Rissbildungen im Stahlbetonbau.
Ursachen - Auswirkungen - Maßnahmen.
Zusammenfassung
Risse gehören zu den unvermeidbaren Erscheinungen im Stahlbetonbau. Ihre wesentlichste Kenngröße, die Rissbreite, ist seit einigen Jahren mit einem genormten Berechnungsverfahren Bestandteil der europäischen Stahlbetonnormen. Das Buch befasst sich mit Fragen der Zuverlässigkeit von Rissbreitenberechnungen und -messungen, den Ursachen von Rissen, Zwangspannungen und frühen Verformungen, der Begrenzung der Rissbreiten durch Bewehrung, dem Einfluss von Rissen auf die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonkonstruktionen und der Rissproblematik bei wasserundurchlässigen Betonbauwerken. Es berücksichtigt den aktuellen Normenstand und vermittelt Hintergrundwissen zum Verständnis der Vorgänge bei der Rissentstehung. Gleichzeitig sollen aber auch die Grenzen bei der Vermeidung der Rissbildung und der Rissbreitenbegrenzung durch die Bewehrung aufgezeigt werden.
Schlagworte
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- 1–16
- 17–22 1 Rissbildungen als Bestandteil der Stahlbetonbauweise – Zum Anliegen des Buches – 17–22
- 23–36 2 Frühe Verformungen und Rissbildungen im plastischen Beton 23–36
- 2.1 Sedimentation und Bluten des Frischbetons, Entstehen von Setzungsrissen
- 2.2 Plastisches Schwinden und die Entstehung von Frühschwindrissen
- 2.3 Freigesetzte Blutwassermenge
- 2.4 Beginn und Dauer der frühen Rissbildungsperiode
- 2.5 Charakteristische Frühschwindrissbildungen
- 2.6 Betontechnologische Planung und Bauausführung Beispiel: Herstellung eines ausgedehnten Parkdecks
- 2.6.1 Bauaufgabe und Bauablauf
- 2.6.2 Abschätzung einer risskritischen Situation
- 2.6.3 Konzept der Nachbehandlung
- 2.6.4 Messtechnische Verfolgung der Kapillardruckentwicklung
- 2.7 Auswirkungen der Frühschwindrissbildung
- 37–46 3 Verformungen und Zwangspannungen in Beton- und Stahlbetonbauteilen 37–46
- 47–84 4 Lastunabhängige Verformungen der Beton- und Stahlbetonbauteile 47–84
- 4.1 Auswirkungen der Temperatur im Bauteil
- 4.1.1 Wärmefreisetzung durch Hydratation des Zements
- 4.1.2 Temperaturentwicklung im erhärtenden Bauteil
- 4.1.3 Zwangspannungswirksame Temperaturdifferenz im Bauteil
- 4.1.4 Temperaturdifferenzen im erhärtenden Bauteilquerschnitt
- 4.1.5 Witterungsbedingte Temperatureinwirkungen
- 4.1.6 Temperaturbedingte Verformungen
- 4.1.7 Überlagerung früher und späterer temperaturbedingter Dehnungen
- 4.1.8 Überlagerung von temperaturbedingten und Schwinddehnungen
- 4.2 Einfluss der Temperatur auf die zeitliche Entwicklung der Eigenschaften
- 4.2.1 Grundlagen der Methode des äquivalenten Alters
- 4.2.2 Ermittlung der äquivalenten Erhärtungszeit
- 4.2.3 Bestimmung des Geschwindigkeitsfaktors k(T)
- 4.2.4 Anwendungsbereich des Reifekonzepts
- 4.3 Verformungen infolge von Schwinden des Betons
- 4.3.1 Chemisches Schwinden
- 4.3.2 Autogene Schwinddehnung
- 4.3.3 Trocknungsschwinden
- 4.3.4 Überlagerung und Auswirkungen der Schwindvorgänge
- 4.3.5 Einfluss schwindreduzierender Zusatzmittel
- 85–120 5 Verformungs- und Festigkeitsverhalten des Betons 85–120
- 5.1 Festigkeitseigenschaften des Betons
- 5.2 Zugfestigkeit des Betons
- 5.2.1 Kenngrößen der Zugfestigkeit
- 5.2.2 Beziehung zwischen Zugfestigkeit und Normdruckfestigkeit
- 5.2.3 Zugfestigkeit im Bauteil
- 5.2.4 Zeitabhängige Entwicklung der Zugfestigkeit
- 5.2.5 Wirkung der Temperatur auf die Zugfestigkeit
- 5.2.6 Wirksame Zugfestigkeit und Mindestbewehrung
- 5.2.7 Festigkeitseigenschaften in Abhängigkeit vom Hydratationsgrad
- 5.3 Einschätzung des Zustands der Festigkeitsbildung im erhärtenden Bauteil
- 5.4 Spannungs-Dehnungs-Beziehungen und Elastizitätsmodul
- 5.4.1 Spannungs-Dehnungs-Beziehungen
- 5.4.2 Elastizitätsmodul
- 5.5 Zugbruchdehnung des Betons
- 5.6 Querdehnung
- 5.7 Relaxation als zwangabbauender Vorgang
- 5.7.1 Relaxationskoeffizienten aus Kriechbeiwerten
- 5.7.2 Relaxationsverhalten des erhärtenden Betons
- 5.7.3 Einfluss der Relaxation auf die Zwangspannungen im jungen Beton
- 5.7.4 Relaxation bei veränderlicher Spannung während der Erhärtung
- 5.7.5 Relaxation des erhärteten Betons
- 121–178 6 Verformungsbehinderung und Rissbildung in Bauteilen 121–178
- 6.1 Arten der Verformungsbehinderung
- 6.2 Definition des Behinderungsgrads
- 6.2.1 Dehnbehinderung
- 6.2.2 Krümmungsbehinderung
- 6.3 Bauteiltypische Verformungsbehinderungen und Risiko von Rissbildungen
- 6.4 Behinderungen und Zwangspannungen in Deckenkonstruktionen
- 6.5 Wandkonstruktionen
- 6.5.1 Äußere und innere Behinderung der Wandscheibe
- 6.5.2 Zwangkräfte und Rissbild
- 6.5.3 Bereich maximaler Rissbreite und Anordnung der rissbreitenbegrenzenden Bewehrung über die Wandhöhe
- 6.5.4 Berücksichtigung des äußeren Bauteilzwangs in den Regelwerken
- 6.5.5 Biegebeanspruchung von Wänden
- 6.5.6 Behälterbauwerke
- 6.6 Boden- und Sohlplatten
- 6.6.1 Einflüsse auf die Zwangbeanspruchung
- 6.6.2 Horizontale Zwangkräfte in den Bodenplatten bei Reibungsbehinderung
- 6.6.3 Bodenplatten bei elastischer Festhaltung durch den Untergrund
- 6.6.4 Zwangbeanspruchungen an Arbeitsfugen
- 6.6.5 Biegebehinderte Sohlplatten
- 6.6.6 Zeitlicher Verlauf der Schnittgrößen in den Bodenplatten
- 6.6.7 Rissbildungen in den Bodenplatten
- 6.6.8 Zwangspannungen bei Aufbetonen
- 6.7 Wände und Decken mit Öffnungen und Einsprüngen
- 6.8 Verbindung von Bauteilen aus Alt- und Neubeton an Arbeitsfugen
- 6.9 Zwangspannungen aus innerer Behinderung im Bauteil (Eigenspannungen)
- 6.10 Spannungsituation im Bauteil infolge innerer Behinderung der Schwinddehnung
- 6.11 Rissbreitenveränderungen infolge Temperatur und Schwinden
- 179–222 7 Zwangspannungen und Rissbildungen bei Bauwerken mit erhöhten Anforderungen 179–222
- 7.1 Wasserundurchlässige Konstruktionen
- 7.1.1 Beanspruchungs- und Nutzungsklassen
- 7.1.2 Entwurfsgrundsatz a) Vermeidung von Trennrissen
- 7.1.3 Entwurfsgrundsatz b) Regelkonforme Begrenzung der Trennrissbreiten
- 7.1.4 Entwurfsgrundsatz c) Zulässigkeit der Trennrisse und nachträgliche Dichtmaßnahmen
- 7.1.5 Technische Nutzung der Selbstheilung bei Entwurfsgrundsatz b)
- 7.1.6 Nachweise und Maßnahmen zur Gewährleistung der Wasserundurchlässigkeit
- 7.2 Flüssigkeitsdichte Bauwerke
- 7.2.1 Grundlagen der Planung und Bemessung
- 7.2.2 Vereinfachter Nachweis der Dichtheit
- 7.2.3 Genauere Nachweise der Dichtigkeit
- 7.2.4 Dichtheit befahrener und korrosionsgefährdeter Bauwerksteile
- 7.3 Massenbetonbauwerke und massige Bauteile
- 7.4 Fugenlose und fugenreduzierte Baukonstruktionen
- 7.5 Verbundkonstruktionen: Elementdecken und -wände
- 7.6 Beispiele für Rissbildungen infolge besonderer Zwangsituationen
- 7.6.1 Zwischendecke in einer Tiefgarage mit dreieckförmigem Grundriss
- 7.6.2 Parkdeck mit Elementdecken und mit großen Bauteilabmessungen
- 7.6.3 Gärfuttersilo in der Landwirtschaft – später Zwang infolge von Prozesswärme
- 7.6.4 Horizontale Biegerisse in einem kreiszylindrischen Behälter mit heißem Füllgut
- 7.6.5 Vertikale Trennrisse in der Wandkrone eines offenen, kreiszylindrischen Wasserbehälters
- 7.6.6 Deckenrisse unterhalb von rohrförmigen Querschnittsschwächungen für die Belüftung
- 7.6.7 Biegerisse in den Stegen von TT-Platten, die als Wand und Stütze benutzt werden
- 7.6.8 Trennrisse in den Kappen einer Straßenbrücke als Wasserspeicher und Verursacher von Undichtigkeiten
- 223–234 8 Maßnahmen zur Verminderung von Zwangspannungen 223–234
- 8.1 Steuerung der Temperaturverhältnisse im Bauteil
- 8.2 Optimierung der Betonzusammensetzung
- 8.3 Konstruktive und betontechnologische Maßnahmen zur Verminderung der Behinderung der erhärtenden Betonbauteile
- 235–266 9 Ermittlung von Zwangspannungen und Beurteilung der Rissgefahr 235–266
- 9.1 Experimentelle Bestimmung der Zwangverformungen und Zwangspannungen
- 9.1.1 Messung der Zwangspannungen im Labor
- 9.1.1.1 Prüfeinrichtungen
- 9.1.1.2 Ergebnisse der Untersuchungen an Prüfkörpern im Labor
- 9.1.2 Messung der Verformungen und Zwangspannungen während der Baudurchführung
- 9.2 Berechnung der Zwangspannungen in Betonbauteilen
- 9.3 Besonderheiten bei der Ermittlung der Schwindspannungen
- 9.4 Abschätzung einer risskritischen Situation, Risskriterien und Risssicherheit
- 9.4.1 Deterministische Nachweisführung
- 9.4.1.1 Spannungs- und dehnungsbezogene Risskriterien
- 9.4.1.2 Kritische Temperaturdifferenzen
- 9.4.2 Probabilistisches Nachweiskonzept
- 9.4.3 Monte-Carlo-Simulation
- 267–348 10 Begrenzung der Rissbreiten durch Bewehrung 267–348
- 10.1 Normative rechnerische Rissbreiten
- 10.2 Vorgänge bei der Rissbildung im Stahlbetonbauteil
- 10.3 Konzept der Rissbreitenbegrenzung
- 10.4 Maßgebende Faktoren der Nachweise zur Rissbreitenbegrenzung
- 10.4.1 Zulässige Stahlspannungen
- 10.4.2 Betonzugfestigkeit nach normgemäßer Erhärtung
- 10.4.3 Wirksame Zugfestigkeit zum Risszeitpunkt (fct,eff)
- 10.4.4 Eigenspannungen und Vorschädigung der Betonzugzone (Faktor k)
- 10.4.5 Wirkungsbereich der Bewehrung (Ac,eff)
- 10.4.6 Wirkung der Dauer der Zwangbeanspruchung (Faktor kt)
- 10.4.7 Einfluss der Spannungsverteilung im Bauteilquerchnitt vor der Rissbildung (Faktor kc)
- 10.4.8 Überlagerung von Last- und Zwangbeanspruchung
- 10.4.9 Zwangbeanspruchung rechtwinklig zur Haupttragrichtung
- 10.5 Verbund zwischen Bewehrungsstahl und Beton
- 10.5.1 Verbundcharakteristik
- 10.5.2 Einflussfaktoren auf die Verbundfestigkeit
- 10.5.3 Experimentelle Bestimmung der Verbundspannungen
- 10.5.4 Kennwerte der Verbundfestigkeit
- 10.6 Mindestbewehrung für die Begrenzung der Rissbreite ohne direkte Berechnung
- 10.6.1 Mindestbewehrung für die Begrenzung der Rissbreite (DIN EN 1992-1-1, Abschnitt 7.3.2)
- 10.6.2 Begrenzung der Rissbreite ohne direkte Berechnung (vereinfachter Nachweis nach DIN EN 1992-1-1, Abschnitt 7.3.3)
- 10.6.3 Ermittlung rissbreitenbegrenzender Bewehrung
- 10.7 Nachweis der Einhaltung der rechnerischen Rissbreite
- 10.7.1 Maßgebender Risszustand
- 10.7.2 Rissbildung, Verbund und rechnerische Rissbreite
- 10.7.3 Ermittlung der rechnerischen Rissbreite nach DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA
- 10.7.4 Nationale Interpretation: DIN EN 1992-1-1/NA
- 10.7.5 Zusammenstellung der Berechnungsgleichungen nach DIN EN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA
- 10.7.6 Weitere Vorschläge zur Ermittlung des Rissabstands und der Rissbreite
- 10.7.7 Ermittlung der Bewehrung und der Rissbreite für Wandbauteile, Anwendung von DIN EN 1992-3 und DIN EN 1992-3/NA
- 10.7.8 Rissbreitenbegrenzende Bewehrung bei Eigenspannungen
- 10.7.9 Rissbreitenbegrenzung bei Elementwänden und -decken
- 10.7.10 Rissbreiten bei Überlagerung von frühem und spätem Zwang
- 10.7.11 Kombination von Stabstahl- und Stahlfaserbewehrung
- 10.8 Bewehrung bei Nichterreichen der Rissschnittgröße
- 10.9 Mindestbewehrung auf der Basis der Verformungskompatibilität
- 10.10 Zuverlässigkeit der Berechnung der Rissbreiten
- 10.11 Weitere Ursachen größerer Rissbreiten am Bauwerk
- 349–374 11 Entstehung und Eigenschaften der Risse in Stahlbetonbauteilen 349–374
- 11.1 Rissbildungsprozess im Zementstein
- 11.2 Vorgänge beim Zugbruch im unbewehrten Beton
- 11.3 Vorgänge beim Zugbruch im bewehrten Beton
- 11.4 Rissbreite, Rissuferverschiebung und Rechenwert der Rissbreite
- 11.5 Differenz zwischen Rissuferverschiebung und Rissbreiten-Messergebnissen
- 11.6 Auswirkungen einer Vermischung der Begriffe Rissbreite und Rissuferverschiebung
- 375–406 12 Rissbreitenmessung bei Stahlbetonbauteilen 375–406
- 12.1 Die Mehrdeutigkeit der Rissbreitenmessung
- 12.2 Der Rechenwert der Rissbreite und die Messwerte
- 12.3 Normvorgaben für zulässige Rissbreiten
- 12.3.1 Zulässige Rissbreiten für die Minderung der Korrosionsgefährdung der Bewehrung
- 12.3.2 Zulässige Rissbreiten für eine große Selbstdichtungs- / Selbstheilungswahrscheinlichkeit nach der WU-Richtlinie
- 12.3.3 Zulässige Rissbreiten für die Prüfung rissüberbrückender Beschichtungen
- 12.4 Gebräuchliche Messtechnik für Kurzzeit-Rissbreitenmessungen
- 12.4.1 Die gebräuchlichsten optischen Messtechniken
- 12.4.2 Gebräuchliche Wegmesstechnik
- 12.4.3 Spezialmesstechnik
- 12.5 Gebräuchliche Messtechnik für Langzeitmessungen
- 12.6 Die Bewertung von gemessenen Rissbreiten
- 12.7 Praktische Tipps zur Rissbreitenmessung
- 12.7.1 Beispiel einer Auswertung von Rissbreitenmessungen
- 12.7.2 Rissbreitenmessung und -auswertung nach DBV-Merkblatt »Rissbildung«, Anhang A1
- 12.8 Die Anfertigung eines Rissbildes
- 12.9 Eine vertragliche Vereinbarung von Rissbreitengrenzwerten im Bauleistungsvertrag hat keine sachliche Grundlage
- 12.10 Praxistest: Ein realer Vergleich von Mess- und Rechenwerten der Rissbreite
- 407–430 13 Der Einfluss von Rissen in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit (GZG) von Stahlbetonbauteilen 407–430
- 13.1 Allgemeines
- 13.2 Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerken und die Bedeutung von Rissen
- 13.3 Für die Bewehrung schädliche Einwirkungen (Expositionsklassen)
- 13.4 Die Depassivierung der Bewehrungsstäbe
- 13.4.1 Depassivierung des Bewehrungsstahls durch Karbonatisierung des Betons (ohne Chlorideinwirkung)
- 13.4.2 Die Depassivierung der Bewehrung durch die Wirkung von Chloridionen an der Stahloberfläche
- 13.4.3 Auslaugung der alkalischen Bestandteile des Zementsteins bei wasserführenden Rissen
- 13.5 Der Korrosionsprozess der Bewehrung im Beton
- 13.5.1 Allgemeines
- 13.5.2 Karbonatisierungsinduzierte Bewehrungskorrosion im ungerissenen Beton
- 13.5.3 Karbonatisierungsinduzierte Bewehrungskorrosion im Riss
- 13.5.4 Besonderheiten der chloridinduzierten Korrosion
- 13.6 Zur Beeinträchtigung des Erscheinungsbildes durch Risse
- 431–474 14 Risse und die Selbstdichtung / Selbstheilung in wasserundurchlässigen Bauwerken aus Beton 431–474
- 14.1 Allgemeines
- 14.2 Wie sich die Selbstdichtung vollzieht und wie die Abdichtung aussieht
- 14.3 Einflüsse und Bedingungen für die Selbstheilung / Selbstdichtung
- 14.3.1 Druckdifferenz zwischen Wasser- und Luftseite
- 14.3.2 Rauigkeit der Rissflächen
- 14.3.3 Geeignete Partikel für die Rissabdichtung
- 14.3.4 Geringe Rissbreite und große Rissrauigkeit
- 14.3.5 Der Einfluss der Wanddicke auf die Selbstdichtungswahrscheinlichkeit
- 14.3.6 Der Einfluss der Risslänge auf die Selbstdichtungswahrscheinlichkeit
- 14.3.7 Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung des Wassers
- 14.3.8 Der Einfluss wiederholter Austrocknung und anschließender erneuter Wasserbeaufschlagung
- 14.3.9 Der Einfluss sich bewegender Rissufer
- 14.4 Transformation der Versuchsergebnisse von Durchflussversuchen in ein Selbstheilungskriterium für die WU-Richtlinie
- 14.4.1 Übertragung der gezielt eingestellten Rissbreiten aus dem Versuch auf den Rechenwert der Rissbreite
- 14.4.2 Interpretation der Messergebnisse in den Selbstdichtungsversuchen
- 14.4.3 Empfehlungen für ein Selbstheilungskriterium
- 14.5 Dichtigkeitsnachweis für Biegerisse nach der WU-Richtlinie
- 14.6 Die Arbeitsfuge im WU-Bauwerk – kein Sonderfall eines Risses
- 14.6.1 Arbeitsfugen sind Unstetigkeiten im Betongefüge
- 14.6.2 Die geringe Betonzugfestigkeit in Arbeitsfugen
- 14.6.3 Arbeitsfugen sind eine potenzielle Trennung im Betongefüge
- 14.6.4 Arbeitsfugen sind für Wasser durchlässiger als Trennrisse
- 14.6.5 Sonderfall: Arbeitsfugen in Elementwänden für WU-Bauwerke
- 14.7 Wasserwege an der oberen Horizontalbewehrung von dicken Platten
- 475–486 15 Widersprüche und kritische Wertungen 475–486
- 15.1 Differenzierung des Begriffs der Rissbreite und der Rissgeometrie
- 15.2 Unsicherheiten bei der rechnerischen Ermittlung der Rissbreiten
- 15.3 Folgen der streuenden Eingangsgrößen bei zwangbedingten Beanspruchungen
- 15.4 Anmerkungen über den Ansatz der Zugfestigkeit zum Risszeitpunkt
- 15.5 Gewährleistung der Dauerhaftigkeit ohne Berechnung der Rechenwerte der Rissbreite
- 15.6 Ungenauigkeiten des Selbstheilungskriteriums der WU-Richtlinie
- 15.7 Berücksichtigung der Betonierbarkeit der Bauteile bei der Festlegung der Mindestbewehrung
- 487–508 Literatur 487–508
- 509– Stichwortverzeichnis 509–
