Kurzbericht zum Forschungsvorhaben

Schalungsbelastung durch Hochleistungsbetonemit fließfähiger Konsistenz

BBR-Nr.: Z 6- 10.08.18.7-07.29/ II 2- F20-07-022

von

Carl-Alexander GraubnerHarald BeitzelMarc Beitzel

Carsten BohnemannErik Boska

Wolfgang BrameshuberFrank Dehn

Andreas KönigJan Lingemann

Christoph MotzkoHarald S. Müller

Klaus PistolTilo Proske

Christian StettnerKonrad Zilch

Kurzbericht zum Forschungsvorhaben„ Schalungsbelastung durch Hochleistungsbetone mit fließfähiger Konsistenz"

1 Ziel der Forschungsaufgabe

Das Forschungsvorhaben hatte zum Ziel die vordringlich zu lösenden Aufgabenstellungenhinsichtlich des Frischbetondrucks fließfähiger Betone zu behandeln, um bestehendeHemmnisse beim Einsatz dieses innovativen Werkstoffs rasch zu beseitigen. Die Arbeitenkonzentrierten sich daher auf die wesentlichen Einsatzgebiete fließfähiger Betone undlotrechte Schalungen. Als Endergebnis des Forschungsvorhabens sollte ein vereinfachtesVerfahren zur Berechnung des Frischbetondrucks fließfähiger Rüttelbetone derKonsistenzklassen F5 und F6 sowie Selbstverdichtender Betone vorliegen.

Verschiedene Wissenschaftler deutscher Forschungseinrichtungen schlossen sich zu einerForschergruppe zusammen, um die Kompetenzen auf dem Gebiet des Frischbetondruckszu bündeln. Aufgrund des Umfangs und der Komplexität der zu lösenden Aufgaben wurdedas Forschungsvorhaben in fünf Teilprojekte (A bis E) unte rteilt, die von denForschungseinrichtungen entsprechend der jeweiligen Leistungsfähigkeit bearbeitetwurden. Die Aufgabenstellungen der Teilprojekte sind nachfolgend zusammengestellt.

Teilprojekt A: Einfluss rheologischer Kenngrößen auf den Frischbetondruck

RWTH Aachen, Institut für Bauforschung (ibac)Prof. Dr.-Ing. W. Brameshuber, Dipl.-Ing. C. Bohnemann

- Entwicklung von Modellrezepturen für Betone der Konsistenzklasse F5, F6 undSVB, die definierte Zielkenngrößen hinsichtlich der Frischbetoneigenschaftenerreichen

- Ermittlung der wichtigsten rheologischen Kenngrößen der Modellbetone,Bestimmung des zeitlichen Verlaufs dieser Parameter

- Überprüfung des Einflusses der rheologischen Kenngrößen und desEinbauverfahrens (Betonieren von oben und von unten) auf den Frischbetondruckanhand von Druckmessungen an wandartigen Modellbauteilen

Teilprojekt B: Simulations- und Großversuche

(1) Institut für Bauverfahrens- und Umwelttechnik, Trier(2) Universität Karlsruhe (TH), Institut für Massivbau und BaustofftechnologieProf. Dr.-Ing. H. Beitzel(t) , Prof. Dr.-Ing. H. S. Müller (2) , Dipl.-Ing. M. Beitzel(2

- Analyse der zeitlichen Entwicklung des Frischbetondrucks an ve rtikalenSchalungen durch die Simulation eines Betoniervorgangs an mittelgroßen Probenund Großversuche an Wandschalungssystemen

- Erfassung des Frischbetondrucks, der Konsistenz, der Frischbetontemperatur sowieder resultierenden Schalungsverformungen als wissenschaftliche Basis zurAbleitung des allgemeinen Berechnungsmodells zur Bestimmung desFrischbetondrucks

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- Untersuchung des Einflusses auf den Frischbetondruck aus Einbaugeschwindigkeit,Schalungsgeometrie und Frischbetontemperatur

Teilprojekt C: Materialversuche zur Reibung und zum Verformungsverhalten vonfrischem Beton sowie Entwicklung eines analytischen Modells zur Bestimmung derSchalungsbelastung

Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet MassivbauProf. Dr.-Ing. C.-A. Graubner, Dr.-Ing. T. Proske

- Experimentelle Untersuchungen zur inneren Reibung (Seitendruck) desFrischbetons, der Reibung zwischen Beton und Schalung und der Reibungzwischen Beton und Bewehrung

Analyse des Einflusses der Mischungszusammensetzung, der Belastungshöhe, derVerformungsmöglichkeit, des Betonalters, der Vibration, von Erschütterungen undder Probentemperatur

Entwicklung eines analytischen Modells zur Berechnung des Frischbetondrucks auflotrechte Schalungen auf Grundlage eigener Materialuntersuchungen zumReibungswiderstand des Frischbetons sowie der Untersuchungsergebnisse allerForschungspartner

Teilprojekt D: Einfluss von Erschütterungen auf frischen und jungenselbstverdichtenden Beton (SVB) sowie auf den sich einstellenden Frischbetondruckbei rotationssymmetrischen Schalungen (Rundbehälter)

Technische Universität München, Institut für MassivbauProf. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. K. Zilch, Dipl.-Ing. J. Lingemann, Dipl.-Ing. Ch. Stettner

Universität Leipzig, Institut für Mineralogie, Kristallographie und MaterialwissenschaftJun.-Prof. Dr.-Ing. F. Dehn, Dipl.-Ing. Klaus Pistol, Dipl.-Ing. A. König

- Untersuchungen zum Einfluss von Erschütterungen und Vibrationen auf dasVerformungsverhalten des Frischbetons und den Frischbetondruck unter Beachtungder Interaktion zwischen Schalung, Bewehrung und Frischbeton bei mechanischerAnregung

- Untersuchungen zur Beanspruchung rotationssymmetrischer Schalungen durchfließfähige Betone, inklusive Bauteilversuch an einer langen Wandschalung

- Einbeziehung verschiedener Messverfahren zur Bestimmung des Frischbetondruckssowie verschiedener Methoden zur Bestimmung der Erstarrungszeiten

Teilprojekt E: Teilprojekt E - Baubetriebliche Fragestellungen

Technische Universität Darmstadt, Institut für BaubetriebProf. Dr.-Ing. Christoph Motzko, Dipl.-Ing. Erik Boska

Empirische Untersuchungen auf der Baustelle sowie theoretische Untersuchungen

- Entwicklung von praktischen Hilfen für die Anfe rtigung einerGefährdungsbeurteilung beim Betoniervorgang

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Kurzbericht zum ForschungsvorhabenSchalungsbelastung durch Hochleistungsbetone mit fließfähiger Konsistenz-

- Empfehlungen für die Gestaltung der Prozesse auf der Baustelle mit demSchwerpunkt im Bereich der Betonierarbeiten

- Entwicklung der Basis für ein Dokumentationssystem für den Betoniervorgang

Auswahlkriterien für geeignete Schalungen

Nachfolgend ist die Untersuchungsmethodik schematisch dargestellt.

ModellrezepturenRheologische Untersuchungen

(TP A)

a

LSzw

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0 ^-ct3

Berechnungsmodell(TP C2)

1Baubetriebliche Untersuchungen

(TP E)

Bild I: Untersuchungsmethodik des Gesamtvorhabens schematisch

Koordiniert wurde das Verbundprojekt durch die TU Darmstadt, Fachgebiet Massivbau,Dr.-Ing. Tilo Proske.

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2 Durchführung der ForschungsaufgabeDie Arbeiten der Teilprojekte wurden folgendermaßen durchgeführt:

Teilprojekt A:

Die Untersuchungen zum Einfluss der rheologischen Kenngrößen auf denFrischbetondruck erfolgten an Modellwänden mit den Abmessungen 3,30x2,56x0,24 m3.Der Frischbetondruck wurde in Abhängigkeit von der Betoniergeschwindigkeit und desEinbringverfahrens für selbstverdichtende Betone im Vergleich zu Rüttelbetonen ermitteltund über Druckmessdosen bestimmt. Die Druckmessdosen waren in 0,15 m, 0,75 m,1,35 m und 2,55 m von der Schalungsunterkante im mittleren Schalungselementangebracht.

Der Beton wurde entweder mit dem Kübel von oben eingefüllt oder mit einer Pumpe durcheinen speziellen Anschluss von unten in das Bauteil eingebracht. Die mittlerenplanmäßigen Steiggeschwindigkeiten betrugen 2 m/h und 10 m/h. Bei den Betonagen imFertigteilwerk wurden bei jeder ersten Charge der herzustellenden Wände dieFrischbetoneigenschaften ermittelt. Zusätzlich wurde das Erstarrungsverhalten perKnetbeutelverfahren bestimmt.

Teilprojekt B:

Für die Ableitung eines allgemeinen Berechnungsverfahrens zur Beschreibung desFrischbetondruckverhaltens fließfähiger Betone bildeten die experimentellenUntersuchungen des Forschungsvorhabens das wissenschaftliche Fundament. Dabei wurdeder Zusammenhang zwischen dem vorherrschenden Frischbetondruck und dendazugehörigen Einflussparametern erfasst und wissenschaftlich geklä rt .

Das Frischbetondruckverhalten an ve rtikalen Schalungskonstruktionen wurde durch dieSimulation eines Einbauvorgangs an mittelgroßen Wandbauteilen erfasst und analysie rt .Dabei wurden u. a. der absolute Frischbetondruck, die Konsistenz, dieFrischbetontemperatur sowie die resultierenden Schalungsendverformungen registrie rt .Damit einhergehend wurde eine gezielte Untersuchung der EinflussparameterEinbaugeschwindigkeit, Schalungsgeometrie und Frischbetontemperatur angestrebt.

Darauf aufbauend sollten in einem letzten Schritt die gewonnenen Ergebnisse anGroßversuchen mit einer Rahmenschalung überprüft werden.

Teilprojekt C:

Für die Untersuchungen zum Reibungs- und Verformungsverhalten des Betons wurde eineVersuchsapparatur entwickelt. In einer Frischbetonprobe 250x250x250 mm 3 konntenverschiedene Vertikalspannungszustände erzeugt und die resultierendeHorizontalspannung sowie Reibungswiderstände ermittelt werden. Im Rahmen derMaterialversuche wurde unter anderem der Einfluss der Konsistenzklasse, derrheologischen Kenngrößen, der Betoniergeschwindigkeit, der Verformungsfähigkeit derSchalung sowie von Erschütterungen und Vibrationen auf das Materialverhalten bzw. denFrischbetondruck systematisch analysiert.

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Aus den Versuchsergebnissen wurden vereinfachte analytische Berechnungsmodelle zurBeschreibung des Frischbetondrucks abgeleitet und nachfolgend mit Hilfe probabilistischerVerfahren charakteristische Rechenwerte für die Bemessung von Schalung und Rüstungermittelt. Die Bestimmung der statistischen Kenngrößen Basisvariablen erfolgte aufGrundlage eigener und veröffentlichter Druckmessungen an hohen Wandbauteilen. Dabeiwurden die Ergebnisse aller Forschungspartner einbezogen.

Teilprojekt D:

Ausgehend von Richtrezepturen wurden vier selbstverdichtende Betone entwickelt, diesich hinsichtlich ihrer Viskosität (niedrig-/ hochviskos) und ihrer Rezepturtyps(Mehlkorn-/ Stabilisierertyp) unterschieden. Unter der Verwendung eines Rütteltischeswurde für eine Stunde eine Schwinggeschwindigkeit von 20 bis 30 mm/s in eineFrischbetonprobe (500x250x250 mm3) eingeleitet. Im Anschluss erfolgte die Bestimmungder rheologischen Eigenschaften (Fließfähigkeit, Viskosität) im Vergleich zurunangeregten Referenzprobe mit gleichem Alter.

Entsprechend den Materialversuchsergebnissen wurde eine Rezeptur zur Untersuchung desEinflusses von Erschütterungen auf den Frischbetondruck ausgewählt. Mit dieser Rezepturwurden mehrere Wandscheiben im Kleinmaßstab (1=0,66 m; h=1,35 m) und eineWandscheibe im Großmaßstab (1=9,20 m; h=2,70 m) betoniert. Zusätzlich wurde beimGroßversuch durch eine elastische Lagerung eines Schalungselementes der Einfluss derSchalungsverformbarkeit dargestellt. Bei den Wandversuchen dienten jeweilsPendelschläge als Erschütterungsquelle. Unter Baustellenbedingungen wurdenErschütterungsmessungen mit Beschleunigungsaufnehmern an einer Trichterschalungdurchgeführt, die zur Abschätzung der Größenordnung der Erschütterungsenergie imVersuch dienten. Somit wurde ein Bezug zur Praxis hergestellt.

Teilprojekt E:

Die definierten Aufgabenstellungen wurden auf der Grundlage von empirischenUntersuchungen auf Baustellen sowie im Rahmen des Großversuchs der ForschergruppeTeilprojekt D in Leipzig, theoretischen Überlegungen auf Basis eigenerForschungsergebnisse und theoretischen Überlegungen auf Basis des Literaturstudiumsbearbeitet.

Die Forschungsaufgabe „Empfehlungen für die Gestaltung der Prozesse auf der Baustellemit dem Schwerpunkt im Bereich der Betonierarbeiten" wurde auf Basis einerSchwachstellenanalyse durchgeführt. Die hierfür erforderlichen Erkenntnisse und dieGrundlagen zur Bewertung der Gefährdungsfaktoren während der Betonierarbeiten wurdenmittels Arbeitszeitstudien in Form von Gruppenzeitaufnahmen nach REFA auf denvorgenannten Baustellen erlangt.

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70

60 -

50 -

Kübel von obenvb= 2 m/h

SVB-MK-hv SVB-MK-nvSVB-ST-hvSVB-ST-nv

RB-F5 RB-F6 Hydrostatischer Druck

40 -

30 -

20 -

10-

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Zeit in h

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3 Zusammenfassung der ErgebnisseDie Ergebnisse des Forschungsvorhabens sind aufgeschlüsselt nach Teilprojektennachfolgend zusammengefasst. Die Ergebnisse zur Modellbildung und zumBemessungskonzept (Projektteil C) wurden aufgrund der Folgerichtigkeit ans Endegestellt.

Teilprojekt A:

Das Setzfließmaß der SVB lag vor Einbau in die Schalung zwischen 705 und 740 mm. Beiden Rüttelbetonen lag das Ausbreitmaß zwischen 620 und 680 mm. DieFrischbetonrohdichten lagen zwischen 2181 und 2328 kg/m 3. Bei Frischbetontemperaturenvon 22,1 bis 28,6 °C wurden bei den SVB Erstarrungszeiten zwischen 8,0 h und 10,0 h undbei den RB Zeiten von 5,5 h und 6,5 h ermittelt. In Bild 2 sind die Frischbetondrücke ander untersten Druckmessstelle für die Untersuchungen mit dem Kübel von oben und einerSteiggeschwindigkeit von 2 m/h. dargestellt.

Druck in kN /m2

Bild 2: Zeitliche Entwicklung der Frischbetondrücke an der untersten Druckmessstelleder Wände 1 bis 6 für eine planmäßige Betoniergeschwindigkeit von 2 m/h

Die Rüttelbetone weisen aufgrund der Verdichtung die höchsten Frischbetondrücke aufund liegen im Bereich des hydrostatischen Frischbetondrucks. Bei den SVB istfestzustellen, dass die Frischbetondrücke der jeweiligen niederviskosen SVB-Typen (nv)größer sind als die der höherviskosen SVB-Typen (hv). Ein Einfluss des SVB-Typs aufden Frischbetondruck ist nicht zu erkennen, da die Drücke der jeweiligen höher- bzw.niederviskosen Mischungen fast identisch sind. Nach Betonierende nimmt derFrischbetondruck bis zum Erstarrungsende tE an der unteren Druckmessstelle auf ca. 66 %seines maximalen Drucks ab.

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Ähnliche Ergebnisse zeigen die Betonagen der SVB für eine Steiggeschwindigkeit von10 m/h. Allerdings liegen dabei die Frischbetondrücke im Bereich des hydrostatischenFrischbetondrucks. Bei der Betonage von unten (Pumpe) und einer Steiggeschwindigkeitvon 2 m/h sind die Frischbetondrücke beider SVB-Typen mit unterschiedlichenViskositäten nahezu identisch. Sie liegen im Bereich des hydrostatischenFrischbetonbetondrucks. Wenn auch der hydrostatische Druck beim Einsatz von SVB beider drucklosen Befüllung mit Kübel von oben und einer Betoniergeschwindigkeit von2 m/h nicht erreicht wird, so sollte bei der Bemessung von Schalungen für Betonagen vonfließfähigen Betonen trotzdem vom hydrostatischen Druck ausgegangen werden, um so beiallen Betonierverfahren und Steiggeschwindigkeiten eine ausreichende Sicherheit derSchalung zu gewährleisten

Teilprojekt B:

Bei einer Betrachtung des Einflusses der Einbaugeschwindigkeit auf den Schalungsdruckwar ein signifikanter Unterschied in einem Bereich zwischen 3,5 m/h und 7 m/hfestzustellen. Dies ist in erster Linie darauf zurückzuführen, dass bei einerEinbaugeschwindigkeit v = 3,5 m/h aufgrund der gegebenen Schalungsgeometrie keinkontinuierlicher Einbauhöhenanstieg möglich war. So wurde für geringeEinbaugeschwindigkeiten bei der durch den pro Zeiteinheit eingebauten Beton keinesignifikante Vertikalbelastung auf den in der Schalung befindlichen Beton ausgeübt. DesWeiteren wurde bestätigt, dass geringe Einbaugeschwindigkeiten zu langenZeitabschnitten führen, innerhalb derer der Beton aufgrund eines entsprechendenStrukturaufbaus einen hohen Scherwiderstand ausbilden kann und sich folglich geringereSchalungsdrücke einstellen. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt, dass mangelsStrukturaufbau ein Anstieg der Fließgrenze des Betons durch hohe Geschwindigkeiteninnerhalb des Einbauzeitraums verhindert wird. Indessen darf der Verlauf derSchalungsdruck-Einbaugeschwindigkeitsbeziehungen nicht einzig aus dem reinenstoffphysikalischen Verhalten abgeleitet werden. Zusätzlich müssen mechanischePhänomene berücksichtigt werden, welche z. B. in Form des Impulses während desEinbauvorgangs zu einer zusätzlichen Belastung des in der Schalung befindlichen Betonsführen können.

Hinsichtlich des Einflusses der Schalungsgeometrie ergab sich aus den Großversuchenkeine Beeinträchtigung der Breite auf den auftretenden Frischbetondruck. Grundsätzlichnahm der Schalungsdruck eines jeden Betons im Rahmen der experimentellenUntersuchungen erwartungsgemäß mit ansteigender Einbauhöhe zu. Jedoch konntebezüglich des vertikalen Schalungsdruckverlaufs zwischen zwei Charakteristikenunterschieden werden. Diese ergaben sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Höhe auseinem Zusammenspiel der rheologischen Betoneigenschaften mit der verwendetenEinbaugeschwindigkeit sowie evtl. des Hydratationsverhaltens. Bei niederthixotropenBetonen oder hohen Einbaugeschwindigkeiten ergibt sich zumeist ein vertikal linearerSchalungsdruckverlauf. Hingegen ist bei Betonen mit einem höheren Thixotropiegrad bzw.reduzierter Einbaugeschwindigkeit teilweise ein Knick in dem Kurvenverlauf zuverzeichnen.

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Für den Zeitraum von Einbaubeginn bis Erstarrungsende ergab sich keine unmittelbareBeeinflussung des Schalungsdrucks durch die Frischbetontemperatur.

In Bezug auf die zeitliche Analyse des Schalungsdrucks fließfähiger Betone warfestzustellen, dass bis zur Beendigung des Einbauvorgangs der Schalungsdruckkontinuierlich ansteigt. Ab Einbauende ist ein Schalungsdruckabfall zu verzeichnen,welcher unterschiedlich stark ausgeprägt ist. Dies wird in erster Linie sowohl durch diethixotropen Eigenschaften als auch durch das Hydratationsverhalten der Betone verursacht.Niederthixotrope Betone neigen zu einem langsameren Druckabbau als höher thixotrope.Dies ist in der zeitlichen Entwicklung der Fließgrenze der Betone begründet. Gleichzeitigwirken innerhalb des Hydratationsvorgangs sowohl chemische als auch physikalischeProzesse, welche den Schalungsdruck der fließfähigen Betone ebenfalls maßgeblichbeeinflussen.

Hinsichtlich der Bewertung der wesentlichen Einflüsse auf den maßgebendenFrischbetondruck ist in erster Linie die Thixotropie zu nennen. Das Erstarrungsverhaltendes Betons spielt dabei eher eine untergeordnete Rolle.

Die Entwicklung eines Modellschalungssystems war im Zuge des Forschungsprojektesnicht notwendig. Dieses geschah bereits zuvor in einem gesonderten Forschungsvorhaben.Diesbezüglich bestand somit bei Beginn des Forschungsvorhabens kein Forschungsbedarf.

Teilprojekt D:

Es konnte durch Messungen des Setzfließmaßes und der Trichterauslaufzeit bei allen vierRezepturen eine Wiederverflüssigung festgestellt werden. Prinzipiell veränderte sich dieViskosität (charakterisiert durch die Trichterauslaufzeit) bei allen Rezepturen deutlicher alsdie Fließfähigkeit (gemessen durch das Setzfließmaß). Eine Wiederverflüssigung konnteausschließlich bis zum Erreichen der plastischen Konsistenz beim Ansteifen erreichtwerden.

Die Ergebnisse der Modellversuche zeigen, dass vor Erreichen der plastischen Konsistenzmit 15x Pendelschlägen (E = 13,3 J pro Schlag) eine Wiederanregung desFrischbetondrucks bis rund 90 % des Anfangsdrucks möglich ist. Durch die Reduktion derPendelenergie (E = 3,3 J) verringert sich der Anstieg des Frischbetondruckes auf 60 % desAnfangsdruckes. Prinzipiell reduziert sich mit fortschreitendem Ansteifen die Neigung zurWiederanregung.

Im Rahmen des Großversuchs konnte ein Anstieg des Frischbetondruckes bis zu einemAbstand von L = 3,10 m zur Lasteinwirkungsstelle bei einer Pendelenergie von 12 Jgemessen werden (Bild 3). Eine Wiederanregung war unter den gegeben Randbedingungenbis zu einem Zeitpunkt t = 0,44 tE , KB möglich.

C-9

0,2140

10, 20 , L0, 1 728

0;11

3

0.10 —

0.19010,1762

0,1759

^

0.15

.1

10,2101 0,2034

0,05

0.00 t. -

D2 D5 D61i D6re D7 D8

1

FAS

0.25

Lasteinwirkungsstel le

I vor Pendelschlag MIMI nach Pendelschlag —A— BA1 hydrI

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Bild 3: Frischbetondruck an den Messgebern vor und nach dem Pendelschlag

Der Einfluss der Verformbarkeit der Schalung war anhand der Messwerte an denDruckmessdosen und den Ankerstellen erkennbar. Durch die größerenSchalungsverformungen am weichen Element, resultierend aus der Betonage der oberenHälfte der Wand nach einer Betonierpause von fünf Stunden, kam es zu einer signifikantenReduzierung des Drucks im zuerst betonierten Abschnitt. An den Druckmessdosen bei denstarr gelagerten Elementen stieg der Druck an.

Teilprojekt E:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde eine Quantifizierung derGefährdungsfaktoren bei Betonierarbeiten erzielt. Bild 4 zeigt das Ergebnis dieserBeurteilung auf Basis der Maßzahlen nach NOHL in einer Gegenüberstellung vonArbeitssystemen im Bereich der üblichen Rüttelbetone (F1 bis F4) und der F5-, F6-Betonesowie des SVB. Insbesondere die psychischen Faktoren weisen einen wesentlichenUnterschied zwischen Rüttelbetonen und F5-, F6- Betonen sowie SVB aufgrund vonmangelnden Kenntnissen in der Verarbeitung von Hochleistungsbetonen auf.

Die Auswertung der Schwachstellenanalyse der Prozessgestaltung bei Betonierarbeitenergibt, dass die erhöhten Anforderungen beim Einbau von Selbstverdichtendem Beton aufder Baustelle nicht berücksichtigt wurden. Demnach stellte sich heraus, dass dieArbeitskräfteanzahl in der Kolonne überdimensioniert war. Die Einbauelemente derSchalungskonstruktion (Türaussparung) wurden mangelhaft erstellt und hielten demFrischbetondruck nicht stand. Weiterhin war eine unzureichende Überwachung desFrischbetondrucks als auch eine ungenügende Koordination im Liefer- undVerbrauchsrhythmus des Betons festzustellen.

C- l0

Kurzbericht zum Forschungsvorhaben„Schalungsbelastung durch Hochleistungsbetone mit tiießtühiger Konsistenz"

F5-, F6-Beton, SVB

Riittelbeton (F1-F4)

4 I ^

7

6

5

4

3

2

2

3

4

5

6

7

© MechanischeFaktoren

• ® elektnseherStrom ►

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'Maßzahl nach Hohl

Bild 4: Integrierte Basis-Maßzahlen für eine Risikobeurteilung beim Betoniervorgang

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde weiterhin die Basisstruktur einesDatenbanksystems zur Dokumentation des Betoniervorgangs entwickelt. Ein permanenterSoll-Ist-Vergleich verschiedener Größen soll hiermit ermöglicht werden. Exponiert wurdendie Werte „Betoniergeschwindigkeit" sowie „Einbauort" betrachtet. Die am Institut fürBaubetrieb entwickelten und aktuell in der Entwicklung befindlichen polysensoralenSysteme (unter anderem Bildverarbeitungssysteme) zeigen das Potenzial, zuverlässig undzeitnah die relevanten Ist-Daten zu liefern. Implementierte Controlling-Elemente sollenden Baustellenführungskräften bei unzulässigen Abweichungen unverzüglichentsprechende Warnnachrichten übermitteln, damit eine Prozesssteuerung rechtzeitigerfolgt.

Aufbauend auf den Erfahrungswerten der Baustellenuntersuchungen sowie auf Basisweiterer Überlegungen wurde eine Check-Liste (s. Schlussbericht Tabelle E-4) entwickelt,in der Kriterien und Prozesse bei der Auswahl von geeigneten Schalungenzusammengefasst wurden. Diese Angaben können als Eingangsgrößen im Rahmen vonstandardisierten Vergleichsverfahren Anwendung finden.

Teilprojekt C:

Als Ergebnis des Projektteils C2 „Modellbildung" zeigt Bild 5 den einwirkendenmaximalen Frischbetondruck beim Betoneinbau entgegen der Steigrichtung (von „oben")in Abhängigkeit der Einflussparameter Betoniergeschwindigkeit v und Erstarrungsende tE(nach Vicat-Test für Mörtel). Dargestellt sind die Ergebnisse eigener Messungen anWandsystemen, in der Fachliteratur dokumentierte Messergebnisse sowie experimentell ankleineren Frischbetonproben (im Projektteil C1 „Materialversuche" bei denSeitendruckversuchen) gewonnene Materialkennwerte. Die abgeleiteten vereinfachtenanalytischen Berechnungsmodelle zur Beschreibung des Frischbetondrucks zeigen einen

linearen Anstieg des Frischbetondrucks mit h E = v tE unter Berücksichtigung einesMindestwertes von 20 kN/m 2 (SVB) bzw. 25 kN/m2 (F5 und F6). Der Mindestwertresultiert aus der durch den Einbauvorgang hervorgerufenen Anregung und Lageänderung

C-11

250

E 225z

2000

SVB - Klei lkörper statisch

-"A-- --- • F6 - Kleinkorper statisch

-- -- LA in F5 - Kleinkörper statisch

• A' L A SVB - VVandbauteife

L SVB - Literatur§• F6 - Wandbauteile

0 F6 - Literatur

• F5 - Wandbauteile

= 25 kNirri'

F6

•

sre,

_ _ _ Modellansatz

charakteristischerWert

Kurzbericht zum Forschungsvorhaben„Schalungsbelastung durch Hochleistungsbetone mit fließfähiger Konsistenz"

des Frischbetons sowie unplanmäßig großen Eintauchtiefen der Rattler in den noch nichterstarrten Beton von bis zu 2 m. Alternativ zum Erstarrungsende nach Vicat tE kann dasErstarrungsende nach Knetbeuteltest tE, KB entsprechend E DIN 18218:2008-01 mit

tE = 1,25 • tE,KI3 herangezogen werden.

0 10 15 20 25 30 35tE • v [m]

Bild 5: An Wandbauteilen sowie in Kleinkörperversuchen gemessener maximalerFrischbetondruck, Modellansatz und Rechenwerte für die Bemessung inAbhängigkeit der Betoniergeschwindigkeit v und des Erstarrungsendes tE

In die Berechnungsmodelle wurde der Reibungswiderstand zwischen Frischbeton undSchalungsoberfläche bzw. Bewehrung nicht als expliziter Modelleingangsparameteraufgenommen, da die Reihung durch Erschütterungen, die während des Betoniervorgangsauftreten können, signifikant beeinflusst wird. Zu erklären sind mit diesemMaterialverhalten auch die zum Teil großen Abweichungen zwischen Mess- undRechenwert. Insbesondere hei hoch bewehrten Bauteilen sind signifikant geringereFrischbetondrücke zu erwarten als bei unbewehrten oder gering bewehrten Bauteilen.

Die charakteristischen Werte des Frischbetondrucks für die Bemessung im Grenzzustandder Tragfähigkeit wurden kalibriert und sind bei der Bemessung mit dem

Teilsicherheitsbeiwert auf der Einwirkungsseite von yr = 1,5 zu multiplizieren. DieAbweichungen der Rechenwerte zwischen den Konsistenzklassen F5 und F6 sindinsbesondere auf die unterschiedlichen Streuungen der Basisvariablen, wie z. B.Erstarrungszeiten und Modellunsicherheit, zurückzuführen. Weiterhin ergeben sichaufgrund der Auswirkungen der V ibrationsverdichtung bei F6-Beton größereSchalungsbelastungen als bei SVB.

0

C - 12