebenen Lagerungsbedingungen nach /1/ untersucht. Neben Wasser soll vor allem das Eindringverhalten bei den Prüfflüssigkeiten Aceton und n-Hexan bestimmt werden. Durch Versuchsserien mit unterschiedlichen Betondruckspannungen und Spannungsverteilungen im überdrückten Trennriß soll es möglich sein, Anforderungen für ein Bemessungskonzept auszuarbeiten.
2.2.2 Versuchsergebnisse
Bei den beschriebenen Versuchskörpern stellten sich infolge zentrischer Zugbelastung Risse mit einer mittleren Breite von 0,1 3 mm ein. Die Rißbreiten wurden je Riß an zwei Maßstellen auf der Ober- und Unterseite mit einem Setzdehnungsmesser bestimmt. Nach Aufbringen der zentrischen Drucklast von 5 N/mm• wiesen die drei Risse für die Versuche -mit Wasser eine Breite von 0,024 mm auf. Beim Versuchskörper für n-Hexan wiesen die zwei zu prüfenden Risse eine Breite von 0,017 mm auf.
ln Bild 2 sind die Mittelwerte der Eindringmengen für beide Prüfflüssigkeiten in gerissenem und ungerissenem Beton dargestellt. Ein Durchfluß der Prüfflüssigkeiten bzw. Feuchteflecken an der Unterseite der Versuchskörper wurden dabei nicht festgestellt.
ungerissener Beton gerissener Beton
D Aufsicht
+1 40
max e = 20/3
Bewehrung ~---- Standrohr mit Meßskala
Beaufschlagungsaufsatz
Zugstange Kopfplatte Traverse Kolben Kontermutter
15
Schnitt\- A
Bild 1: Versuchskörper und Meßstand zur Bestimmung von Eindringmengen in gerissenem und ungerissenem Beton
V ln ml 76
60
26
0
------ W••••r ---o--- W o . Riß
-H•••n ~Ho . Riß
Zelt ln d
Bild 2: Mittelwerte der Eindringvolumina von Wasser (W) und n-Hexan (Hl in Beton
Nach 72 t'l wurde bei den Versuchen mit Wasser Eindringmengen von 4, 73 ml in den ungerissenen Beton und 14,40 ml in den gerissenen Beton festgestellt. Der Vergleich mit n-Hexan liefert Eindringmengen von 11 ,04 ml in den ungerissenen Versuchskörper und 63,96 ml in den Rißbereich. Betrachtet man die Differenz zwischen den Eindringmengen im ungerissenen Beton und den flißversuchen, stellt man bei der organischen PrOfflüssigkeit die 5,5fache Eindringmenge in den Riß fest. Dies wird durch die unterschiedliche Viskosität verursacht und deren Reaktionsfähigkeit mit dem Zementstein der Flüssigkeiten.
Herausgeber:
3 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNG
Zur Bestimmung der Eindringmengen von Prüfflüssigkeiten in Betonbauteile mit überdrückten Trennrissen ist eine Versuchsanlage vorgestellt worden. ln diesem Bericht werden Unterschiede im Eindringverhalten zwischen einer organischen Flüssigkeit und Wasser dargestellt . Bei der hier gewählten Druckspannung war im Trennriß kein Durchfluß der untersuchten Flüssigkeiten zu erkennen. Dadurch unterscheiden sich die überdrückten Trennrisse von Versuchen mit sogenannten offenen Trennrissen. Bei diesen zeigte sich sogar bei Rißbreiten von ungefähr 0,1 mm ein starker Durchfluß der niedrigviskosen organischen Prüfflüssigkeiten. Anhand dieser Untersuchungen läßt sich ableiten, daß bei mindestens teilweise vorgespannten Auffangbehältern selbst mit durchgehenden Trennrissen, bei im Havariefall vorhandener Mindestbetondruckzone, die in /1/ geforderte Dichtigkeit erreichbar ist .
4 LITERATUR
/1 / Deutscher Ausschuß für Stahlbeton; Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen: Entwurf der Richtlinie: Bemessung unbeschichteter Betonbauteile. (01 .1992)
Das Forschungesvorhaben wird vom Bundesminister für Forschung und Technologie im Rahmen des Projektes Sicherheit von Betonkonstruktionen technischer Anlagen für umweltgefährdende Stoffe gefördert .
Institut für Bauforschung Aachen Rheinisc~llsche Technische Hochschule Postanschrift : 52056 Aachen Lieferanschrift: Schinkelstr. 3. 52062 Aachen Tel. (0241) 80-5100. FAX (0241) 80-5120 Telex 832704 thac d
Direktoren: Prof. Dr.-lng. H. R. Sasse Prof. Dr.-lng. P. Schießl
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