Untersuchung des Bruchverhaltens von Leichtbetonen unter einaxialer Druckbelastung mittels hochauflösender Computertomographie (μ-CT)

Umbach, Cristin

dc.date.accessioned	2023-12-15T06:43:34Z
dc.date.available	2023-12-15T06:43:34Z
dc.date.issued	2023
dc.identifier	doi:10.17170/kobra-202311169022
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/123456789/15290
dc.description	Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2023
dc.language.iso	ger
dc.publisher	kassel university press
dc.rights	Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/	*
dc.subject	hochauflösende Computertomographie	ger
dc.subject	ultra-hochfester Leichtbeton	ger
dc.subject	Bruchverhalten	ger
dc.subject	einaxialer Druckversuch	ger
dc.subject	Risswachstum	ger
dc.subject.ddc	600
dc.title	Untersuchung des Bruchverhaltens von Leichtbetonen unter einaxialer Druckbelastung mittels hochauflösender Computertomographie (μ-CT)	ger
dc.type	Buch
dcterms.abstract	Leichtbeton ist ein nach DIN EN 206 genormter Baustoff, welcher sich durch seine geringe Rohdichte von < 2.000 kg/m³ auszeichnet. In der vorliegenden Arbeit werden Betone mit leichter Gesteinsk rnung, auch Konstruktionsleichtbetone genannt, betrachtet. In vorangegangenen Forschungsprojekten an der Universität Kassel wurde das Konzept von Leichtbeton mit dem eines ultra-hochfesten Beton (UHPC) kombiniert. Durch die sehr leistungsfähige Matrix von UHPC wurden Leichtbetone mit Festigkeiten von 60-130 N/mm² konzipiert, was über den genormten Bereich der DIN EN 206 hinausgeht. Daher wurde diese neue Materialklasse ultra-hochfester Leichtbeton (UHPLC) genannt. Das Bruchverhalten von Leichtbeton wird in bisher aufgestellten Theorien von GRÜBL (1979) über das finale Bruchbild abgeleitet. Dabei werden für unterschiedliche Matrixfestigkeiten verschiedene Lastpfade und damit die unterschiedlichen Bruchbilder erklärt. Eine weitere Theorie von FAUST (2003) geht davon aus, dass der Anteil und die Festigkeit von leichter Gesteinskörnung ausschlaggebend für die Leistungsfähigkeit sind. Das sehr spröde Materialversagen von UHPC ohne Fasern wird bei UHPLC nicht beobachtet. Stattdessen versagen die Betone unter Druckspannung in der Sanduhrform, welche auch Normalbetone ausbilden. Bei UHPC wird von einem Lastabtrag über die Matrix ausgegangen, da diese druckfester als die Gesteinskörnung ist. Die meist quarzhaltige, feine Gesteinskörnung trägt jedoch auch zum Lastabtrag bei, und in Kombination werden Festigkeiten von 150-200 N/mm² erzielt. Bei UHPLC ist der Lastabtrag über die Gesteinskörnung durch die poröse, leichte Gesteinskörnung reduziert. Dadurch sinken nicht nur die Druckfestigkeit und der E-Modul, sondern auch der Bruch kündigt sich durch eine duktile Versagensform an. Um das Bruchverhalten und das resultierende Bruchbild besser verstehen und interpretieren zu können, wurden Aufnahmen von UHPLC mit Blähglas mittels hochauflösender Computertomographie (μ-CT) angefertigt, wobei die Proben in situ druckbelastet wurden. Bei fünf unterschiedlichen Belastungszuständen wurden 3D-Aufnahmen erzeugt, ohne die Proben zwischenzeitlich zu entlasten. Die Auswertung der Daten erfolgte über verschiedene Schädigungsparameter und Verschiebungen sowie Rissöffnungen im stabilen Risswachstum (vor Erreichen der Maximallast) und über das Rissbild nach der Überschreitung der Maximallast. Mit den Ergebnissen der Messungen für den UHPLC konnte ein Bruchverhalten beobachtet und ein Lastmodell entwickelt werden, welches die leichte Gesteinskörnung in den Lastabtrag einbezieht. Zudem wurde in Korrelation mit den mechanischen Eigenschaften eine Einflussmatrix von leichter Gesteinskörnung auf Frisch- sowie Festbetoneigenschaften erstellt.	ger
dcterms.abstract	Lightweight concrete is a building material standardized according to DIN EN 206 which is characterized by its low dead load of < 2,000 kg/m³. In the present study concretes with light aggregate, also called structural lightweight concretes, are considered. In previous research projects at the University of Kassel the concept of lightweight concrete was combined with ultra-high performance concrete (UHPC). Due to the very high-performance binder matrix of UHPC lightweight concretes with strengths of 60-130 N/mm² were designed which exceed the standardized range of DIN EN 206. Therefore, this new material class was named ultra-high performance lightweight concrete (UHPLC). In previous theories the fracture behavior of lightweight concrete is derived from GRÜBL (1979) via the final fracture pattern. Different load paths and thus the different fracture patterns are explained for different matrix strengths. Another theory by FAUST (2003) assumes that the proportion and strength of lightweight aggregate are decisive for the performance. The very brittle material failure of UHPC without fibers is not observed in UHPLC. Instead, the concretes fail under compressive stress in the hourglass shape that normal concretes also form. In UHPC, load transfer is assumed to occur through the matrix, as it is more compressive than the aggregate. However, the mostly quartz-containing fine aggregate also contributes to load transfer, and in combination, strengths of 150-200 N/mm² are achieved. In UHPLC, load transfer across the aggregate is reduced due to the porous lightweight aggregate. As a result, not only does the compressive strength and the Young's modulus decrease, but fracture is announced by a ductile failure mode. To improve the understanding and interpretation of the fracture behavior and the resulting fracture pattern, images of UHPLC with expanded glass were taken in a high-resolution computed tomography scanner (μ-CT), with the specimens subjected to in situ compressive loading. 3D images were generated at five different loading conditions without unloading the samples in between. The data were evaluated using different damage parameters and displacements as well as crack openings in stable crack growth (before reaching the maximum load) and the crack pattern after exceeding the maximum load. With the results of the measurements for the UHPLC, a fracture behavior could be observed, and a load model could be developed that includes the light aggregate in the load transfer. In addition, an influence matrix of lightweight aggregate on fresh as well as hardened concrete properties was created in correlation with the mechanical properties.	eng
dcterms.accessRights	open access
dcterms.creator	Umbach, Cristin
dcterms.dateAccepted	2023-10-30
dcterms.extent	XXII, 185, A-54 Seiten
dcterms.isPartOf	Schriftenreihe Baustoffe und Massivbau = Structural Materials and Engineering Series	ger
dc.contributor.corporatename	Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen
dc.contributor.referee	Middendorf Bernahrd (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Osburg, Andrea (Prof. Dr.)
dc.publisher.place	Kassel
dc.relation.isbn	978-3-7376-1154-1
dc.subject.swd	Computertomographie	ger
dc.subject.swd	Leichtbeton	ger
dc.subject.swd	Bruchverhalten	ger
dc.subject.swd	Rissausbreitung	ger
dc.type.version	publishedVersion
dcterms.source.volume	Heft 39
kup.iskup	true
kup.price	44,00
kup.series	Schriftenreihe Baustoffe und Massivbau - Structural Materials and Engineering Series	ger
kup.subject	Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin	ger
kup.typ	Dissertation
kup.institution	FB 14 / Bauingenieur- und Umweltingenieurwesen
kup.binding	Softcover
kup.size	DIN A5
ubks.epflicht	true