Röhling / Meichsner Rissbildungen im Stahlbetonbau

Ursachen - Auswirkungen - Maßnahmen
1. Auflage 2018
ISBN: 978-3-8167-9646-6
Verlag: Fraunhofer IRB Verlag
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 513 Seiten

Risse gehören zu den unvermeidbaren Erscheinungen im Stahlbetonbau. Ihre wesentlichste Kenngröße, die Rissbreite, ist seit einigen Jahren mit einem genormten Berechnungsverfahren Bestandteil der europäischen Stahlbetonnormen.Das Buch befasst sich mit Fragen der Zuverlässigkeit von Rissbreitenberechnungen und -messungen, den Ursachen von Rissen, Zwangspannungen und frühen Verformungen, der Begrenzung der Rissbreiten durch Bewehrung, dem Einfluss von Rissen auf die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonkonstruktionen und der Rissproblematik bei wasserundurchlässigen Betonbauwerken. Es berücksichtigt den aktuellen Normenstand und vermittelt Hintergrundwissen zum Verständnis der Vorgänge bei der Rissentstehung. Gleichzeitig sollen aber auch die Grenzen aufgezeigt werden, die einer Vermeidung der Rissbildung und einer Rissbreitenbegrenzung durch die Bewehrung gezogen sind.(902 Zeichen)1. Februar 2018

Autoren/Hrsg.

Röhling, Stefan

Meichsner, Heinz

Inhaltsverzeichnis

1;Impressum;5
2;Vorwort;6
3;Inhaltsverzeichnis;10
4;1Rissbildungen als Bestandteil der Stahlbetonbauweise – Zum Anliegen des Buches –;18
5;2 Frühe ­Verformungen und?Rissbildungen im?plastischen Beton;24
5.1;2.1Sedimentation und Bluten des Frischbetons, Entstehen von Setzungsrissen;24
5.2;2.2Plastisches Schwinden und die Entstehung von?Frühschwindrissen;26
5.3;2.3Freigesetzte Blutwassermenge;27
5.4;2.4Beginn und Dauer der frühen Rissbildungsperiode;28
5.5;2.5Charakteristische Frühschwindrissbildungen;29
5.6;2.6Betontechnologische Planung und BauausführungBeispiel: Herstellung eines ausgedehnten Parkdecks;30
5.6.1;2.6.1Bauaufgabe und Bauablauf;31
5.6.2;2.6.2Abschätzung einer risskritischen Situation;31
5.6.3;2.6.3Konzept der Nachbehandlung;33
5.6.4;2.6.4Messtechnische Verfolgung der Kapillardruckentwicklung;34
5.7;2.7Auswirkungen der Frühschwindrissbildung;36
6;3Verformungen und Zwangspannungen in Beton- und Stahlbetonbauteilen;38
7;4Lastunabhängige ­Verformungen der Beton- und Stahlbetonbauteile;48
7.1;4.1Auswirkungen der Temperatur im?­Bauteil;48
7.1.1;4.1.1Wärmefreisetzung durch Hydratation des Zements;49
7.1.2;4.1.2Temperaturentwicklung im erhärtenden Bauteil;53
7.1.3;4.1.3Zwangspannungswirksame Temperaturdifferenz im Bauteil;56
7.1.4;4.1.4Temperaturdifferenzen im erhärtenden Bauteilquerschnitt;59
7.1.5;4.1.5Witterungsbedingte Temperatureinwirkungen;61
7.1.6;4.1.6Temperaturbedingte Verformungen;66
7.1.7;4.1.7Überlagerung früher und späterer temperaturbedingter Dehnungen;68
7.1.8;4.1.8Überlagerung von temperaturbedingten und Schwinddehnungen;68
7.2;4.2 Einfluss der Temperatur auf die zeitliche Entwicklung der Eigenschaften;69
7.2.1;4.2.1Grundlagen der Methode des äquivalenten Alters;69
7.2.2;4.2.2Ermittlung der äquivalenten Erhärtungszeit;70
7.2.3;4.2.3Bestimmung des Geschwindigkeitsfaktors k(T);72
7.2.4;4.2.4Anwendungsbereich des Reifekonzepts;73
7.3;4.3Verformungen infolge von Schwinden des Betons;74
7.3.1;4.3.1Chemisches Schwinden;75
7.3.2;4.3.2Autogene Schwinddehnung;76
7.3.3;4.3.3Trocknungsschwinden;80
7.3.4;4.3.4Überlagerung und Auswirkungen der Schwindvorgänge;83
7.3.5;4.3.5Einfluss schwindreduzierender Zusatzmittel;84
8;5Verformungs- und ­Festig­keits­verhalten des?­Betons;86
8.1;5.1Festigkeitseigenschaften des Betons;87
8.2;5.2Zugfestigkeit des Betons;89
8.2.1;5.2.1Kenngrößen der Zugfestigkeit;90
8.2.2;5.2.2Beziehung zwischen Zugfestigkeit und Normdruckfestigkeit;91
8.2.3;5.2.3Zugfestigkeit im Bauteil;93
8.2.4;5.2.4Zeitabhängige Entwicklung der Zugfestigkeit;94
8.2.5;5.2.5Wirkung der Temperatur auf die Zugfestigkeit;97
8.2.6;5.2.6Wirksame Zugfestigkeit und Mindestbewehrung;98
8.2.7;5.2.7Festigkeitseigenschaften in Abhängigkeit vom Hydratationsgrad;99
8.3;5.3Einschätzung des Zustands der Festigkeitsbildung im erhärtenden Bauteil;101
8.4;5.4 Spannungs-Dehnungs-Beziehungen und Elastizitätsmodul;104
8.4.1;5.4.1 Spannungs-Dehnungs-Beziehungen;104
8.4.2;5.4.2Elastizitätsmodul;106
8.5;5.5Zugbruchdehnung des Betons;109
8.6;5.6Querdehnung;112
8.7;5.7Relaxation als zwangabbauender Vorgang;112
8.7.1;5.7.1Relaxationskoeffizienten aus Kriechbeiwerten;113
8.7.2;5.7.2Relaxationsverhalten des erhärtenden Betons;114
8.7.3;5.7.3Einfluss der Relaxation auf die Zwangspannungen im jungen Beton;117
8.7.4;5.7.4Relaxation bei veränderlicher Spannung während der Erhärtung;118
8.7.5;5.7.5Relaxation des erhärteten Betons;120
9;6Verformungsbehinderung und ­Rissbildung in Bauteilen;122
9.1;6.1Arten der Verformungsbehinderung;124
9.2;6.2Definition des Behinderungsgrads;125
9.2.1;6.2.1Dehnbehinderung;125
9.2.2;6.2.2Krümmungsbehinderung;127
9.3;6.3Bauteiltypische Verformungsbehinderungen und?­Risiko von Rissbildungen;128
9.4;6.4Behinderungen und Zwangspannungen in?­Deckenkonstruktionen;129
9.5;6.5Wandkonstruktionen;132
9.5.1;6.5.1Äußere und innere Behinderung der Wandscheibe;134
9.5.2;6.5.2Zwangkräfte und Rissbild;138
9.5.3;6.5.3Bereich maximaler Rissbreite und Anordnung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung über die Wandhöhe;140
9.5.4;6.5.4Berücksichtigung des äußeren Bauteilzwangs in den Regelwerken;142
9.5.5;6.5.5Biegebeanspruchung von Wänden;144
9.5.6;6.5.6Behälterbauwerke;144
9.6;6.6Boden- und Sohlplatten;148
9.6.1;6.6.1Einflüsse auf die Zwangbeanspruchung;149
9.6.2;6.6.2Horizontale Zwangkräfte in den Bodenplatten bei Reibungsbehinderung;151
9.6.3;6.6.3Bodenplatten bei elastischer Festhaltung durch den Untergrund;154
9.6.4;6.6.4Zwangbeanspruchungen an Arbeitsfugen;156
9.6.5;6.6.5Biegebehinderte Sohlplatten;157
9.6.6;6.6.6Zeitlicher Verlauf der Schnittgrößen in den Bodenplatten;158
9.6.7;6.6.7Rissbildungen in den Bodenplatten;159
9.6.8;6.6.8Zwangspannungen bei Aufbetonen;160
9.7;6.7Wände und Decken mit Öffnungen und Einsprüngen;161
9.8;6.8Verbindung von Bauteilen aus Alt- und Neubeton an?Arbeitsfugen;163
9.9;6.9Zwangspannungen aus innerer Behinderung im?Bauteil (Eigenspannungen);164
9.10;6.10Spannungsituation im Bauteil infolge ­innerer?­Behinderung der Schwinddehnung;171
9.11;6.11Rissbreitenveränderungen ­infolge?­Temperatur?und?Schwinden;173
10;7Zwangspannungen und ­Rissbildungen bei ­Bauwerken mit erhöhten Anforderungen;180
10.1;7.1Wasserundurchlässige Konstruktionen;181
10.1.1;7.1.1Beanspruchungs- und Nutzungsklassen;182
10.1.2;7.1.2Entwurfsgrundsatz a) Vermeidung von Trennrissen;184
10.1.3;7.1.3Entwurfsgrundsatz b) Regelkonforme Begrenzung der Trennrissbreiten;185
10.1.4;7.1.4 Entwurfsgrundsatz c) Zulässigkeit der Trennrisse und nachträgliche Dichtmaßnahmen;186
10.1.5;7.1.5Technische Nutzung der Selbstheilung bei Entwurfsgrundsatz b);187
10.1.6;7.1.6 Nachweise und Maßnahmen zur Gewährleistung der?Wasserundurchlässigkeit;188
10.2;7.2Flüssigkeitsdichte Bauwerke;189
10.2.1;7.2.1Grundlagen der Planung und Bemessung;190
10.2.2;7.2.2Vereinfachter Nachweis der Dichtheit;190
10.2.3;7.2.3Genauere Nachweise der Dichtigkeit;191
10.2.4;7.2.4Dichtheit befahrener und korrosionsgefährdeter Bauwerksteile;197
10.3;7.3Massenbetonbauwerke und massige Bauteile;198
10.4;7.4Fugenlose und fugenreduzierte Baukonstruktionen;203
10.5;7.5Verbundkonstruktionen: Elementdecken und -wände;205
10.6;7.6Beispiele für Rissbildungen infolge besonderer Zwangsituationen;208
10.6.1;7.6.1Zwischendecke in einer Tiefgarage mit dreieckförmigem Grundriss;208
10.6.2;7.6.2Parkdeck mit Elementdecken und mit großen Bauteilabmessungen;211
10.6.3;7.6.3 Gärfuttersilo in der Landwirtschaft – später Zwang infolge von ­Prozesswärme;213
10.6.4;7.6.4 Horizontale Biegerisse in einem kreiszylindrischen Behälter mit?heißem?­Füllgut;215
10.6.5;7.6.5Vertikale Trennrisse in der Wandkrone eines offenen, kreiszylindrischen ­Wasserbehälters;216
10.6.6;7.6.6 Deckenrisse unterhalb von rohrförmigen Querschnittsschwächungen für?die?Belüftung;217
10.6.7;7.6.7Biegerisse in den Stegen von TT-Platten, die als Wand und Stütze benutzt werden;219
10.6.8;7.6.8Trennrisse in den Kappen einer Straßenbrücke als Wasserspeicher und?­Verursacher von Undichtigkeiten;221
11;8Maßnahmen zur ­Verminderung von ­Zwangspannungen;224
11.1;8.1Steuerung der Temperaturverhältnisse im Bauteil;225
11.2;8.2Optimierung der Betonzusammensetzung;230
11.3;8.3Konstruktive und betontechnologische Maßnahmen zur Verminderung der Behinderung der erhärtenden Betonbauteile;232
12;9Ermittlung von Zwang­spannungen und ­Beurteilung der Rissgefahr;236
12.1;9.1Experimentelle Bestimmung der Zwangverformungen und Zwang­spannungen;236
12.1.1;9.1.1Messung der Zwangspannungen im Labor;237
12.1.1.1;9.1.1.1Prüfeinrichtungen;237
12.1.1.2;9.1.1.2Ergebnisse der Untersuchungen an?Prüfkörpern im Labor;238
12.1.2;9.1.2 Messung der Verformungen und Zwangspannungen während?der?­Baudurchführung;241
12.2;9.2Berechnung der Zwangspannungen in?­Betonbauteilen;244
12.3;9.3Besonderheiten bei der Ermittlung der?­Schwindspannungen;252
12.4;9.4Abschätzung einer risskritischen Situation, ­Risskriterien und Risssicherheit;255
12.4.1;9.4.1Deterministische Nachweisführung;255
12.4.1.1;9.4.1.1Spannungs- und dehnungs­bezogene Risskriterien;256
12.4.1.2;9.4.1.2Kritische Temperaturdifferenzen;257
12.4.2;9.4.2Probabilistisches Nachweiskonzept;261
12.4.3;9.4.3Monte-Carlo-Simulation;267
13;10Begrenzung der Rissbreiten durch Bewehrung;268
13.1;10.1Normative rechnerische Rissbreiten;269
13.2;10.2Vorgänge bei der Rissbildung im Stahlbetonbauteil;271
13.3;10.3Konzept der Rissbreitenbegrenzung;276
13.4;10.4 Maßgebende Faktoren der Nachweise zur?Rissbreitenbegrenzung;279
13.4.1;10.4.1Zulässige Stahlspannungen;280
13.4.2;10.4.2Betonzugfestigkeit nach normgemäßer Erhärtung;280
13.4.3;10.4.3Wirksame Zugfestigkeit zum Risszeitpunkt (fct,eff);281
13.4.4;10.4.4Eigenspannungen und Vorschädigung der Betonzugzone (Faktor k);284
13.4.5;10.4.5Wirkungsbereich der Bewehrung (Ac,eff);286
13.4.6;10.4.6Wirkung der Dauer der Zwangbeanspruchung (Faktor kt);288
13.4.7;10.4.7Einfluss der Spannungsverteilung im Bauteilquerchnitt vor der Rissbildung (Faktor kc);289
13.4.8;10.4.8Überlagerung von Last- und Zwangbeanspruchung;290
13.4.9;10.4.9Zwangbeanspruchung rechtwinklig zur Haupttragrichtung;290
13.5;10.5Verbund zwischen Bewehrungsstahl und Beton;291
13.5.1;10.5.1Verbundcharakteristik;291
13.5.2;10.5.2Einflussfaktoren auf die Verbundfestigkeit;294
13.5.3;10.5.3Experimentelle Bestimmung der Verbundspannungen;297
13.5.4;10.5.4Kennwerte der Verbundfestigkeit;300
13.6;10.6Mindestbewehrung für die Begrenzung der ­Rissbreite ohne direkte Berechnung;301
13.6.1;10.6.1Mindestbewehrung für die Begrenzung der Rissbreite(DIN?EN?1992-1-1, Abschnitt?7.3.2);301
13.6.2;10.6.2Begrenzung der Rissbreite ohne direkte Berechnung(vereinfachter Nachweis nach DIN EN?1992-1-1, Abschnitt?7.3.3);303
13.6.3;10.6.3Ermittlung rissbreitenbegrenzender Bewehrung;306
13.7;10.7Nachweis der Einhaltung der rechnerischen ­Rissbreite;308
13.7.1;10.7.1Maßgebender Risszustand;308
13.7.2;10.7.2Rissbildung, Verbund und rechnerische Rissbreite;310
13.7.3;10.7.3Ermittlung der rechnerischen Rissbreite nach DIN EN?1992-1-1 und?DIN?EN?1992-1-1/NA;312
13.7.4;10.7.4Nationale Interpretation: DIN EN?1992-1-1/NA;319
13.7.5;10.7.5Zusammenstellung der Berechnungsgleichungen nach DIN EN?1992-1-1 und?DIN EN?1992-1-1/NA;321
13.7.6;10.7.6Weitere Vorschläge zur Ermittlung des Rissabstands und der Rissbreite;322
13.7.7;10.7.7Ermittlung der Bewehrung und der Rissbreite für Wandbauteile, Anwendung von DIN EN?1992-3 und DIN EN?1992-3/NA;325
13.7.8;10.7.8Rissbreitenbegrenzende Bewehrung bei Eigenspannungen;331
13.7.9;10.7.9Rissbreitenbegrenzung bei Elementwänden und -decken;333
13.7.10;10.7.10Rissbreiten bei Überlagerung von frühem und spätem Zwang;334
13.7.11;10.7.11Kombination von Stabstahl- und Stahlfaserbewehrung;336
13.8;10.8Bewehrung bei Nichterreichen der Rissschnittgröße;339
13.9;10.9Mindestbewehrung auf der Basis der?­Verformungskompatibilität;340
13.10;10.10Zuverlässigkeit der Berechnung der Rissbreiten;344
13.11;10.11Weitere Ursachen größerer Rissbreiten am Bauwerk;348
14;11Entstehung und Eigen­schaften der Risse in ­Stahlbetonbauteilen;350
14.1;11.1Rissbildungsprozess im Zementstein;350
14.2;11.2Vorgänge beim Zugbruch im unbewehrten Beton;352
14.3;11.3Vorgänge beim Zugbruch im bewehrten Beton;358
14.4;11.4Rissbreite, Rissuferverschiebung und Rechenwert der Rissbreite;363
14.5;11.5Differenz zwischen Rissuferverschiebung und?­Rissbreiten-Messergebnissen;366
14.6;11.6Auswirkungen einer Vermischung der Begriffe ­Rissbreite und Rissuferverschiebung;370
15;12Rissbreitenmessung bei ­Stahlbetonbauteilen;376
15.1;12.1Die Mehrdeutigkeit der?­Rissbreitenmessung;376
15.2;12.2Der Rechenwert der Rissbreite und die Messwerte;378
15.3;12.3Normvorgaben für zulässige Rissbreiten;380
15.3.1;12.3.1Zulässige Rissbreiten für die Minderung der Korrosionsgefährdung der?­Bewehrung;381
15.3.2;12.3.2Zulässige Rissbreiten für eine große Selbstdichtungs-?/?Selbstheilungswahrscheinlichkeit nach der WU-Richtlinie;382
15.3.3;12.3.3Zulässige Rissbreiten für die Prüfung rissüberbrückender Beschichtungen;383
15.4;12.4Gebräuchliche Messtechnikfür ­Kurzzeit-Rissbreitenmessungen;385
15.4.1;12.4.1Die gebräuchlichsten optischen Messtechniken;386
15.4.2;12.4.2Gebräuchliche Wegmesstechnik;388
15.4.3;12.4.3Spezialmesstechnik;389
15.5;12.5Gebräuchliche Messtechnik für Langzeitmessungen;389
15.6;12.6Die Bewertung von gemessenen Rissbreiten;394
15.7;12.7Praktische Tipps zur Rissbreitenmessung;395
15.7.1;12.7.1Beispiel einer Auswertung von Rissbreitenmessungen;399
15.7.2;12.7.2 Rissbreitenmessung und -auswertung nach DBV-Merkblatt ­»Rissbildung«,?­Anhang A1;401
15.8;12.8Die Anfertigung eines Rissbildes;403
15.9;12.9Eine vertragliche Vereinbarung von ­Rissbreitengrenzwerten im Bauleistungsvertrag hat?keine sachliche Grundlage;405
15.10;12.10Praxistest: Ein realer Vergleich von Mess- und ­Rechenwerten der Rissbreite;406
16;13 Der Einfluss von Rissen in den?Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (GZG) von Stahlbetonbauteilen;408
16.1;13.1Allgemeines;408
16.2;13.2Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerkenund die Bedeutung von Rissen;409
16.3;13.3 Für die Bewehrung schädliche Einwirkungen (Expositionsklassen);411
16.4;13.4Die Depassivierung der Bewehrungsstäbe;412
16.4.1;13.4.1Depassivierung des Bewehrungsstahls durch Karbonatisierung des Betons (ohne Chlorideinwirkung);413
16.4.2;13.4.2Die Depassivierung der Bewehrung durch die Wirkung von Chloridionen an?der Stahloberfläche;415
16.4.3;13.4.3Auslaugung der alkalischen Bestandteile des Zementsteins bei?­wasserführenden Rissen;418
16.5;13.5Der Korrosionsprozess der Bewehrung im Beton;419
16.5.1;13.5.1Allgemeines;419
16.5.2;13.5.2Karbonatisierungsinduzierte Bewehrungskorrosion im ungerissenen Beton;423
16.5.3;13.5.3Karbonatisierungsinduzierte Bewehrungskorrosion im Riss;425
16.5.4;13.5.4Besonderheiten der chloridinduzierten Korrosion;429
16.6;13.6Zur Beeinträchtigung des Erscheinungsbildes durch?Risse;429
17;14 Risse und die Selbst­dichtung?/?Selbstheilung in wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton;432
17.1;14.1Allgemeines;432
17.2;14.2 Wie sich die Selbstdichtung vollzieht und wie die Abdichtung aussieht;435
17.3;14.3Einflüsse und Bedingungenfür die Selbstheilung?/?Selbstdichtung;438
17.3.1;14.3.1Druckdifferenz zwischen Wasser- und Luftseite;438
17.3.2;14.3.2Rauigkeit der Rissflächen;440
17.3.3;14.3.3Geeignete Partikel für die Rissabdichtung;443
17.3.4;14.3.4Geringe Rissbreite und große Rissrauigkeit;447
17.3.5;14.3.5Der Einfluss der Wanddicke auf die Selbstdichtungswahrscheinlichkeit;448
17.3.6;14.3.6Der Einfluss der Risslänge auf die Selbstdichtungswahrscheinlichkeit;450
17.3.7;14.3.7Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung des Wassers;454
17.3.8;14.3.8Der Einfluss wiederholter Austrocknung und anschließender erneuter ­Wasserbeaufschlagung;455
17.3.9;14.3.9Der Einfluss sich bewegender Rissufer;455
17.4;14.4Transformation der Versuchsergebnisse von ­Durchflussversuchen in ein Selbstheilungskriterium für die WU-Richtlinie;456
17.4.1;14.4.1Übertragung der gezielt eingestellten Rissbreiten aus dem Versuch auf den Rechenwert der Rissbreite;456
17.4.2;14.4.2Interpretation der Messergebnisse in den Selbstdichtungsversuchen;458
17.4.3;14.4.3Empfehlungen für ein Selbstheilungskriterium;462
17.5;14.5Dichtigkeitsnachweis für Biegerissenach der ­WU-Richtlinie;464
17.6;14.6Die Arbeitsfuge im WU-Bauwerk – kein Sonderfall eines Risses;466
17.6.1;14.6.1Arbeitsfugen sind Unstetigkeiten im Betongefüge;466
17.6.2;14.6.2Die geringe Betonzugfestigkeit in Arbeitsfugen;468
17.6.3;14.6.3Arbeitsfugen sind eine potenzielle Trennung im Betongefüge;469
17.6.4;14.6.4Arbeitsfugen sind für Wasser durchlässiger als Trennrisse;470
17.6.5;14.6.5Sonderfall: Arbeitsfugen in Elementwänden für WU-Bauwerke;472
17.7;14.7Wasserwege an der oberen Horizontalbewehrung von dicken Platten;473
18;15Widersprüche und?­kritische?­Wertungen;476
18.1;15.1Differenzierung des Begriffs der Rissbreiteund der Rissgeometrie;477
18.2;15.2Unsicherheiten bei der rechnerischen Ermittlung der?Rissbreiten;479
18.3;15.3Folgen der streuenden Eingangsgrößen bei?­zwangbedingten Beanspruchungen;481
18.4;15.4Anmerkungen über den Ansatz der Zugfestigkeit zum Risszeitpunkt;482
18.5;15.5Gewährleistung der Dauerhaftigkeit ohne ­Berechnung der Rechenwerte der Rissbreite;483
18.6;15.6Ungenauigkeiten des Selbstheilungskriteriums der?WU-Richtlinie;483
18.7;15.7Berücksichtigung der Betonierbarkeit der Bauteile bei der Festlegung der Mindestbewehrung;484
19;Literatur;488
20;Stichwortverzeichnis;510