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Main Title: Festigkeits- und Verformungsverhalten von kurzfaserverstärktem Porenbeton
Translated Title: Strength and deformation behavior of short fibre reinforced autoclaved aerated concrete
Author(s): Stadie, Ronny
Advisor(s): Hillemeier, Bernd
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Porenbeton ist ein makroporöser silikatischer Baustoff mit einem breiten Anwendungsspektrum. Bei kritischer Zugbeanspruchung versagt Porenbeton spröde. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Festigkeits- und Verformungsverhalten des Porenbetons bei Einbau von Fasern. Es wird ausschließlich der Rohdichtebereich zwischen 450 und 550 kg/m³ betrachtet. Die vorliegende Arbeit hat gezeigt, dass Kurzfasern die Eigenschaften der Anfangssuspension und der Grünphase sowie das Treibverhalten des Porenbetons beeinflussen. Die Anfangssuspension ist stark anfällig für Faserverteilungs- und Faserorientierungsinhomogenitäten. Diese Inhomogenitäten können die Gefügestruktur im getriebenen System stark verändern. Die Kurzfasern bleiben statistisch verteilt, orientieren sich jedoch im Treibprozess vorzugsweise in Richtung parallel zur Treibrichtung aus. Fasertranslation und -rotation sind durch Treibprozessgrößen und Faserparameter steuerbar. Treibkinetik und Porosierungsgrad verändern sich durch den Einbau von Kurzfasern. Bei geeigneten Fasereinbauten stabilisieren sich Anfangssuspension und Treibprozess. Die Grünstabilitäten sowie die Zeiten bis zum Erreichen der Grünstandsfestigkeiten können reduziert werden. Die Neigung zur Rissbildung aus Eigenspannungen bei der hydrothermalen Härtung wird gesenkt. Es wurde festgestellt, dass sich das Festigkeits- und Verformungsverhalten u. a. durch Einbau von alkaliresistenten (AR) Glas-, Kohlenstoff- und Aramidkurzfasern unter Druck-, kombinierter Druck-Schub- und Biegebeanspruchung steigern lässt. Die Entfestigungsenergien können deutlich erhöht werden. Das spröde Versagen wird unter kombinierter Druck-Schub- und Biegebeanspruchung reduziert. Ein anisotropes Verhalten ist deutlich erkennbar. Neben der Faserorientierung wird dieses durch die faserabhängige Beeinflussung des Feststoffgefüges im Treibprozess hervorgerufen. AR-Kurzglasfasern erweisen sich als Vorzugsfasern zur Erhöhung des Festigkeits- und Verformungsverhaltens. AR-Bündelkurzglasfasern sind hochwirksam unter Biegebeanspruchung. Druck- und kombinierte Druck-Schubbeanspru¬chung werden stärker durch wasserdispersible monofile fein verteilte AR-Kurzglasfasern beeinflusst. Der Verbund ist gegeben, die Faserbeständigkeiten zeigen keine Auffälligkeiten. Erstmalig durchgeführte systematische Untersuchungen unter Druck-, kombinierter Druck-Schub- und Biegebeanspruchung bei Einbau von AR-Bündelkurzglasfasern und wasserdispersiblen monofilen AR-Kurzglasfasern zeigen eine deutliche Abhängigkeit der Faserparameter Faserlänge und -konzentration vom Festigkeits- und Verformungsverhalten. Die Faseranteile in Beanspruchungsrichtung haben direkten Einfluss auf das Festigkeits- und Verformungsverhalten. Die Porengrößenverteilung verschiebt sich bei Fasereinbau hin zu kleineren Porenradien. „In situ“ Untersuchungen der Versagensmechanismen zeigen die begrenzte Faserwirkung auf die Erstentfestigung bei Druckbeanspruchung. Im Wesentlichen versagen die Stegsysteme, Kurzfasern wirken somit auf die Erstentfestigung unter Druckbeanspruchung nur eingeschränkt. Die erforderliche Schneidbarkeit des kurzfaserverstärkten Porenbetons im industriellen Produktionsprozess führt ergänzend zu Schneidbetrachtungen. Die derzeitige Schneidtechnologie über den „stehenden Drahtdurchzug“ bei Grünstandsfestigkeit ist nur eingeschränkt nutzbar. Das Schneiden über Druckflüssigkeits- sowie Sägeverfahren wird alternativ untersucht. Machbarkeitsstudien ergaben unter optimalen Bedingungen hohe Schnittqualitäten. Die jeweiligen Schneidprozessparameter konnten auf den grünfesten faserverstärkten Porenbeton bei Nutzung industrienaher Schneidgeometrien abgestimmt werden. Das Druckflüssigkeitsschneiden am hydrothermal gehärteten Material ist ebenfalls möglich.
Autoclaved aerated concrete is a macro-porous siliceous building material with a wide application range. Under critical tension stress a brittle failure occurs. This work deals with the strength and deformation behavior of autoclaved aerated concrete with regard to the introduction of fibers. Exclusively the bulk density area between 450 and 550 kg/m³ is examined. The work at hand has shown that short fibers influence the qualities of the initial suspension and the green phase as well as the foaming behavior of the autoclaved aerated concrete. The initial suspension is strongly susceptible to fiber distribution and fiber orientation inhomogenities. These inhomogenities can strongly change the joint structure in the risen system. The short fibers remain statistically distributed, however, in the process of drifting orient themselves parallel to the drifting direction. Fiber translatory movement and rotation are controllable through the foaming process and fiber parameters. Drifting kinetics and the degree of porosity change through the use of short fibers. Initial porosity and fiber drifting kinetics can be stabilized through the use of suitable fibers. Green stabilities as well as the time to reach fresh state stability can be reduced. The inclination towards crack formation through inner tension and hydrothermal hardening is lowered. It has been deduced that the pressure, flexural, and bending strength and deformation characteristics can be increased through the use of alkali resistant (AR) glass, carbon, and aramid short fibers. The amount of strength reducing energy is increased considerably. The brittle failure is reduced under composite pressure and flexural strain. An anisotropic behaviour is recognizable. Besides the fiber orientation the short fibers are highly effective in altering the strength and deformation behavior. AR short fibers have proven themselves to be the fiber of choice to better strength and deformation behavior. Pressure and composite pressure are more greatly influenced by finely distributed water dispersible glass monofiles. The bonding connection is assured and the stability of the fibers proven. Systematic examinations under pressure and flexural bending using AR bundled short glass fibers and water dispersible short glass monofiles were carried out and show a clear dependence of the strength and deformation behavior to the fiber parameters Length and Concentration. The amount of fibers oriented in the direction of loading have a direct influence on the strength and deformation behavior. The pore size distribution at fiber installation moves to smaller pore radii. In situ analysis show limited fiber effect on the initial strengthening under compression. Generally the lattice system fails here, short fibers have a negligible effect. The required “cutability” of the short fiber reinforced autoclaved aerated concrete in the industrial production process leads to supplementary cutting considerations. The present cutting technology of "stationary wire draughts" at fresh strength levels has only limited use. Hydraulic liquid cutting as well as sawing methods are examined alternatively. Feasibility studies yield high cut qualities under optimal conditions. The respective cutting process parameters could be coordinated with the green firm fiber reinforced autoclaved aerated concrete for industrial cutting. Hydraulic liquid cutting of hydro thermally hardened material is also possible.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-18848
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2173
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1876
Exam Date: 9-May-2008
Issue Date: 5-Jun-2008
Date Available: 5-Jun-2008
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Baustoff
Duktilität
Faser
Gefügestrukturanalyse
Porenbeton
Analysis of structural conditions
Autoclaved aerated concrete
Construction material
Ductility
Fibre
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