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Analyse der Faserverteilung in Betonen mit Hilfe der Computer-Tomografie

Betone unterschiedlichster Art sind hervorragen geeignet, Druckspannungen aufzunehmen, jedoch ist die Zugfestigkeit dieser Beton wesentlich niedriger und von vielen äußeren Parametern abhängig. Gerade bei steigender Druckfestigkeit der Betone ist das Nachbruchverhalten, sprich die Duktilität des Baustoffes, nicht zufriedenstellend. Um diese geforderte Duktilität zu erreichen und dem spröden Bruchverhalten bei (ultra)hochfesten Beton entgegenzuwirken, werden diesen Betonen Fasern beigemischt. Für die Verbesserung der Festbetoneigenschaften ist die Fasermenge, Faserorientierung und Faserverteilung ausschlaggebend. Dies macht eine Überwachung dieser Eigenschaften notwendig, sei es zur Qualitätssicherung auf der Baustelle oder im Bereich der Forschung zur Weiterentwicklung von Hochleistungsbetonen. Gegenüber bisher angewendeten Methoden zur Untersuchung dieser Einflussgrößen, eröffnet die Computer-Tomographie die Möglichkeit, für Betone mit Fasern und Gelegen aller Art die Faserorientierung und Faserverteilung im gesamten Volumen eines Probekörpers zu betrachten und zu analysieren.

Forschungsschwerpunkte

In der ersten Phase des Projektes wurde die Möglichkeit, Fasern in faserverstärkten Hochleistungsbetonen mithilfe der Computer-Tomographie (CT) zu detektieren und hinsichtlich ihrer Orientierung und Verteilung zu analysieren, untersucht. Dabei kamen unterschiedlichen Faserarten in Betonen mit unterschiedlicher Probengeometrie zum Einsatz. Weitere Arbeiten umfassen insbesondere Versuche zur Beurteilung der Wiederholstreuung der Messergebnisse sowie die Entwicklung vereinfachter bzw. teilweise automatisierter Analysetools.

Diese erste Projektphase wurde vom Deutschen Beton- und Bautechnikverein (DBV) innerhalb des Forschungsprojektes „Analyse der Faserverteilung in Beton mit Hilfe der Computer-Tomographie“ (DBV 273) gefördert und mit einem Schlussbericht im August 2009 abgeschlossen.

Neuere Arbeiten beschäftigen sich mit der genaueren Untersuchung der Mikrostruktur des Baustoffs „Stahlfaserbeton“. Im Mittelpunkt der Forschung steht die Beschreibung des Nachbruchverhaltens dieser Betone.

Stand der Bearbeitung (07.10.2013)

• Anpassung und Verbesserung der entwickelten Verfahren zur Untersuchung von Stahlfaserbeton und faserverstärktem UHPC im Rissbereich, bezüglich der Faserverteilung und –orientierung.

• Untersuchungen zur Beschreibung der Rissentwicklung (Risstopografie).

• in-situ Beobachtung der Mirkostruktur unter Last im CT

Projektpartner

Das Forschungsvorhaben wird in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) in Kaiserslautern durchgeführt.

Finanzierung

Die Untersuchung der Anwendbarkeit der Computer-Tomographie und der entwickelten Software zur Analyse der Faserorientierung wurde vom Deutschen Beton- und Bautechnikverein (DBV) innerhalb des Forschungsprojektes DBV273 finanziert und mit einem Abschlussbericht abgeschlossen. Die weiteren Untersuchungen zur möglichen Wiederholstreuung und anderer Anwendungsmöglichkeiten der CT-Analyse werden im Rahmen von „CM²“ im Projekt „Bildverarbeitung im Bauwesen“ weiter verfolgt.