„Untersuchungen zur Temperatur- und Dehnungsentwicklung in Ortbetonpfählen während der Hydratation"
Im Rahmen der Verkehrsprojekte Deutsche Einheit wird derzeit in der Nähe von Magdeburg die Doppelsparschleuse Hohenwarthe gebaut, welche neben der Schleuse Rothensee und der über die Elbe führenden Kanalbrücke ein wesentlicher Bestandteil des Wasserstraßenkreuzes Magdeburg ist.
Schleusenbauwerke belasten aufgrund ihrer Größe und Funktion den Baugrund in sehr starkem Masse, da außer dem hohen Eigengewicht auch die zyklische Belastung des Bauwerkes während der Schleusungsvorgänge in den Lastannahmen berücksichtigt werden muss. Um Erkenntnisse über die Art und Größe der Einwirkungen auf den Baugrund zu erlangen, wurde von der Bundesanstalt für Wasserbau ein umfangreiches Messkonzept erarbeitet und baubegleitend umgesetzt.
Neben der Messung von Poren- und Sohlwasserdrücken, Sohlspannungen und Setzungen wurden einige Gründungspfähle mit Pfahlspitzendruckdosen und mehreren Messgebern ausgestattet, die nach dem Prinzip der schwingenden Saite arbeiten und die Pfahldehnungen erfassen.
Im Rahmen der Studienarbeit erhält Herr Burghardt die Aufgabe, die Temperatur- und Dehnungsentwicklung von Ortbetonpfählen während der Hydratation zu untersuchen. Zu diesem Zweck soll zunächst auf der Basis einer Literaturrecherche der derzeitige Stand der Technik auf diesem Gebiet erarbeitet werden. Im Vordergrund sollen dabei Untersuchungen zur Festigkeitsentwicklung, zur Entwicklung des E-Moduls und der Hydratation stehen. Die gewonnenen Kenntnisse sind anschließend auf die Auswertung der Ergebnisse eines in-situ-Versuches anzuwenden.
Die erforderlichen Daten (Temperaturentwicklung, Ergebnisse der Schwingsaitenmessgeber sowie Druckfestigkeit und E-Modul des verwendeten Pfahlbetons nach 7, 28 und 56 Tagen) werden Herrn Burghardt durch das Institut zur Verfügung gestellt.
Weiterhin soll untersucht werden, inwieweit Kriechdehnungen bei der Auswertung von Langzeitdehnungsmessungen in Ortbetonpfählen berücksichtigt werden müssen, um die Pfahlnormalkräfte ausreichend genau bestimmen zu können. Zu diesem Punkt werden qualitative Aussagen über die Bestimmung der Kriechzahl in Abhängigkeit vom Belastungsalter erwartet.
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Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- AUFGABENSTELLUNG
- INHALTSVERZEICHNIS
- BEZEICHNUNGEN
- EINLEITUNG
- 1.1 Problemstellung
- 1.2 Aktueller Stand der Forschung
- 1.2.1 Überblick
- 1.2.2 Experimentelle Methoden und numerische Verfahren
- 1.2.3 Materialverhalten
- 1.2.4 Bemessungsmodelle für Temperaturzwang
- HYDRATATIONSKINETIK
- 2.1 Einleitung
- 2.2 Ausgangsstoffe und Hydratationsprodukte
- 2.3 Chemische Vorgänge während der Hydratation
- 2.3.1 Ausgangsstoff Zementklinker
- 2.3.2 Hydratationsphasen und Hydratationschemie
- 2.3.3 Strukturänderung
- 2.3.4 Einfluss von Zusatzmitteln auf die Hydratationskinetik
- 2.4 Hydratationswärme
- 2.4.1 Allgemeines
- 2.4.2 Bestimmung der Hydratationswärme
- 2.4.3 Größe der Hydratationswärme von Zement
- 2.4.4 Hydratationsgrad
- 2.5 Ansätze für den Hydratationsfortschritt
- 2.5.1 Empirische Ansätze
- 2.5.2 Wirksames Betonalter
- 2.6 Vergleich und Wertung der Ansätze für den zeitlichen Verlauf der Hydratation
- 2.6.1 Allgemeines
- 2.6.2 Vergleich der Reifefunktion
- 2.6.3 Vergleich der Ansatzfunktionen für den Hydratationsfortschritt
- THERMODYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN HYDRATISIERENDEN BETONS
- 3.1 Allgemeines
- 3.2 Thermische Werkstoffeigenschaften
- 3.2.1 Wärmeleitzahl
- 3.2.2 Spezifische Wärmekapazität
- 3.3 Hydratationsabhängigkeit der elastischen Werkstoffeigenschaften
- 3.3.1 Spannungs-Dehnungs-Beziehung
- 3.3.2 Temperatur-Spannungs-Verlauf
- 3.3.3 Temperaturdehnzahl
- 3.3.4 Elastizitätsmodul und Querdehnzahl
- 3.3.5 Festigkeitsentwicklung
- 3.3.6 Lastunabhängige Dehnungen: Quellen und Schwinden
- 3.3.7 Schwinden nach EC2
- 3.4 Hydratationsabhängigkeit der bruchmechanischen Werkstoffeigenschaften
- 3.4.1 Einaxiale Druckfestigkeit
- 3.4.2 Einaxiale Zugfestigkeit
- MESSTECHNISCHE PRÜFVERFAHREN
- 4.1 Allgemeines
- 4.2 Prüfverfahren und Versuchseinrichtungen
- 4.2.1 Isothermes Prüfverfahren
- 4.2.2 Adiabatisches Prüfverfahren
- 4.2.3 Teiladiabatisches Prüfverfahren
- 4.2.3.1 Messprinzip und Prüfgerät
- 4.2.3.4 Ermittlung der Temperatur des frischen und des erhärtenden Betons
- KRIECHEN TEMPERATUR- UND ZWANGBEANSPRUCHTER BAUTEILE
- 5.1 Allgemeines
- 5.2 Kriechkomponenten
- 5.2.1 Kriechanteile
- 5.2.1 Zeitabhängige Verformung bei konstanter Spannung
- 5.3 Einflussfaktoren auf die Größe und den Verlauf der Kriechverformung
- 5.3.1 Einfluss von Zementart, -menge und Mahlfeinheit
- 5.3.2 Einfluss des W/Z-Wertes
- 5.3.3 Einfluss der Zuschlagsart
- 5.3.4 Einfluss des Belastungsalters
- 5.3.5 Einfluss des Belastungsalters und der Belastungsdauer auf das Kriechen bei normalen und erhöhten Temperaturen
- 5.3.6 Einfluss des Belastungsgrades
- 5.3.7 Einfluss der Belastungsdauer
- 5.3.8 Einfluss unterschiedlicher Feuchtebedingungen
- 5.4 Funktionen zur Beschreibung des zeitlichen Kriechverlaufes
- 5.4.1 Kriechzahl
- 5.4.2 Kriechfunktionen
- 5.4.3 Kriechfunktion nach EC2
- 5.5 Kriechmodelle in Abhängigkeit vom Hydratationsgrad
- 5.5.1 Allgemeines
- 5.5.2 Ansatz nach Laube
- 5.5.3 Ansatz von Gutsch
- 5.5.4 Vergleich der Modelle von Laube und Gutsch
- 5.5.5 Kriecheinflussberechnung (FEM) durch Einwirkung einer Hydratationswärmequelle
- MESSKONZEPT UND AUSSAGEN ZUM STANDORT
- 6.1 Allgemeines
- 6.2 Art der Messungen - Messgeber
- AUSWERTUNG DER MESSERGEBNISSE UND MODELLDARSTELLUNG
- 7.1 Autogenes Schwinden
- 7.2 Verformungen des sehr jungen Betons
- 7.3 Modelldefinition und Kalibrierung an bestehende Messergebnisse
- 7.4 Auswirkungen der Temperatur auf den Dehnungsverlauf
- 7.5 2. Modell - Japanisches Institut für Technologie
- 7.6 Weitere Beispiele verschiedener Schwindmessungen
- ZUSAMMENFASSUNG
- Literaturverzeichnis
- Bildverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Die Studienarbeit befasst sich mit der Untersuchung der Temperatur- und Dehnungsentwicklung von Ortbetonpfählen während der Hydratation. Ziel ist es, den aktuellen Stand der Technik in Bezug auf die Festigkeitsentwicklung, die Entwicklung des E-Moduls und die Hydratation von Beton zu erarbeiten und auf die Auswertung von Messergebnissen eines in-situ-Versuches anzuwenden.
- Hydratationskinetik von Beton
- Thermische und mechanische Eigenschaften hydratisierenden Betons
- Messtechnische Verfahren zur Bestimmung der Temperatur- und Dehnungsentwicklung
- Kriechen von Beton unter Temperatur- und Zwangbeanspruchung
- Auswertung von Messdaten und Modellierung der Dehnungsentwicklung
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Problemstellung und den aktuellen Stand der Forschung zur Temperatur- und Dehnungsentwicklung von Ortbetonpfählen während der Hydratation darstellt. Anschließend wird die Hydratationskinetik von Beton, einschließlich der chemischen Vorgänge, der Hydratationswärme und der Ansätze zur Beschreibung des Hydratationsfortschritts, im Detail behandelt.
Das dritte Kapitel befasst sich mit den thermodynamischen Eigenschaften von hydratisierendem Beton, einschließlich der Wärmeleitzahl, der spezifischen Wärmekapazität und der Hydratationsabhängigkeit der elastischen Werkstoffeigenschaften.
Kapitel 4 beschreibt die verschiedenen messtechnischen Prüfverfahren, die zur Bestimmung der Temperatur- und Dehnungsentwicklung von Beton eingesetzt werden.
Das fünfte Kapitel behandelt das Kriechen von Beton unter Temperatur- und Zwangbeanspruchung, einschließlich der Einflussfaktoren auf die Größe und den Verlauf der Kriechverformung sowie der verschiedenen Kriechmodelle.
Das sechste Kapitel stellt das Messkonzept und die Aussagen zum Standort der Untersuchungen vor.
Das siebte Kapitel beschäftigt sich mit der Auswertung der Messergebnisse und der Modelldarstellung der Dehnungsentwicklung.
Schlüsselwörter (Keywords)
Ortbetonpfähle, Hydratation, Temperatur, Dehnung, Festigkeitsentwicklung, E-Modul, Kriechverhalten, Messtechnische Verfahren, Modelldarstellung.
- Arbeit zitieren
- Stefan Burghardt (Autor:in), 2002, Temperatur- und Dehnungsentwicklung bei der Hydratation von Ortbetonpfählen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/5960
