4 Versuchsergebnisse
4.2 Versuchsergebnisse der Nebelkammerlagerung
4.2.2 Entwicklung der mechanischen Eigenschaften
4.2.3.3 Lastabhängige Dehnungen
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Bild 4.15: Schwinddehnung der hergestellten Prüfkörper mit QP(SW) als Gesteinskörnung nach 560tägiger Nebelkammerlagerung.
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4.16) und beim Beton mit GW-Gestein zum Untersuchungszeitpunkt nach 280 Tagen Nebelkammerlagerung (grüne Kurve im Bild 4.17), also nach Erreichen des Reaktionsmaximums, ermittelt.
Bild 4.16: Lastabhängige Dehnung der Betone mit gebrochenem Kies des Oberrheins (OR) nach verschiedenen Lagerungszeiten in der Nebelkammer.
Beim Beton mit OR-Gestein zum Untersuchungszeitpunkt von 280 Tagen Nebelkammerlagerung sowie zum Untersuchungszeitpunkt nach 560 Tagen Nebelkammerlagerung flachen die Dehnungskurven nach Erliegen der Reaktion ab, da zu diesen Untersuchungszeitpunkten keine nennenswerte Reaktion mehr stattfand und die Hydratation größtenteils abgeschlossen ist. Außerdem wie bereits im Abschnitt 4.2.3.1 beschreiben, trug das Füllen der Risse mit AKR-Produkten mit Ettringit zur Steifigkeitserhöhung bei. Die lastabhängigen Dehnungen betrugen zu diesen Zeitpunkten ca. 1,1 mm/m (Bild 4.16).
Ohne eine betonschädigende AKR sowie wegen größtenteils abgeschlossener Hydratation nach 645 Tagen verliefen die Dehnungen der freigelagerten Betonproben mit OR-Gestein tiefer als die übrigen Vorlagerungen (dunkelgelbe Kurve im Bild 4.16).
Bei diesen vorgelagerten Betonproben betrug die lastabhängige Dehnung nach 365 Tagen Druckbelastung 0,68 mm/m.
Einen ähnlichen Verlauf zeigten auch die Betonproben mit alkaliempfindlicher Gesteinskörnung Grauwacke (GW) (Bild 4.17). Da bei diesen Betonproben bis zum Untersuchungszeitpunkt nach 140 Tagen Nebelkammerlagerung keine
Alkali-0 28 56 84 112 140 168 196 224 252 280 308 336 364 0,0
0,5 1,0 1,5 2,0
2,5 gebr. Kies des Oberrheins (OR)
Lastabhängige Dehnung(c+el) [mm/m]
Zeit [d]
0 d Nebelkammerlagerung 140 d Nebelkammerlagerung 280 d Nebelkammerlagerung 560 d Nebelkammerlagerung Freibewitterung
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Kieselsäure-Reaktion festgestellt wurde und dadurch die Steifigkeit durch Hydratation in feuchtwarmer Umgebung anstieg, verlief die lastabhängige Dehnung zum Untersuchungszeitpunkt nach 140 Tagen Nebelkammerlagerung tiefer (rote Kurve im Bild 4.17). Die lastabhängige Dehnung nach 365 Tagen Druckbelastung betrug genau wie die freigelagerten Betonproben 0,57 mm/m.
Bild 4.17: Lastabhängige Dehnung der Betone mit gebrochener Grauwacke (GW) nach verschiedenen Lagerungszeiten in der Nebelkammer.
Die AKR erreicht sein Maximum beim Beton mit GW als Gesteinskörnung zum Untersuchungszeitpunkt nach 280 Tagen Nebelkammerlagerung und somit ist der Verlauf der lastabhängigen Dehnung nach 280 Tagen (grüne Kurve im Bild 4.17) höher.
Nach Erliegen der Reaktion verlief die lastabhängige Dehnung zum Untersuchungszeitpunkt nach 560 Tagen Nebelkammerlagerung (blaue Kurve im Bild 4.17) wieder tiefer (1,15 mm/m).
Die Betonproben mit QP-Gestein wurde das Reaktionsmaximum zum Untersuchungszeitpunkt nach 560 Tagen Nebelkammerlagerung ermittelt. Daher war die lastabhängige Dehnung dieser Betonprobe zum Untersuchungszeitpunkt nach 560 Tagen Nebelkammerlagerung (blaue Kurve im Bild 4.18) stärker ausgeprägt als bei den übrigen vorgelagerten QP-Betonproben (1,35 mm/m).
0 28 56 84 112 140 168 196 224 252 280 308 336 364 0,0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Grauwacke (GW)
Lastabhängige Dehnung(c+el) [mm/m]
Zeit [d]
0 d Nebelkammerlagerung 140 d Nebelkammerlagerung 280 d Nebelkammerlagerung 560 d Nebelkammerlagerung Freibewitterung
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Bild 4.18: Lastabhängige Dehnung der Betone mit gebrochenem Quarzporphyr aus dem Halleschen Porphyrkomplex (QP) nach verschiedenen Lagerungszeiten in der Nebelkammer.
Da die Hydratation bei freigelagerten Betonproben (dunkelgelbe Kurve im Bild 4.18) sowie bei Betonproben nach 280tägiger Nebelkammerlagerung (grüne Kurve im Bild 4.18) ohne einen Hinweis hinsichtlich einer betonschädigenden AKR größtenteils abgeschlossen ist, verliefen die Kurvenverläufe dieser vorgelagerten Betone tiefer (ca.
0,6 mm/m) als die übrigen Betone mit QP-Gestein.
Bemerkenswert bei diesem QP-Gestein ist, dass die Hydratation der Betonproben zum Untersuchungszeitpunkt nach 140 Tagen Nebelkammerlagerung (rote Kurve im Bild 4.18) ohne ein Anzeichen hinsichtlich einer betonschädigenden AKR in der feuchtwarmer Umgebung der Nebelkammer nahezu abgeschlossen sein müsste. Somit sollte die lastabhängige Dehnung der Betonproben nach 140tägiger Nebelkammerlagerung nahezu gleich wie die der freigelagerten sowie der in der Kammer 280 Tage gelagerten Prüfkörper verlaufen. Bei Betrachtung der lastabhängigen Dehnungen jedoch scheint es, dass die Hydratation beim Beton mit QP-Gestein zum Untersuchungszeitpunkt nach 140 Tagen Nebelkammerlagerung noch nicht ganz abgeschlossen ist.
Ohne Berücksichtigung der Schwinddehnung des Betons mit alkaliunempfindlichem Gestein QP(SW) verliefen alle lastabhängigen Dehnungen bis auf die Referenzproben (schwarze Kurve im Bild 4.19) nahezu identisch. Da die Hydratation der Betonproben in feuchtwarmer Umgebung der Nebelkammer nahezu abgeschlossen ist, und diese Probekörper keine nennenswerten Anzeichen hinsichtlich einer
Alkali-Kieselsäure-0 28 56 84 112 140 168 196 224 252 280 308 336 364 0,0
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Quarzporphyr (QP)
Lastabhängige Dehnung(c+el) [mm/m]
Zeit [d]
0 d Nebelkammerlagerung 140 d Nebelkammerlagerung 280 d Nebelkammerlagerung 560 d Nebelkammerlagerung Freibewitterung
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Reaktion zeigten, erreichen die lastabhängigen Dehnungen nach 365 Tagen Druckbelastung einen nahezu gleichen Wert von 0,5 mm/m.
Bild 4.19: Lastabhängige Dehnung der Betone mit gebrochenem Quarzporphyr aus dem Schwarzwald (QP(SW)) nach verschiedenen Lagerungszeiten in der Nebelkammer.
Die Tabelle 4.7 gibt die Kriechzahlen φ der hergestellten Betone am Ende des Kriechversuchs wieder.
Tabelle 4.7: Kriechzahlen φ der hergestellten Betonzylinder
Gesteinskörnung Lagerungsart und Lagerungsdauer in Tagen
Feuchtraum 40°C Nebelkammer Freibewitterung
28 140 280 560 645
OR 2,5 2,7 1,9 2,0 1,1
GW 2,2 0,9 2,4 1,8 1,0
QP 2,4 1,7 0,6 1,9 0,8
QP(SW) 1,4 0,4 0,3 0,5 0,6
0 28 56 84 112 140 168 196 224 252 280 308 336 364 0,0
0,5 1,0 1,5 2,0
2,5 Quarzporphyr aus dem Schwarzwald
(QP (SW))
Lastabhängige Dehnung(c+el) [mm/m]
Zeit [d]
0 d Nebelkammerlagerung 140 d Nebelkammerlagerung 280 d Nebelkammerlagerung 560 d Nebelkammerlagerung Freibewitterung
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Die Kriechzahl gibt das Verhältnis von Kriechverformung im Zeitpunkt t für ein Belastungsalter t0 zur elastischen Verformung desselben Betons im Alter von 28 Tagen bei gleicher Belastungshöhe wieder (Gleichung 2.8). Das Zusammendrücken der Risse bei der E-Modul-Prüfung wird als elastische Dehnung erfasst. Bei der Entlastung der Prüfkörper jedoch schließen sich diese Risse nicht mehr, sondern bleiben als quasi plastische Dehnung erhalten. Beim Kriechversuch jedoch bleiben die Risse bis zur Entlastung der Betonproben zusammengedrückt. Daher beeinflusst das Zusammendrücken der Risse die Kriechzahl φ.
Je kleiner die Kriechzahl ist, desto steifer ist der Beton. Die Entwicklung der Kriechzahlen bestätigt die oben aufgeführten Ergebnisse des Druckkriechversuche bzw.
der Prüfung des Elastizitätsmoduls. Bei Betonproben mit alkaliempfindlicher Gesteinskörnung steigen die Kriechzahlen beim Erreichen des Reaktionsmaximums (z.
B. zum Untersuchungszeitpunkt nach 140 Tagen Nebelkammerlagerung beim OR-Beton, zum Untersuchungszeitpunkt nach 280 Tagen Nebelkammerlagerung beim GW-Beton und nach 560tägiger Nebelkammerlagerung beim QP-GW-Beton). Bei GW-Betonen mit alkaliunempfindlichen Gesteinen (QP(SW)) kann kein signifikanter Anstieg der Kriechzahl beobachtet werden. Die Kriechzahl bei alkaliunempfindlicher Gesteinskörnung QP(SW) liegt über die gesamte Lagerungsdauer in der Nebelkammer um 0,4.
In folgernder Tabelle werden die Kriechmoduln der hergestellten Betonproben aufgeführt (Tabelle 4.8). In Anlehnung an die Kunststofftechnik [Men 11] wird der Kriechmodul als Quotient aus Spannung geteilt durch die lastbedingte Dehnung berechnet, also Ec = σ/(εc – εs). Er gibt die Nachgiebigkeit eines auf Druck belasteten Bauteils an.
Tabelle 4.8: Kriechmoduln Ec nach 365 Tagen Belastung (MPa)
Vorlagerung Gesteinskörnung
OR GW QP QP(SW)
28 d
im Feuchtraum 10520 12518 10967 13214
140 d
in der Nebelkammer 6117 21393 14159 25056
280 d
in der Nebelkammer 11596 5956 23195 28021
560 d
in der Nebelkammer 11030 10531 9480 25154
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Der Beton mit OR als Gesteinskörnung beginnt mit 10520 MPa zum Untersuchungszeit nach 28 Tagen Referenzlagerung, fällt zum Untersuchungszeitpunkt nach 140 Tagen Nebelkammerlagerung ab auf 6117 MPa, steigt wieder an auf 11596 MPa zum Untersuchungszeitpunkt nach 280 Tagen Nebelkammerlagerung und endet mit 11030 MPa zum Untersuchungszeitpunkt nach 560 Tagen Nebelkammerlagerung. Der tiefste Wert fällt mit der größten Gesamtdehnung zusammen, der zum Untersuchungszeitpunkt nach 140 Tagen Nebelkammerlagerung gemessen wurde (Bild 4.6).
Die Betone mit Grauwacke (GW) als Gesteinskörnung und der Quarzporphyr aus dem Halleschen Porphyrkomplex (QP) als Gesteinskörnung zeigen dieselbe Charakteristik:
Bei der Grauwacke tritt der kleinste Kriechmodul mit 5956 MPa bei der größten Gesamtdehnung zum Untersuchungszeitpunkt nach 280 Tagen Nebelkammerlagerung (Bild 4.6) auf. Der Quarzporphyr aus dem Halleschen Porphyrkomplex (QP) reagiert erst zum Untersuchungszeitpunkt nach 560 Tagen Nebelkammerlagerung und der Kriechmodul fällt auf 9480 MPa ab. Dieses Gestein reagiert also am langsamsten.
Demgegenüber nimmt der Kriechmodul des Quarzporphyrs aus dem Schwarzwald (QP(SW)) kontinuierlich zu. Er unterliegt nicht der AKR und härtet in der Nebelkammer nach. Dass das Kriechmodul des Betons mit QP(SW) als Gesteinskörnung zum Untersuchungszeitpunkt nach 560 Tagen Nebelkammerlagerung etwas niedriger ist als zum Untersuchungszeitpunkt nach 280 Tagen Nebelkammerlagerung, ist durch die Streuung des Materials bedingt. Das Fazit dieser Versuchsreihe ist also, dass der Kriechmodul nicht konstant ist, sondern von der Reaktivität des Gesteins maßgeblich beeinflusst wird. Der kleinste Wert des Kriechmoduls wurde immer dann gemessen, wenn die Dehnungszunahme in der Nebelkammer maximal war (Bild 4.6).
In Bild 4.13 sind die Kriechmodulwerte graphisch aufgetragen. Die Ursprungswerte des E-Moduls aus Tabelle 4.2 sind zum Vergleich auf der Ordinate positioniert und liegen zwischen 31729 und 40302 MPa (siehe Tabelle 4.2). Auch zum Untersuchungszeitpunkt nach 28 Tagen Referenzlagerung fallen die Kriechmoduln nach 365 Tagen Belastung ab auf 10520 bis 13214 MPa, d.h. das Kriechen vermindert die Steifigkeit eines Tragwerks ansehnlich.
86 Bild 4.20: Entwicklung des Kriechmoduls.