Mikrobewehrter Ultrahochleistungsbeton. Trag- und Verformungsverhalten / Micro-reinforced Ultra High Performance Concrete (UHPC). Structural behaviour

Dem Ultrahochleistungsbeton (UHPC) werden zur Sicherung einer ausreichenden Duktilitaet haeufig Fasern waehrend des Mischprozesses zugegeben. Wegen der zufaelligen Verteilung und Ausrichtung der Fasern lassen sich die Materialeigenschaften von UHPC aber nur unzuverlaessig ermitteln. Hinzu kommt die Anfaelligkeit freiliegender Faserkoepfe hinsichtlich Korrosion. Um diese Nachteile zu vermeiden, stellt der Beitrag eine neu entwickelte, so genannte "Mikrobewehrung" vor, die aus duennen, zu Drahtgittermatten zusammengeschweissten Einzeldraehten besteht. Die experimentellen Untersuchungen zum Tragverhalten mikrobewehrter UHPC-Bauteile umfassten sowohl die UHPC-Mischungen als auch die Mikrobewehrung selbst. Fuer diese Materialien wurden Druckfestigkeit, Elastizitaetsmodul, zentrische Zugfestigkeit, Verbundverhalten sowie die Biegezugfestigkeit und das Verformungsvermoegen bestimmt. Die Bestimmung von Biegezugfestigkeit und Verformungsverhalten erfolgte an Probekoerpern mit variierter Menge der Mikrobewehrung und unterschiedlichen Anordnungen der Matten (senkrecht und parallel zur Lastrichtung). Zur Minimierung des Versuchsaufwands wurde mit einem FE-Modell das Trag- und Verformungsverhalten des mikrobewehrten UHPC realitaetsnah abgebildet. Dies bildete die Grundlage fuer verschiedene numerische Untersuchungen. Im Modell erfolgte die Abbildung des UHPC mit Scheibenelementen, die der Mikrobewehrung mit Balkenelementen. Da mit den experimentellen Untersuchungen ein starrer Verbund zwischen Matte und UHPC nachgewiesen werden konnte, wurde im Modell der Verbund durch eine Kopplung der Laengsstaebe in den Kreuzungspunkten der Matte realisiert. Die Spannungs-Dehnungs-Linie der Mikrobewehrung wurde aus den Versuchsergebnissen abgeleitet und das Materialverhalten des UHPC als sproede mit senkrecht abfallendem Ast der Spannungs-Dehnungs-Linie festgelegt. Alle Ergebnisse der Finite-Element-Berechnungen zeigen, dass das Last-Verformungs-Verhalten bei Anordnung der Mikrobewehrung parallel zur Kraftrichtung sehr gut wiedergegeben wird. Die Verformungsfaehigkeit des neuen Verbundwerkstoffes wird jedoch unterschaetzt. Bei der Rissbildung wurde eine gute Uebereinstimmung zwischen Berechnung und Versuch festgestellt. Zusammenfassend wird festgestellt, dass mikrobewehrter UHPC bei einem identischen Stahlanteil mindestens die Tragfaehigkeit aufweist wie faserbewehrter UHPC. Bezueglich der Duktilitaet und Verformungsfaehigkeit weist der UHPC mit Mikrobewehrung sogar Vorteile auf. ABSTRACT IN ENGLISH: With intent to provide a ductile failure and to use UHPC to full capacity usually steel fibres are added during the mixing process. The impaired workability as well as random orientation and spreading of the fibres are beside the spots of corrosion resulting from near-surface fibres the main disadvantages of the use of steel fibres. Within this paper a micro-reinforcement as replacement for steel-fibres is introduced with respect to the structural behaviour of the composite material. To outline the comparability in structural behaviour the results of the experimental investigations on micro-reinforced UHPC are constantly compared to the results of fibered UHPC. Additional investigations concerning the orientation of the micro-reinforcement show an influence on the structural failure. Beside the experimental tests nonlinear finite element simulations were performed. The simulations and the test results show substantial similarities in crack propagation, ultimate deformation and bearing capacity. (A)