Auswirkungen von Ermüdungsbeanspruchungen auf Struktur und Eigenschaften von Fahrbahndeckenbeton
(2015)
Ausgehend von der Zielsetzung der DFG-Forschergruppe 1498, die Einflüsse auf den AKR-Schädigungsprozess in Fahrbahndecken aus Beton grundlegend zu klären, sind zwei aufeinander aufbauende Untersuchungsschwerpunkte Gegenstand dieses Beitrags. Im ersten Schwerpunkt wurden die prüftechnischen Voraussetzungen für die Charakterisierung der Degradation und damit der Rissbildung im Fahrbahndeckenbeton durch die Vorschädigung infolge von Ermüdungsbeanspruchungen geschaffen. Realisiert wurde dies durch die Implementierung und Optimierung eines Monitoringsystems im zyklischen 4-Punkt-Biegeversuch zur simultanen Erfassung der Rissbildung im großformatigen Schwingbalken. Zusätzlich wurde die Röntgen-3D-Computertomografie für die hochauflösende räumliche quantitative Rissanalyse in den Bohrkernen aus den Schwingbalken ohne und mit Vorschädigung weiterentwickelt. Im zweiten Untersuchungsschwerpunkt wurde mittels vielfältiger Experimente an kleinformatigen Probekörpern aus dem Schwingbalken gezeigt, dass durch die Ermüdungsbeanspruchung die bruchmechanischen Materialkennwerte des Betons zum Teil eine signifikante Veränderung erfahren. Based on the objective of the DFG (German research foundation) funded research group 1498 to clarify the influences on the ASR damage process, this paper deals with two focuses of investigation. In the first focus the technical requirements for the characterisation concerning the degradation and the formation of cracks in concrete pavements by the pre-damage as a result of fatigue loading were created. This was realized by the implementation and the optimisation of a monitoring system in the cyclic four point bending test to capture simultaneously the formation of cracks in the beam under sinusoidal bending load. In addition, the X-ray 3D-computed tomography was enhanced for the high-resolution quantitative spatial crack analysis in the drilling cores extracted of the beam under sinusoidal bending load without and with a pre-damage. Building on the first focus, in the second focus of investigation a significant change of the fracture-mechanical properties of the concrete as a result of fatigue loading has been demonstrated in numerous experiments using small specimens extracted from the beam under sinusoidal bending load.
Die Dauerhaftigkeit von Fahrbahndeckenbetonen wird maßgebend von ihrer Mikrostruktur bestimmt. Diese erfährt durch die äußeren Einwirkungen durch Klima und Verkehr über die Nutzungsdauer eine signifikante Veränderung. Im Kontext der in den letzten Jahren verstärkt auftretenden Schadensfälle infolge der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) im deutschen Bundesautobahnnetz stellt sich die Frage, in welchem Maße die ermüdungsinduzierte Betondegradation den Stofftransport und damit die AKR-induzierte Rissbildung begünstigt. Dabei kommt der hochauflösenden räumlichen Quantifizierung der Rissbildung eine zentrale Bedeutung zu und bildet die Basis für die Modellierung der sich überlagernden Schädigungsprozesse.
Gegenstand dieses Beitrags ist die Darstellung der Leistungsfähigkeit der 3DComputertomographie (3D-CT) bei der quantitativen Rissanalyse in Betonen ohne und mit Ermüdungsbeanspruchung. Die Untersuchungen erfolgten dabei exemplarisch an Bohrkernen, die einem großformatigen Schwingbalken entnommen wurden. Zur Erreichung einer hinreichenden Ortsauflösung gelangte dabei die Region of Interest – Technik (ROI) zum Einsatz. Die Rissauswertung erfolgte mit einem gemeinsam vom ZIB und der BAM entwickelten Softwaretool für die automatisierte Risserkennung. So erlaubt dieses eine quantitative statistische Auswertung von Rissparametern, wie z.B. Risslänge, -breite und -orientierung. Die Notwendigkeit der automatisierten Rissauswertung beruht darauf, dass die Größe des CT-Datensatzes (mehrere GB) eine vollständige manuelle Segmentierung der Risse im 3D-Raum einen unverhältnismäßigen hohen Aufwand erfordert. Eine automatische Risserkennung liefert darüber hinaus noch weitere Daten, die eine nachträgliche Bearbeitung und Analyse der Risse erst möglich macht. Rissveränderungen über der Zeit können ebenfalls visualisiert und statistisch aufbereitet werden.