Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht das Ermüdungsverhalten von Beton unter hochzyklischen Druckschwellbeanspruchungen. Der aktuelle Wissensstand bezüglich des Ermüdungsverhaltens ist nach wie vor sehr lückenhaft. Ganz besonders trifft das auf den eigentlichen Ermüdungsprozess zu, der dem abschließenden Ermüdungsversagen vorausgeht. Dem Defizit im Wissen um das Ermüdungsverhalten steht allerdings eine zunehmende Bedeutung der Thematik in der Baupraxis gegenüber. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit eine systematische Untersuchung des Ermüdungsprozesses vorgenommen. Damit wird ein Beitrag geleistet, um einen tieferen Einblick und ein besseres Verständnis für den Schädigungsprozess und die damit verbundenen Vorgänge innerhalb des Betons zu gewinnen.
Die experimentellen Untersuchungen bestehen im Wesentlichen aus einstufigen Dauerschwingversuchen im Druckschwellbereich an zylindrischen Probekörpern aus Normalbeton. Verwendet wurden zwei verschiedene Ermüdungslastniveaus, die Bruchlastzyklen zwischen 10⁶ und 10⁷ sowie zwischen 10³ und 10⁴ erzeugten. Die Untersuchung des Ermüdungsvorgangs erfolgte durch den Einsatz verschiedener ZfP- und ZP-Methoden, wie der Dehnungsmessung, der Messung flächiger Oberflächenverformungen, der Ultraschallmessung, der Schallemissionsmessung, der Lichtmikroskopie und des Rasterelektonenmikroskops. Zur Bewertung einiger Einflussgrößen im Zusammenhang mit dem Ermüdungsverhalten fanden zudem ergänzende Versuche zum Kriecheinfluss sowie zum Einfluss der Probengröße statt.
Es konnte festgestellt werden, dass es sich bei dem Ermüdungsvorgang um eine von Beginn an einsetzende Schädigungsevolution innerhalb des Betons handelt. Diese beeinflusst die verschiedenen Materialeigenschaften des Betons in vielfältiger und sehr unterschiedlicher Weise. Die wesentlichste Feststellung in diesem Zusammenhang ist, dass die ermüdungsbedingte Materialschädigung zu einer Veränderung der gesamten Spannungs-Dehnungs-Beziehung führt, die sich ebenfalls in einem fortlaufenden Evolutionsprozess äußert.
Aus den Untersuchungen konnten als entscheidende Ursache für die beobachteten Veränderungen im makroskopischen Materialverhalten Veränderungen in der Mikrorissstruktur nicht festgestellt werden. Vielmehr weisen die Ergebnisse der Untersuchungen darauf hin, dass die ermüdungsbedingten Veränderungen speziell in den Phasen I und II vorrangig das Resultat von viskosen Prozessen innerhalb des Zementsteins sind. Darüber hinaus geht aus den Versuchen hervor, dass auch das Kriechen zu relativ ähnlichen, aber weniger stark ausgeprägten Veränderungen im Material führt. Ein Einfluss der Probengröße auf das resultierende Verhalten konnte sowohl im statischen als auch im zyklischen Fall beobachtet werden.
Aus den gewonnenen experimentellen Erkenntnissen wird eine Beschreibung der Vorgänge abgeleitet, die während des Ermüdungsprozesses im Materialgefüge ablaufen und zu den beobachteten makroskopischen Veränderungen führen. In diesem Zusammenhang hat sich herausgestellt, dass eine Erfassung der ermüdungsbedingten Schädigung anhand einer skalaren Größe über die Steifigkeit der tatsächlichen Veränderung der Spannungs-Dehnungs-Beziehung nicht gerecht wird. Eine Betrachtung im Hinblick auf einen zuverlässigen Schädigungsindikator im Zusammenhang mit den gemessenen Größen liefert zudem einen Überblick über die Eignung verschiedener Größen zur Erfassung des Ermüdungsschädigungsgrades im Beton. Abschließend wird ein Ansatz vorgestellt, der die beobachteten Entwicklungen entscheidender Größen im Ermüdungsvorgang abzubilden vermag.
Welcome to the first symposium on Knowledge Exchange for Young Scientists (KEYS) in Dar es Salaam, Tanzania, 9th – 11th June 2015. This symposium is part of a three phase series organised by BAM, and funded by VolkswagenStiftung. Each symposium will focus on relevant themes in the construction sector and will include adequate training as well as offer an opportunity to participate in informal discussions between key players and young scientists, which will facilitate the fundamentals of knowledge transfer.
Our world of cement and concrete faces tremendous challenges for the future. Without doubt cement-based materials will remain the most widely used construction materials in the world. Concrete can be made available everywhere in the world, and it is more sustainable than other materials. Nevertheless, in order to become even more sustainable, we need to find solutions to reduce CO2 generation for the cement production, to quickly solve problems of housing and infrastructures, and to cope with ever increasing customer needs in terms of performances.
There is no global optimum solution for concrete. Best concrete practices always has to be found locally and regionally based on raw materials, supply chains, and construction needs, but it can be inspired by other regions. In order to tackle the future challenges and build more innovative with concrete, we need to enhance interdisciplinary engineering skills and create networks between future decision makers.
Therefore, the KEYS symposia series offers a platform whereby young African scientists can get together with peers from Germany as well as with experienced academic engineers, industry specialists and scientists from across the globe for better implementation of research analysis in their respective fields of study. This primarily provides the opportunity to obtain further knowledge in the demand for the home-base innovation and growth of the education sector. It will also provide an opportunity to network with their peers and gain relevant and objective knowledge.
The theme for this first symposium is sub-Saharan African standards for cement and concrete research – raw materials, quality control and maintenance of cementitious products. The symposium is divided into 8 sections and includes presentations from 9 international keynote speakers and 22 young scientists, who were selected out of a high number of applicants based on the excellence of their scientific writing.
We would like to thank all participants for their valuable contribution to the symposium. We are blessed to receive tremendous input from the distinguished keynote speakers and we thank them for their attendance. Last but not least, we would like to acknowledge the funding body, VolkwagenStiftung, for their support. We hope you enjoy the symposium and find your engagement valuable with the entire team in sustaining your professional development in the global world of cement and concrete.