Bewertung des Einflusses einer mechanisch induzierten Rissbildung auf den Verlauf der schädigenden AKR mit innovativen Prüftechniken
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die im Teilprojekt 4 im Rahmen der DFG-Forschergruppe 1498 durchgeführten Untersuchungen brachten folgenden Erkenntnisgewinn: • Entwicklung und erfolgreiche Anwendung einer neuartigen Prüfmethodologie zur zerstörungsfreien detaillierten Erfassung der ermüdungsinduzierten Schadensevolution in zyklisch auf Biegezug beanspruchten großformatigen Balken aus Fahrbahndeckenbeton. • Adaption der vorstehenden Prüfmethodologie auf Druckschwellversuche großformatiger prismatischer Prüfkörper aus Fahrbahndeckenbeton. • Nachweis einer signifikant höheren Ausprägung der ermüdungsinduzierter Betondegradation bei der Druckschwellbeanspruchung von Großprismen als bei der zyklischen Biegezugbeanspruchung von Großbalken mittels Schadensmonitoring und aufbauend durchgeführter Permeabilitätsmessungen (Basis: gewählte Belastungsregime ohne externe Tausalzzufuhr). • Visualisierung und Quantifizierung vermehrten Aufkommens ermüdungsinduzierter Risse in zugbeanspruchter Betonrandzone des Großbalkens mit der Röntgen 3D-CT unter Nutzung der Region-of-Interest-Technik und eines eigens hierfür erweiterten automatisierten Risserkennungstools (Limitierung der Risserkennung durch Ortsauflösung.) • Nachweis erhöhten Feuchteeintrags in den trocken vorgeschädigten Großbalkens nach Aufbringen der Tausalzlösung (Nassschwinger) durch zyklische Biegezugbeanspruchung; Erklärungsansatz: intermittierendes Öffnen und Schließen der Mikrorisse in der maximal auf Zug beanspruchten Betonrandzone (Mikrorisspumpe); der Tausalzeintrag ist davon unbenommen. • Nachweis stärkerer Erhöhung des Stofftransports (Wasser und Tausalz) bei kapillaren Aufsaugversuchen an Kleinproben aus zyklisch vorgeschädigten druckschwellbeanspruchten Großprismen als bei adäquaten Proben aus zyklisch auf Biegezug beanspruchten Großbalken (Trockenschwinger); signifikant geringere Aufnahme an NaCl-Lösung als an entmineralisiertem Wasser unabhängig vom Vorhandensein und der Art der Vorschädigung, Erklärungsansatz: Neuphasenbildung und erhöhte Viskosität der NaCl-Lösung. • Ausschließliche Eignung der Klimawechsellagerung mit NaCl-Beaufschlagung zum Nachweis der moderaten Förderung der schädigenden AKR bei Kleinproben aus zyklisch auf Biegezug beanspruchten Großbalken; Erklärungsansatz: beste Erfassung einseitiger Betondegradation. • Nachweis eines größeren Einflusses der zyklischen Vorschädigung durch Druckschwellbeanspruchung mit 60°C Betonversuch mit konventioneller diskontinuierlicher und neuartiger kontinuierlicher Erfassung der Schädigungsindikatoren. • Ermittlung unterschiedlicher Dehnungsverteilungen über die Höhe der aus den Großbalken ohne und mit zyklischer Vorschädigung gewonnenen relativ großformatigen Prüfkörper mit fortschreitender Lagerungszeit in der Nebelkammer; die tendenziell erkennbare erhöhte Dehnung im tiefer gelegenen Bereich des Prüfkörpers nach ca. 90 Tagen ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die dort erhöhte Gefügedichte und den daraus resultierenden verminderten Expansionsraum für das AKR-Gel zurückzuführen. Basierend auf den vorstehenden Erkenntnissen gilt es, deren Übertragbarkeit auf die Praxisverhältnisse perspektivisch mittels Schadensmonitoring an ausgewählten BAB-Abschnitten und vertiefenden Untersuchungen an Ausbauproben zu verifizieren. Weitergehende vergleichende Untersuchungen im Labor und in der Praxis sollten die Verhältnisse im Fugenbereich noch stärker berücksichtigen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2015): AKR unter kombinierten Einwirkungen – Rissbildungs- und Transportmechanismen, in: 19. Internationale Baustofftagung (ibausil), Weimar
F. Weise, K. Voland, B. Meng
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(2015): Auswirkungen von Ermüdungsbeanspruchungen auf Struktur und Eigenschaften von Fahrbahndeckenbeton, Beton- und Stahlbetonbau, Jg. 110, Nr. 1
F. Weise, A. Wiedmann, K. Voland et al.
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(2015): Untersuchungen zur Alkali-Kieselsäure-Reaktion in vorgeschädigten Fahrbahndeckenbetonen, Beton- und Stahlbetonbau, Jg. 110, Nr. 1
C. Giebson, K. Voland, H.-M. Ludwig, B. Meng
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Quantitative Rissanalyse im Fahrbahndeckenbeton mit der 3D-Computertomographie, DACH-Jahrestagung, 2015
Meinel, D., Ehrig, K., Weise, F. et al.
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(2016): Influence of simultaneous cyclic loading and external alkali supply on the alkali-silica reaction in concrete pavements, in: 15th International Conference on Alkali-Aggregate Reactions in Concrete (ICAAR), Sao Paulo, Brasil
F. Weise, K. Voland, S. Pirskawetz et al.
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(2017): Degradation in concrete structures due to cyclic loading and its effect on transport processes—Experiments and modeling, Structural Concrete 2017;18:519-527
R. Przondiono, J. J. Timothy, F. Weise et al.
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(2017): Effects of fatigue loading and alkali–silica reaction on the mechanical behavior of pavement concrete, Structural Concrete 2017;18:539-549
A. Wiedmann, F. Weise, E. Kotan et al.
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(2017): Fatigue-induced Degradation of Deck Concrete Influence on the Material Transport, Beton- und Stahlbetonbau, Jg 112, Nr. 7
E. Krütt
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(2018): AKR unter kombinierten Einwirkungen – Rissbildungs- und Transportmechanismen, in: 20. Internationale Baustofftagung (ibausil) Band 2, Weimar
F. Weise, E. Krütt, B. Meng
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(2018): Alkali-Silica Reaction in concrete pavements considering traffic and de-icing agents, in: 13th International Symposium on Concrete Roads, Berlin
R. Breitenbücher, R. Przondziono, B. Meng et al.
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(2018): Fatigue induced degradation in pavement concrete and its effect on the alkali-silica reaction, in: 4th International Conference on Service Life Design for Infrastructure, Delft, Netherlands
E. Krütt, F. Weise, B. Meng
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(2018): Quantitative In-Situ Analysis of Water Transport in Concrete Completed Using X-Ray Computed Tomography. In: Transport in Porous Media
Tyler Oesch, Frank Weise, Dietmar Meinel and Christian Gollwitzer
