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A. Schneemayer:
"Uniaxiales und biaxiales Bruchverhalten von Faserbeton";
Betreuer/in(nen): E. Tschegg; Institut für Hochbau und Technologie, 2010; Abschlussprüfung: 06.10.2010.

Da Beton nur Druckbelastungen aufnehmen kann, muss zwangsläufig zwecks Anhebung
der Zugfestigkeit eine Bewährung eingebracht werden. In den letzten Jahren wird diese
immer häufiger in Form von in den flüssigen Beton beigemengten Fasern erzeugt, die
nach Erhärtung die bei Belastungen auftretenden Zugkräfte aufnehmen können.
Man findet verschiedenste Anwendungen in der Umwelttechnik wie z.B. Lärmschutzelemente,
aber auch im Hochbau in Bauelementen für Dächer und Wände sowie im Tiefbau
auf Verkehrsflächen zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit und Gebrauchstauglichkeit.
In Betonbauten treten nur selten rein uniaxiale Belastungszuständen auf. In der Baupraxis
sind es meist biaxiale bzw. multiaxiale Spannungen, die zu einem Schaden führen
können. Zur Beurteilung eines Bauwerkes ist es für den Ingenieur unbedingt nötig, genaue
Werte der tatsächlichen mechanischen und bruchmechanischen Eigenschaften des
Werkstoffes zu kennen.
Dies macht die Notwendigkeit aussagekräftiger Messmethoden und der dazu benötigten
Prüfeinrichtungen unter realitätsnahen Bedingungen deutlich. Im Rahmen dieser Diplomarbeit
wurden vier verschiedene Fasertypen (zwei Kunststofffasern und zwei Stahlfasern)
miteinander mit Hilfe einer uni- und einer biaxialen Messmethode (Keilspaltmethode
nach Tschegg) für würfelförmige Probekörper sowie den Balkenprüfmethoden "RILEM
TC 162-TDF" bzw. "ÖNORM EN 14651" und Prüfungen nach der "Richtlinie Faserbeton
- Ausgabe März 2002" verglichen. Zusätzlich wurden Referenzproben mit unverstärktem
Beton geprüft.
Die Betonwürfel der Keilspaltmethode haben im Vergleich zu den Balken den Vorteil,
nur rund ein Fünftel des Probenvolumens zu besitzen. Dies ermöglicht materialsparende
Prüfungen, die mit einer einfachen spindelbetriebenen Prüfmaschine ausgeführt werden
können. Bei der biaxialen Belastung üben zwei hydraulische Druckvorrichtungen auf die
Probe einen definierten, homogenen und über die gesamte Prüfdauer hinweg konstanten
Druck aus.
Das Bruchverhalten bei unterschiedlichen Druckvorbelastungen wurde mittels Schallemissionsmessung
aufgezeichnet und grafisch, durch ein eigens entwickeltes Programm,
in Relation zum Kraft-Verschiebungs-Diagramm animiert. Dadurch ist es möglich, den
Rissverlauf mit dem tatsächlichen Schädigungsverlauf direkt zu vergleichen und somit
genauere Angaben über die Größe und den Verlauf der Rissprozesszone zu machen und
tiefere Einblicke in die Wirkungsweise faserverstärkter Betone unter biaxialer Belastung
zu erhalten.

Since concrete can only handle compressive load it is necessary to reinforce concrete to
increase its tensile strength. During the last years more and more fiber reinforced concrete
is used to do so. The fibers are mixed in the liquid concrete which then can carry the
stress after cracking but also the early thermal shrinkage which occurs as the concrete
cures.
There are many different applications in the environmental technology, e.g. noise prevention
elements, construction elements for roofs and walls and in the civil engineering on
public thoroughfares for the rise of the durability and use serviceability.
In concrete constructions purely uniaxial load states appear only seldom. In the construction
practise mostly biaxial or multiaxial stresses occur to a damage. For the construction
of a building it is therefore important for the engineer to know the exact values of the
actual mechanical and fracture-mechanical properties of the material.
This makes the necessity of expressive measuring methods and test facilities that can
stress the specimen under conditions that are close to reality clear. Within the scope of
this masters thesis four different fiber types (two plastic fibers and two steel fibers) have
been tested with uniaxial and biaxial test method (Wedge Splitting Test according to
Tschegg) for cubic specimen as well as the beam test methods "TC RILEM 162-TDF" or
"ÖNORM EN 14651" and the "Richtlinie Faserbeton - Ausgabe März 2002". Additionally
reference specimen of plane concrete without fibers have been tested.
The advantages of the wedge splitting methode compared to the "TC RILEM 162-TDF"
or "ÖNORM EN 14651" and the "Richtlinie Faserbeton - Ausgabe März 2002" are that
the test specimen have only about one fifths of the volume and mass of the beams. This
allows material-saving testing which can be explained with an easy spindle test machine.
To provide the biaxial load two hydraulic pressure devices are used. They work with
defined, homogeneous and constant pressure for the whole test duration.
The fracture behaviour was recorded with different pressure loads by acoustic emissions
measurement and animated graphically, by a specially developed program, in relation
to the strength-CMOD(crack mouth opening displacement)-diagram. In this way it is
possible to compare directly the crack propagation with the actual damage propagation.
This provides more precise information about the size and the course of the process zone
to get more knowledge of fiber reinforced concrete under biaxial load.

Beton, Keilspaltmethode, Faserbeton