Langzeitverformungsverhalten von Beton bei veränderlichen hygrisch-mechanischen Beanspruchungen – Lineares und nichtlineares Schwingkriechen bei definierten Feuchtezuständen

Die Langzeitverformungen von Beton können die mit Kriechmodellen prognostizierten Werte deutlich übersteigen, wie sich an den Untersuchungen diverser Stahlbeton- und Spannbetonbrücken zeigt. Mögliche Folgen der unterschätzten Kriechverformungen sind schweren Schäden und Sicherheitsrisiken. So hat eine solche Unterschätzung auch im Wesentlichen zum Versagen der Koror-Babeldob Spannbetonbrücke in Palau beigetragen.

In den letzten Jahrzehnten wurde das Langzeitverformungsverhalten von Beton nahezu ausschließlich infolge von Kriechbeanspruchungen untersucht und modelliert. Es deutet sich jedoch an, dass das Langzeitverformungsverhalten unter zyklischer Belastung auf niedrigen Beanspruchungsniveaus, das sogenannte Schwingkriechen, eine Vergrößerung des Langzeitverformungsverhalten von Beton hervorruft. Auch bei Untersuchungen im Bereich der Ermüdung wurde dieses Phänomen bisher nicht näher betrachtet. Der Fokus lag hier weniger auf der Verformungsentwicklung, sondern vielmehr auf der Schädigung infolge zunehmender Lastwechselzahlen.

Das Ziel dieses Kooperationsprojekts mit der Bergischen Universität Wuppertal und dem Karlsruher Institut für Technologie (dieser Projektteil ist im September 2019 nach Hannover umgezogen) liegt in der Untersuchung realitätsnaher Schwingkriechbeanspruchungen, bei denen aufgrund niedriger Beanspruchungsniveaus kein Versagen auftritt. Dabei wird am Institut für Baustoffe in Hannover das lineare Kriechen, welches bei niedrigen Beanspruchungsniveaus bis ca. 45 % der Druckfestigkeit auftritt, und in Wuppertal das nichtlineare bei höheren Beanspruchungsniveaus untersucht. Durch Schwingkriech- und Kriechversuche sollen der Einfluss des Schwingkriechens auf die Langzeitverformungen quantifiziert, unterschiedliche Verformungsanteile sowie Veränderungen der Steifigkeitskenngrößen identifiziert und die Verformungen modelliert werden. Dazu werden neben den Verformungen unter Beanspruchung, das Rückkriechen bei vollständiger Entlastung der Proben ausgewertet und eine Multi-Steifigkeitsmessung durchgeführt. Exemplarisch werden am Institut für Baustoffe außerdem einige Probekörper nach Entlastung im Raster-Elektronen-Mikroskop sowie im Computertomographen betrachtet, um die Auswirkungen unterschiedlicher Beanspruchungsarten und -höhen auch bildgebend darzustellen.

Während die Versuche in Hannover und Wuppertal bei definierten Feuchtezuständen durchgeführt werden, liegt der Fokus in Karlsruhe beim hygrischen Einfluss auf das Kriechen. Im Ergebnis der umfassenden Untersuchungen soll ein verallgemeinertes Modell entstehen, das veränderliche klimatische Randbedingungen ebenso einbezieht wie Schwingkriechbeanspruchungen bei verschiedenen Feuchtegehalten. Durch das erweiterte Modell wird eine erheblich verbesserte und realistischere Vorhersage der Langzeitverformungen von Beton erwartet.