Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Alkali-Zuschlag-Reaktion, Dauerhaftigkeit, Zerstörungsmechanismen, Stahlbeton, Tragwerksverhalten
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Alcali-aggregate-reaction, durability, deterioration mechanisms, reinforced concrete, structural behaviour
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Die AZR hat wegen der (noch) relativ geringen Anzahl Bauwerken mit AZR Schäden in der Fachwelt bisher noch wenig Aufsehen erregt. Im Sinne eines vorausschauenden Vorgehens soll mehr über die Frage erfahren werden, um damit in Zukunft das notwendige Fachwissen für eine effiziente Behandlung der dereinst (vermutlich) häufigen Fälle von Betonbauten mit AZR zur Verfügung zu haben. Der Sachstandbericht aus der Sicht des Tragwerksingenieurs wird eine Antwort hinsichtlich der Relevanz des Problems bringen, und er wird das Forschungsbedürfnis in Form von konkreten Fragestellungen aufzeigen.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Due to the relatively small number of known damaged structures, the alcali-aggregate-reaction (AAR) did not yet receive a lot of attention by the profession. Anticipating an important increase in the number of structures with AAR damage, the knowledge should be improved and methods should be elaborated for an efficient evaluation and rehabilitation of reinforced concrete structures with AAR damage. This project will provide a state-of-the-art report from the viewpoint of structural engineering. Also, relevant research topics will be identified.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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Die Alkali-Zuschlag-Reaktion (AZR) führt zu einer Volumenausdehnung des Betons mit entsprechender Rissbildung. Dies hat unter anderem eine Reduktion der mechanischen Eigenschaften des Betons zur Folge. Die AZR ist ein relativ langsam ablaufender Vorgang ; Schäden am Bauwerk sind erst nach Jahrzehnten sichtbar.
Während im Ausland die AZR in verschiedenen Ländern (z.B. USA, Japan) schon seit Jahrzehnten bekannt ist, ist die AZR in der Schweiz einzig im Bereich der Betonstaumauern seit mehreren Jahren ein Thema. Im Bereich der Kunstbauten ist in der Schweiz seit wenigen Jahren eine exponentielle Zunahme der bekannten Fälle mit Schäden durch Alkali-Zuschlag-Reaktion (AZR) zu verzeichnen. Zu den betroffenen Bauwerken gehören vor allem Stützmauern und Galerien, aber auch Brücken.
Bisherige Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der AZR wurden vorwiegend im Zusammenhang mit den Betonstaumauern durchgeführt. Dabei konzentrierten sich die Forschungen auf das Verständnis der AZR auf der (Mikro-)Stufe des Werkstoffs Beton. Nur vereinzelt wurden Materialgesetze hergeleitet, z.B. zur Beschreibung der Festigkeitsabnahme infolge der AZR. Das Tragverhalten von Tragelementen oder ganzen Tragwerken mit AZR wurde bisher nur wenig untersucht.
Die Überprüfung von bestehenden Kunstbauten besteht im wesentlichen aus drei Teilen : (1) Aufnahme und Interpretation des Bauwerkszustands, (2) Nachweis einer genügenden Tragsicherheit und (3) Voraussage der Zustandsentwicklung. Dies gilt auch für Stahlbetonbauten mit AZR.
Zum Bereich „Aufnahme und Interpretation des Bauwerkszustands“ wird das ASTRA Projekt AGB 2001/471 : Schäden durch die Alkali-Aggregat-Reaktion an Betonbauten in der Schweiz, das am TFB Wildegg bearbeitet wird, dem mit der Überprüfung beauftragten Ingenieur die notwendigen Erkenntnisse liefern.
Für den Nachweis der Tragsicherheit und der Voraussage des Tragvermögens mit fortschreitender AZR fehlen die Kenntnisse hingegen weitgehend. Beispielsweise müssen zunächst neuartige Widerstandsmodelle für Stahlbeton mit AZR (Fragestellungen : teilweiser Verbund zwischen Betonstahl und Beton, spröder Betonbruch bei geringer Druckfestigkeit) entwickelt werden, bevor ein wirklichkeitsnaher Nachweis der Tragsicherheit geführt werden kann. Damit kann auch der optimale Zeitpunkt für die Instandsetzung nicht zuverlässig vorausgesagt werden. Dem Ingenieur fehlen also weitgehend die Hilfsmittel zur Überprüfung der Bauwerke mit AZR.
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Methoden
(Deutsch)
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Das Thema soll anhand der drei folgenden Methoden zur Informationsbeschaffung behandelt werden:
- Literaturstudie
- Befragung von Personen im In- und Ausland mit Kenntnissen über Stahlbetonbauten mit AZR
- eigene überschlägige Analysen und Überlegungen zu möglichen Widerstandsmodellen für Stahlbeton mit AZR
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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keine
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Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
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Das vorgeschlagene Thema ist für das MCS neu. Es gehört am MCS zur Forschungsorientierung "Sicherheit und Zuverlässigkeit von Betonbauten", wo Themen über zeitabhängige Zerfallsprozesse und Modelle für die Zustandsentwicklung von Betonbauten bearbeitet werden. Ein wichtiges Projekt aus dieser Forschungsorientierung ist im Zusammenhang mit der Dissertation von G. Roelfstra der Auftrag AGB 1996/043 (84/96), der zum VSS Bericht 560 (Januar 2001) : Modèle d’évolution de l’état des ponts-routes en béton armé geführt hat.
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Projektziele
(Deutsch)
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Das Ziel der beantragten Arbeit besteht darin, einen Sachstandbericht zur Thematik „Tragverhalten von Stahlbetonbauten mit AZR“ zu erstellen.
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Projektziele
(Englisch)
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The objective of the project is to establish a state-of-the-art report on the theme of structural behaviour of reinforced concrete structures suffering from alcali-aggregate-reaction (AAR)
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Die Arbeiten erstrecken sich über 1 Jahr.
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Zielerreichung
(Deutsch)
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Die Ziele wurden erreicht, indem ein Sachstandbericht erstellt und der Forschungsbedarf aufgezeigt wurden. Die Begleitkommission C (BK C) hat den Schlussbericht genehmigt und zur Veröffentlichung freigegeben.
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Abstract
(Deutsch)
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Der Forschungsbericht beinhaltet den Stand der Kenntnisse über Kunstbauten aus Stahlbeton mit AAR, wobei darauf geachtet wurde, die Thematik für den Bauingenieur aus der Sicht der mechanischen Werkstoffeigenschaften (und weniger des chemisch-physikalischen Phänomens der AAR) sowie des Tragverhaltens von Bauteilen aus Stahlbeton aufzubereiten. Der Forschungsbericht weist einen bedeutenden Forschungsbedarf aus, insbesondere was das Tragverhalten und die Beurteilung der Tragsicherheit von Betonbauten mit AAR betrifft. Es besteht nun eine Grundlage, um weitere Forschungsarbeiten gezielter definieren und bearbeiten zu können.
Der Bericht macht auch deutlich, dass heute – auch in der Schweiz – die Thematik der AAR rasch in der Berufswelt bekannt gemacht werden sollte. Es besteht ein grosser Bedarf, die Bauwelt über die Schädigung durch AAR zu informieren, damit das Phänomen bei der Zustandsaufnahme von Betonbauten auch erkannt wird und Erhaltungsmassnahmen möglichst frühzeitig getroffen werden können.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Der im Forschungsbericht dargestellte Sachstand kann anhand von Normenarbeit, Aufsätzen, aber auch im Rahmen von Tagungen verbreitet werden. Das vordringliche Ziel muss dabei sein, die Berufswelt über die Schädigung von Betonbauten durch AAR und deren Auswirkungen auf das Tragverhalten, die Gebrauchstauglichkeit und die Tragsicherheit zu informieren.
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Neue Kenntnisse/Literatur
(Deutsch)
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Es ist ein Ziel, des Projekts, die Literaturliste zu erstellen.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Wälchli, T., Brühwiler, E.: Tragverhalten von Kunstbauten aus Stahlbeton mit Alkali-Aggregat-Reaktion (AAR) - Sachstandbericht. VSS-Bericht Nr. …, 2005.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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584
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