Beeinflusst die Kornsteifigkeit der Gesteinskörnung im Beton den Degradationsprozess infolge zyklischer Druckbeanspruchung?

Bauwerke, wie beispielsweise Brücken, Kühltürme, Windenergieanlagen oder ähnliche, sind neben Einwirkungen aus der Umwelt und ständig vorhandenen statischen Lasten oft auch zyklischen Belastungen ausgesetzt. Letztere können im Laufe der Lastzyklen feinste Mikrorisse hervorrufen und dann zu einer Degradation des Betongefüges führen, was wiederum mit einer Reduzierung der Steifigkeit und Festigkeit verbunden ist.

Bisher ist weitgehend ungeklärt, ob und inwieweit sich unterschiedliche Gesteinskörnungen und damit unterschiedliche Kornsteifigkeiten auf diesen Degradationsprozess auswirken und welche Konsequenzen sich daraus ggf. für die Steifigkeit des Betons ergeben. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 398 wurden lebensdauerorientierte Entwurfskonzepte unter Schädigungs- und Deteriorationsaspekten entwickelt. Hierin wurden im Teilprojekt A13 die Veränderungen in den Materialeigenschaften des Betons infolge zyklischer Druckschwellbelastungen experimentell untersucht. In diesem Beitrag wird über Untersuchungen an Betonen mit unterschiedlichen Korneigenschaften unter zyklischer Druckschwellbeanspruchung berichtet. Dabei wurden gezielt Gesteinskörnungen mit signifikant unterschiedlichen Eigenschaften (Sandstein, Basalt, Quarzit) einbezogen, ansonsten wurde von einer einheitlichen Betonzusammensetzung ausgegangen. Probekörper aus diesen Betonen wurden einstufigen zyklischen Druckbeanspruchungen unterzogen, wobei die untere und obere Spannung mit σ_max/σ_min= 0,675 fc/0,10 fc während der gesamten Versuchsreihe konstant gehalten wurde.

Während der zyklischen Druckschwellbeanspruchung wurden zum einen die Dehnungen der Probekörper ermittelt, zum anderen wurde eine ggf. fortschreitende Degradation im Betongefüge durch die Veränderung der Steifigkeit des Betons (E-Modul) sowie mikroskopische Betrachtungen nach verschiedenen Lastzyklen N_ierfasst. Die Untersuchungen zeigten, dass sich das Verhältnis zwischen den Steifigkeiten der groben Gesteinskörnung und des Zementsteins maßgeblich auf den Degradationsprozess im Beton auswirkt. Bei den Betonen mit Sandstein führte die geringere Kornsteifigkeit im Vergleich zu den Betonen mit Quarzit oder Basalt dazu, dass die Steifigkeitsreduktion und der Zuwachs an Mikrorissen im Betongefüge nach definierten Lastzyklen vergleichsweise gering ausfielen.