Wasserinduzierte Ermüdungsschädigung von Beton

Abstract

Mit dem Ausbau der Offshore-Windenergie werden vermehrt auch ermüdungsbeanspruchte Betonkonstruktionen unter permanentem Wassereinfluss entstehen. Als ein wesentlicher Unterschied zu Onshore-Bauwerken resultiert aus der Offshore-Exposition ein deutlich erhöhter Wassergehalt im Beton. Obwohl in der Literatur vergleichsweise wenige Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Beton unter Wasser dokumentiert sind, zeigt sich trotz unterschiedlicher Prüfrandbedingungen eine weitgehend einheitliche Tendenz, nämlich, dass unter Wasser geprüfte Betonproben einen erheblich geringeren Ermüdungswiderstand aufweisen als vergleichbare Proben, die an Luft geprüft wurden. Inzwischen ist das Phänomen wasserinduzierter Schädigung bei der Betonermüdung zwar prinzipiell erkannt, jedoch ist es noch längst nicht hinreichend genau verstanden und beschrieben. Das Ziel dieser Arbeit ist es, wasserinduzierte Schädigungsmechanismen ermüdungsbeanspruchter Betone zunächst mit ergänzenden experimentellen Methoden genauer als bisher zu erfassen, zu analysieren und zu verstehen. Darauf aufbauend sollen Modelle entwickelt werden, die in der Lage sind, die am Degradationsprozess beteiligten wasserinduzierten Schädigungsmechanismen quantitativ zu erfassen und physikalisch begründet zu beschreiben. Das Ermüdungsverhalten von Beton wird hierbei systematisch für druckschwellbeanspruchte Betone unterschiedlicher Feuchte, Druckfestigkeit und Probengröße untersucht. Zur Analyse der wasserinduzierten Ermüdungsschädigung wurden neben den Bruchlastwechselzahlen die Dehnungs- und Steifigkeitsentwicklungen, die dissipierten Energien und insbesondere die Schallemissionsaktivität betrachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass mit zunehmender Feuchte des Betons sein Ermüdungswiderstand offensichtlich erheblich reduziert wird. Aufbauend auf dieser Erkenntnis wurde ein Modellansatz entwickelt und die Einführung feuchteabhängiger Wöhlerlinien vorgeschlagen. Zudem zeigten die Ergebnisse ein beschleunigtes Degradationsverhalten mit steigendem Feuchtegehalt des Betons. Im Falle der Wassersättigung konnte eine Vielzahl von Schallemissionssignalen nahe der Unterspannung nachgewiesen werden, wodurch wasserinduzierte Schädigungen nicht im Belastungszustand, sondern im Entlastungszustand identifiziert wurden. Auf diese Weise lassen sie sich eindeutig von üblichen mechanischen Schädigungen unterscheiden. Mit Hilfe eines neu entwickelten Ingenieurmodells konnte abschießend gezeigt werden, dass die wasserinduzierten Schädigungen mit Wasserumlagerungen und daraus resultierenden Porenwasserdrücken im nanoporösen System des Zementsteins korrelieren.