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Betonerhärtung

Zum Zeitpunkt seiner Herstellung ist Beton plastisch und besitzt keine Festigkeit. Im Zuge der Hydratation erhärtet der Beton unter Freisetzung der Hydratationswärme und entwickelt mit der Zeit seine mechanischen Eigenschaften, wobei der zeitliche Verlauf der Hydratation maßgeblich von der Betonzusammensetzung bestimmt wird. Aufgrund der Kopplung zwischen Wärmefreisetzung und Hydratationsfortschritt kann der zeitliche Verlauf der Hydratation experimentell mittels Kalorimetrie erfasst werden.

Adiabatisches Betonkalorimeter gemessener Hydratationsfortschritt (schematisch)
Adiabatisches Betonkalorimeter (Prinzipskizze) gemessener Hydratationsfortschritt (schematisch)

Die Entwicklung der mechanischen Eigenschaften des Betons steht in direktem Zusammenhang mit dem Hydratationsfortschritt. Im Rahmen zahlreicher nationaler und internationaler Forschungsvorhaben wurden am Fachgebiet Baustoffe und Stahlbetonbau des iBMB Modelle entwickelt, mit denen die Entwicklung der Druck- und Zugfestigkeit sowie des Elastizitätsmoduls des Betons in direkter Abhängigkeit vom Hydratationsgrad beschrieben werden kann.

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Versuche und Modelle zur Bestimmung der Festigkeitsentwicklung

Mit diesen allgemein anerkannten Modellen für die mechanischen Parameter und die Wärmeentwicklung wird eine Simulation der Temperatur- und Festigkeitsentwicklung in Betonbauteilen im jungen Alter ermöglicht. Mit Hilfe dieser Simulationen kann bspw. das Rissrisiko infolge abfließender Hydratationswärme abgeschätzt oder der frühestmögliche Ausschalzeitpunkt festgelegt werden.

Für die genaue Vorhersage des Rissrisikos und des Risszeitpunktes ist die realistische Einschätzung der zeitlichen Entwicklung im Bauwerk von besonderer Bedeutung. Vor allem die Bauteilzugfestigkeit weist aber z.T. erhebliche Streuungen auf. Ursachen sind zum einen Ungenauigkeiten bei der Betonherstellung, zum anderen spielen aber auch Vorschädigungen durch Zwangs- und Eigenspannungen eine Rolle. Im Rahmen des von der DFG geförderten Forschungsprojekts „Werkstoff- und Rechenmodell zur Bestimmung der Rissbreite und Mindestbewehrung in dicken Betonbauteilen“ wird am iBMB der Einfluss der Spannungsgeschichte auf die mechanischen Kurzzeiteigenschaften und das viskoelastische Verhalten von jungem Beton untersucht, mit dem Ziel, die existierenden Modelle um den Einfluss der Spannungsgeschichte zur erweitern.

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