Beton bei Temperaturen von 100 °C bis 750 °C
Weigler, Helmut / Fischer, R.
Es wurde das Festigkeits- und Verformungsverhalten, die Rissbildung und die Gasdurchlässigkeit von „ausgleichsfeuchten" Betonen aus Portland- und Hochofenzement mit den Zuschlägen Quarz (Rheinmaterial), Baryt und Blähton (Leca) untersucht, die unbelastet und belastet, in verschiedenem Alter, einmalig und wiederholt, bei verschiedener Standzeit, Temperaturen bis 750 °C ausgesetzt waren und anschließend an Luft und unter Wasser nachgelagert wurden. Aus den Ergebnissen lassen sich folgende Schlüsse ziehen: Bei Betonen im üblichen Alter, die unbelastet einer Temperatureinwirkung ausgesetzt werden, stellt sich im allgemeinen bereits im Bereich bis 300 °C ein Festigkeitsabfall von 10 bis 20 % ein, der ab 300 bis 450 °C sehr stark zunimmt. Er wächst hinsichtlich der Zuschlagart in der Reihenfolge Leca, Baryt, Quarz an. Eine anschließende Luftlagerung führt zu einem weiteren Festigkeitsabfall, der mit der Höhe der vorherigen Temperaturbeanspruchung zunimmt und nach etwa 3 Tagen einem Endwert zustrebt. Eine anschließende Wasserlagerung bewirkt einen in gleicher Weise ansteigenden Festigkeitsrückgewinn, der jedoch mit höherem Betonalter zunehmend kleiner ausfällt. Die Zuschlagart ist dafür ohne wesentlichen Einfluss. Eine während der Temperatureinwirkung vorhandene Belastung verringert (Quarzbeton) oder verhindert (Barytbeton) den vorgenannten Festigkeitsabfall. Für diesen Effekt, der bei Lecabeton nicht beobachtet wurde, gibt es eine „Kritische Belastung". Wird sie über- oder unterschritten, so geht der gegenüber unbelasteten Proben erzielte Festigkeitsanstieg wieder zurück. Sie liegt im Bereich von PB/3 bis PB/2, wobei PB die Tragfähigkeit von entsprechenden, nicht temperaturbeanspruchten Betonproben bedeutet. Der genannte weitere Festigkeitsabfall bei anschließender Luftlagerung ist bei belasteten Betonen nicht zu erwarten. Wiederholte Temperaturbeanspruchungen gleicher Höhe führen zu keiner weiteren Schädigung. Bei aufeinanderfolgenden Beanspruchungen unterschiedlicher Höhe wird der Schädigungsgrad nur durch die jeweils höchste Temperaturstufe bestimmt. Wird jedoch mit zunehmender Temperaturwechselzahl auch die Belastung erhöht, so sind zusätzliche Festigkeitsminderungen zu erwarten. Eine Erhöhung der Temperaturstandzeit wirkt sich unterschiedlich auf die Kaltdruckfestigkeit aus. Bei einer Verlängerung von 3 auf 30 Stunden ergaben sich Abweichungen in der Größenordnung von ± 10 %. Bei Betonen, die unbelastet erwärmt und abgekühlt werden, besteht für jede Zuschlagart ein charakteristischer Dehnungsverlauf. Er ist für Quarz- und Barytbeton durch eine bis 600 °C zunehmende Ausdehnung gekennzeichnet, während bei Lecabeton die Dehnung ab 150 °C nur noch geringfügig ansteigt. Die Wärmedehnzahl ist nicht konstant, sondern nimmt in der Regel mit wachsender Temperatur zu. Bei konstanter äußerer Belastung wird die Wärmedehnung stark verringert und teilweise sogar verhindert. Der Dehnungsverlauf, aus dem sich Ermüdungs- und Verfestigungserscheinungen ablesen lassen, wird durch Zement- und Zuschlagart quantitativ und qualitativ beEinflusst. Die Abkühlkurve verläuft ähnlich wie bei unbelasteten Proben. Dadurch stellen sich nach der Abkühlung beachtliche bleibende Stauchungen ein. Höhere Belastungen führen zu früher auftretenden und ausgeprägteren Ermüdungs- und Verfestigungserscheinungen. Bei wiederholter Temperatureinwirkung folgen die Verformungen beim zweiten und allen weiteren Zyklen den entsprechenden Aufheiz- und Abkühlkurven unbelasteter Proben. Eine stufenweise Belastungserhöhung, parallel mit einer wiederholten Temperaturbeanspruchung, führt zu kleineren bleibenden Stauchungen als eine entsprechende Vollbelastung bereits während der ersten Temperatureinwirkung. Der Verlauf der σ-E-Linien verändert sich im Temperaturbereich bis 450 °C erst nach der Abkühlung wesentlich. Dabei ist ab 450 °C eine Abnahme des E-Moduls zu erwarten, die bei unbelastet temperaturbeanspruchten Proben etwa doppelt so groß ist wie bei einer gleichzeitigen Beanspruchung mit rund PB/3. Die Porosität, ausgedrückt durch die spezifische Gasdurchlässigkeit, wird mit steigender Temperaturbeanspruchung größer, insbesondere ab 300 °C. Bei anschließender Luftlagerung nimmt sie unter Umständen noch zu, bei anschließender Wasserlagerung geht sie praktisch auf den Ausgangswert zurück.
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beton 2/1968 ab Seite 33
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bis beton 4/2022: Verlag Bau+Technik GmbH
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