Zug- und Biegezugfestigkeit dünner Tragelemente aus ultrahochfestem Beton

Bei Spannungsnachweisen und Verformungsberechnungen im Gebrauchszustand, aber auch bei der Beurteilung der Biegetragfähigkeit unbewehrter Betonelemente wird anstelle der zentrischen Zugfestigkeit, die eine echte Werkstoffkenngröße darstellt, meist die höhere Biegezugfestigkeit zugrunde gelegt. Bei der Biegezugfestigkeit handelt es sich um eine von der Querschnittsdicke abhängige Festigkeitskenngröße, die implizit die Auswirkungen von Spannungsumlagerungen erfasst. Diese finden mit einsetzender Mikrorissbildung auf Querschnittebene statt und verzögern so den Biegebruch. Der Effekt ist bei kleiner Querschnittsdicke und Beton mit hoher spezifischer Bruchenergie ausgeprägter als bei großer Querschnittsdicke, da bei letzterer die kritische Rissbreite schneller erreicht wird.

Für ultrahochfesten Beton (UHFB) existierte bislang kein rechnerischer Ansatz zur Bestimmung der maßstabbehafteten Biegezugfestigkeit, jedoch ist diese für die sichere und wirtschaftliche Auslegung z. B. dünner Fassadenplatten aus UHFB besonders relevant. Um die Lücke zu schließen, wurden in einem vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) geförderten Forschungsvorhaben [1] Zug-, Biegezug-, Spaltzug- und Druckfestigkeit von faserfreiem Feinkorn- und Grobkorn-UHFB bestimmt und zusammen mit Daten aus der Literatur untereinander in Beziehung gesetzt. Es zeigte sich, dass Grobkorn- UHFB bei vergleichbarer Druckfestigkeit tendenziell niedrigere Zug-, Biegezug- und Spaltzugfestigkeiten als Feinkorn-UHFB aufweist. Durch Wasserlagerung der Probekörper kann Eigenspannungen vorgebeugt werden, die bei Wärmebehandlung oder Trockenlagerung die messbare Zugfestigkeit mit zunehmender Querschnittsgröße stärker mindern. Zur rechnerischen Bestimmung der Biegezugfestigkeit von UHFB wurde ein Ansatz vorgeschlagen, der eine lineare Abhängigkeit von der Querschnittsdicke vorsieht (Abb.1). Die Ergebnisse der Arbeit sollen Eingang in die DAfStb-Richtlinie „Ultrahochfester Beton“ finden.