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This paper presents the analysis of crack propagation in strain-hardening cement-based composite (SHCC) under tensile and flexural load by using acoustic emission (AE). AE is a non-destructive technique to monitor the development of structural damage due to external forces. The main objective of this research was to characterise the cracking behaviour in SHCC in direct tensile and flexural tests by using AE. A better understanding of the development of microcracks in SHCC will lead to a better understanding of pseudo strain-hardening behaviour of SHCC and its general performance. ARAMIS optical deformation analysis was also used in direct tensile tests to observe crack propagation in SHCC materials. For the direct tensile tests, SHCC specimens were prepared with polyvinyl alcohol (PVA) fibre with three different volume percentages (1%, 1.85% and 2.5%). For the flexural test beam specimens, only a fibre dosage of 1.85% was applied. It was found that the application of AE in SHCC can be a good option to analyse the crack growth in the specimens under increasing load, the location of the cracks and most importantly the identification of matrix cracking and fibre rupture or slippage.
Hochduktiler Beton eröffnet neue Möglichkeiten bei der Instandsetzung von Bauwerken, der Herstellung dünnwandiger Bauelemente oder dem Einsatz von Dämpfungselementen in stoßartig beanspruchten Bauwerken (z.B. in Erdbebengebieten).
Die Steigerung der Duktilität kann durch die Zugabe von Kurzfasern erreicht werden. Im Falle einer Rissbildung in der Zementsteinmatrix überbrücken die Fasern den Riss, nehmen die Spannung vollständig auf und stoppen lokal das Risswachstum. Bei weiterer Steigerung der Last reißt die Matrix an anderer Stelle. Auf diese Weise wird die Rissbildung fein verteilt und es werden große Dehnungen erreicht, bevor das Bauteil versagt. Zur Optimierung der Festbetoneigenschaften müssen die Matrixfestigkeit und die Faserart sowie deren Gehalt aufeinander abgestimmt werden. Dabei sind auch die Verarbeitungseigenschaften des Frischbetons zu berücksichtigen.
Anhand der Schallemissionen kann die Rissbildung in der Matrix und die Interaktion mit den Fasern analysiert werden. So konnte in ersten Zugversuchen gezeigt werden, dass sich Schallereignisse dem Versagen der Zementsteinmatrix bzw. dem Auszug der Fasern aus der Matrix zuordnen lassen. Damit steht zur Beurteilung des mechanischen Verhaltens von hochduktilem Beton neben der Spannungs-Dehnungs-Linie ein weiteres Verfahren zur Verfügung.
Die Schallemissionsanalyse (SEA) ist ein passives zerstörungsfreies Prüfverfahren. mit dem Rissbildung, Risswachstum und andere Gefügeveränderungen delektiert und lokalisiert werden können. Anhand von zwei Beispielen aus der Forschung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wird gezeigt welche Möglichkeiten die SEA beim Bauwerksmonitoring und bei der Untersuchung von Baustoffen bietet. Im ersten Beispiel wird die Ortung von Schallemissionen zur Verfolgung des Risswachstums in Beton eingesetzt. Weiterhin wird mit Zugversuchen an Faserbeton illustriert, dass mit der SEA Versagensmechanismen identifiziert werden können.
Steuerung der Mischung
(2015)
Concrete of today has only little in common with the traditional concrete used a few decades ago. It has become a high performance material, which can be adjusted for high performance applications and according to ultimate user specifications. The reason for the rapid evolvement was the increasing awareness about how the rheology of concrete can be improved without negatively affecting the mechanical properties of concrete by chemical admixtures.
Over the course of the last decades, concrete construction has significantly changed from mass application towards sophisticated more innovative, future oriented, and performance based materials technology. Today concrete no longer consists of cement, water, and aggregates, but can be enhanced significantly by using supplementary additions and chemical admixtures. At the same time the concrete specifications are no longer limited to Young’s modulus and compressive strength, but concrete may need to be designed for a multiple of application criteria such as durability, workability, optics, fire behaviour, and many more. However at the same time, the composition of concrete has become more complex due to the higher number of mutually interacting mixture constituents. Understanding the effects of changed mixture constituents is challenging but a good understanding is the key to innovative concrete technology.
Polysaccharides are incorporated into cement based systems in order to modify the rheological properties. Typically cellulose ethers, sphingan gums or starch ethers are applied. Depending upon their chemistry, molecular architecture, and adsorption tendency, polysaccharides interact differently with the entire cementitious system. Some stabilising agents like diutan gum mainly affect the cementitious paste; other stabilising agents like starch tend to interact with the sand fraction and even with the coarse aggregates. Cellulose shows more divers performances. Often stabilising admixtures like polysaccharides are used, when sophisticated rheological properties are adjusted. Therefore, polysaccharides are often used in combination with superplasticisers. This can cause interactions, particularly when the stabilising agent shows a strong tendency to adsorb on particle surfaces. Adsorptive stabilising agents may reduce the amount of adsorbed superplasticisers, thus affecting both viscosity and yield stress, while non-adsorptive stabilising agents mainly affect the plastic viscosity independently of the superplasticiser. Due to the strong influence of superplasticisers on the yield stress, influences of the stabilising agent on the yield stress retreat into the background, so that their major effect is an increase of the viscosity. The paper provides a comprehensive overview of how different polysaccharide superplasticisers affect cementitious flowable systems and points out the challenges of the combined use of polysaccharides and superplasticisers. Based on rheometric experiments and Observations of the hydration process, time dependent effects on the workability as well as of the hydration of cement are presented.
Since the 1980s the range of additives available to modify the behaviour and performance of concrete has greatly expanded. For many applications, control of concrete rheology is critical to obtaining the best performance. The impact of different concrete admixtures on rheology and other factors affecting their selection are discussed.
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Betonbauweise beträchtlich von einer Massenanwendung hin zu einer innovativeren, zukunfts- und leistungsorientierten Werkstofftechnologie weiterentwickelt. Heutzutage besteht Beton nicht mehr länger nur aus Zement, Wasser und Gesteinskörnungen, sondern kann unter Anwendung von Zusatzstoffen und chemischen Zusatzmitteln erheblich verbessert werden. Gleichzeitig beschränken die Betonspezifikationen sich nicht mehr auf den Elastizitätsmodul und Druckfestigkeit, sondern Beton kann ebenfalls zur Erfüllung zahlreicher Anwendungskriterien wie Dauerhaftigkeit, Verarbeitbarkeit, Ästhetik, Brandverhalten und vieler anderer mehr beitragen. Gleichzeitig ist jedoch die Zusammensetzung von Beton wegen der Vielzahl an interagierenden Mischungskomponenten komplizierter geworden. Das Verständnis der Auswirkungen der veränderten Mischungskomponenten ist eine Herausforderung, aber auch der Schlüssel zu einer innovativen Betontechnologie.