21.-29.11.2012 Preis: 2595 - BFT International

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Creep and shrinkage of lightweight aggregate concrete
New findings and calculation models
Kriechen und Schwinden von Leichtbeton
Neue Erkenntnisse und Berechnungsmodelle
Initial situation
An exact knowledge of the extent and the temporal
development of creep and shrinkage of concrete is of
central significance in the design and construction of
structural members. This applies in particular to prestressed-concrete
members, which are susceptible to
deformation.
In the current standard DIN 1045-1:2008-08, an
estimation of the time-dependent deformation behavior
of lightweight aggregate concrete, proceeding from
normal-strength concrete, is possible through the application
of multiplicative factors that permit only a
prediction of the final deformation value. These factors,
in the absence of more precise knowledge and a lack of
new theoretical and experimental investigations, were
taken from DIN 4219-1:1979-12. The particulars provided
are, however, disputable and are not confirmed
by experiments, especially not for high-strength lightweight
aggregate concrete.
Against this background, the creep and shrinkage
behavior of normal- and high-strength structural
concrete made with expanded-clay aggregate of class
LC20/22 D1.4, LC45/50 D1.6 and LC70/77 D2.0 was
experimentally investigated at the Institute of Concrete
Structures and Building Materials at the Karlsruhe Institute
of Technology. The objective of the analytical
investigations that followed was to develop a suitable
engineering model for predicting the typical deformations
due to creep and shrinkage for normal-weight
concretes [1], [2].
Essential results
To master the comprehensive test program, an innovative
measuring process for determining the axial deformations
was developed and successfully applied [2].
The measurement results on the shrinkage behavior
of sealed and non-sealed test specimens showed significant
differences between the shrinkage deformation
of lightweight aggregate concrete and normal-weight
concrete. In the concretes made with porous expanded
clay aggregate, which form a kind of reservoir in the
hardened concrete where the water is released into the
cement paste matrix only slowly, marked deformations
due to swelling occur at a young age (Fig. 1).
The creep behavior of normal- and lightweight aggregate
concrete is comparable. However, special consideration
must be given to situations where a moisture
reservoir in the lightweight aggregate can decisively
influence creep, similar as shrinkage. The analysis of
Ausgangssituation
Die genaue Kenntnis der Größe und des zeitlichen Verlaufs
des Schwindens und Kriechens von Beton ist bei der
Bemessung und Ausführung von verformungsempfindlichen
Konstruktionsbauteilen und insbesondere von
Spannbetonbauteilen von zentraler Bedeutung.
In der aktuellen Norm DIN 1045-1:2008-08 wird die
Abschätzung des zeitabhängigen Verformungsverhaltens
von Leichtbeton, ausgehend von Normalbeton, durch die
Anwendung multiplikativer Faktoren ermöglicht, die lediglich
eine Vorhersage der Verformungsendwerte erlauben.
Diese Faktoren wurden in Ermangelung genauerer
Kenntnisse und aufgrund fehlender neuer theoretischer
und experimenteller Untersuchungen der DIN 4219-
1:1979-12 entnommen. Die dort gemachten Angaben
sind jedoch strittig und entbehren insbesondere für hochfeste
Leichtbetone einer experimentellen Absicherung.
Vor diesem Hintergrund wurde am Institut für Massivbau
und Baustofftechnologie des Karlsruher Instituts für
Technologie (KIT) das Schwind- und Kriechverhalten von
normal- und hochfestem Konstruktionsleichtbeton mit
Blähtongesteinskörnungen der Güte LC20/22 D1,4,
LC45/50 D1,6 und LC70/77 D2,0 experimentell untersucht.
Ziel darauf aufbauender analytischer Untersuchungen
war es, ein geeignetes Ingenieurmodell zur Vorhersage
der Kriech- und Schwindverformungen, wie es für
die normalschweren Betone existiert [1], zu entwickeln [2].
Wesentliche Ergebnisse
Zur Bewältigung des umfangreichen Versuchsprogramms
wurde ein neuartiges Messverfahren zur Ermittlung der
axialen Verformungen entwickelt und erfolgreich eingesetzt
[2].
Die Messergebnisse zum Schwindverhalten an versiegelten
und unversiegelten Probekörpern zeigten signifikante
Unterschiede zwischen den Schwindverformungen
von Leichtbeton und normalschwerem Beton. Bei der Verwendung
poröser Blähtongesteinskörnungen, die im erhärteten
Beton eine Art Wasserreservoir bilden und dieses
Wasser nur langsam an die Zementsteinmatrix abgeben,
treten bei derartigen Leichtbetonen im jungen Alter ausgeprägte
Quellverformungen auf (Abb. 1).
Dementgegen ist das Kriechverhalten von Normal- und
Leichtbeton vergleichbar. Eine besondere Beachtung erfordert
jedoch der Umstand, dass ein Feuchtereservoir in den
leichten Gesteinskörnungen das Kriechen, ähnlich wie das
Schwinden, maßgebend beeinflussen kann. Des Weiteren
hat die Analyse der Versuchsergebnisse gezeigt, dass sich
der zeitliche Kriechverlauf der im Alter von 2, 28 bzw. 180
AUTHOR
Prof. Dr.-Ing.
Harald S. Müller
Karlsruher Institut für
Technologie (KIT)
hsm@mpa.kit.edu
Geb. 1951; bis 1995
Direktor an der Bundesanstalt
für Materialforschung
und -prüfung
(BAM), Berlin; seit 1995
Leiter des Instituts für
Massivbau und Baustofftechnologie
und
Direktor der Amtlichen
Materialprüfungs- und
Forschungsanstalt
(MPA Karlsruhe) am
Karlsruher Institut für
Technologie (ehemals
Universität Karlsruhe);
ö.b.u.v. Sachverständiger
für Beton- und
Mauerwerksbau, Bauschäden
und Bauphysik;
Partner der SMP Ingenieure
im Bauwesen
GmbH, Karlsruhe und
Dresden
BFT INTERNATIONAL 02·2012 125