Haftzugversuche auf dem Gebiete des Schachtausbaues PDF
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DK 622.282.5:620.17 FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Herausgegeben durch das Kultusministerium Nr.783 Dipl.-Ing. Bertold Hornemann Forschungsstelle für Gebirgsdruck und Schachtbau Essen Haftzugversuche auf dem Gebiete des Schachtausbaues Als Manuskript gedruckt WESTDEUTSCHER VERLAG / KOLN UND OPLADEN 1960 ISBN 978-3-663-03676-0 ISBN 978-3-663-04865-7 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-04865-7 G 1 i e der u n g · . . . . . . . . 1. Einlei tung · · s. 5 11. Aufgabe der Untersuchungen · · · s. 5 111. Durchführung der Versuche . · · s. 6 s. 1. Verwendete Werkstoffe 1 s. a) Kies 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . s. b) Zement 8 c) Haftplatten • . · · S. 8 . . 2. Haftflächen · · · · · · · s. 8 a) Größe der Haftflächen · · · · · · · · · · · · s. 8 b) Bearbeitung der Haftflächen · · · · · · · s. 9 3. Herstellung der Versuchskörper · · · · · · · · · · · s. 9 4. Überprüfung der Versuchskörper · · · · · s. 9 5. Ermittlung der Dehnung im Beton · · · s. 9 6. Festigkeit des verwendeten Betons · · · · · · S. 10 a) Druckfestigkeit · · · · · · · s. 10 . b) Zugfestigkeit · · · · · · · · · · · · · · · · · S. 10 c) Verhältnis von Druck- zu Zugfestigkeit · · · · · s. 11 1. Haftzugfestigkeit von Beton gegen Gußeisen oder Stahl . • • . • • • . • · • S. 11 a) Probekörperdurchmesser 50 mm • • . S. 1 t 1. Wasser-Zement-Faktor 0,5 . · · s. 15 2. Wasser-Zement-Faktor 0,6 .. · · s. 15 b) Probekörperdurchmesser 150 mm · · S. 16 1. Wasser-Zement-Faktor 0,5 .. · · s. 16 2. Wasser-Zement-Faktor 0,6 •. · · S. 18 c) Vergleich der Haftzugfestigkeiten zwischen Beton und Gußeisen und Beton und Stahl bei einem Wasser-Zement~Faktor von 0,6 im Alter von 28 und 365 Tagen · . . . . . s. 18 d) Einfluß der Zementsorte auf die Haftzug festigkeit zwischen Beton und Gußeisen und . . Beton und Stahl • . ,; • • • • • S. 20 Seite 3 e) Vergleich der Haftzugfestigkeiten bei unbe arbeiteter und gesandstrahlter Haftplatte • s. 20 f) Ermi ttlung der Betondecke in Abhängigkeit von der aufgebrachten Zugspannung • • • • S. 21 IV. Zusammenfassung S. 21 4 Seite 1. Einlei tung Im nicht standfesten, wasserreichen Gebirge erfolgt in den meisten Fäl len der Ausbau des Schachtes durch Tübbinge, die aus Gußeisen oder Stahl sein können. Zum Gebirge hin wird ein Anschlußbeton eingebracht. Nach Meinung von Fachleuten pflanzt sich der Wasserdruck durch den Anschluß beton bis auf den dichten Ausbau fort und kommt in voller Höhe zur Wir kung. Durch den Wasserdruck entsteht eine Zugspannung zwischen Beton und Gußeisen oder Stahl. Wenn die Haftzugfestigkeit der Aufbaustoffe so groß ist, daß diese Spannung übernommen werden kann, kann der Ausbau als Ver bundausbau bezeichnet und berechnet werden. Die Haftung der Ausbaustoffe aneinander ist also für die Berechnung von ausschlaggebender Bedeutung. Es sind zwar Versuche schon früher unternommen worden, um die Haftzug festigkeit zu bestimmen, haben aber zu keinem Ergebnis geführt. 11. Aufgabe der Untersuchungen Die Größe der Zugkräfte, die zwischen Beton und Gußeisen bzw. Stahl übertragen wird, soll bestimmt werden. Das Zusammenwirken von Beton ~ur Übertragung von Haftzugkräften setzt eine ausreichende Haftung voraus. Im Stahlbetonbau wird die Haftung zwischen Beton und Stahl durch das Schwinden des Betons, das eine Kraftwirkung auf die Stahleinlage aus übt, erklärt. Dadurch wird der Widerstand der Bewehrung gegen Heraus reissen heraufgesetzt. Beim Tübbingausbau ist dieser Vorgang nicht mög lich, da der Beton nicht vollständig austrocknet und deshalb nicht zum Schwinden neigt. Für die Ermittlung der Haftzugfestigkeit der Ausbau stoffe wird die Zugbelastung mechanisch aufgebracht. Es war eine Ver suchseinrichtung zu schaffen, die eine gute Einleitung der Kräfte und eine gleichmäßige Spannungsverteilung über den Querschnitt bewirkt. Die Größe der Haftzugfestigkeit wird von folgenden Faktoren beeinflußt: 1. Zusammensetzung des Betons a) Mischungsverhältnis b) Wasser-Zement-Faktor c) Gewählte Zementsorte und -güte 2. Haftflächengröße 3. Material a) Gußeisen b) Stahl Sei te 5 4. Oberflächenbeschaffenheit der Haftplatte a) unbearbeitet b) bearbeitet 111. Durchführung der Versuche Für die Durchführung der Versuche konnten Mittel aus dem Haushalt des Landes Nordrhein-Westfalen verwendet werden. Die Arbeit wurde in der Forschungsstelle für Gebirgsdruck und Schachtbau Essen unter Leitung von Herrn Prof.Dr.-Ing.habil. F. Essen, Westendstraße 2 durchge- führt. Abbildung 1 zeigt die Forschungsstelle für Gebirgsdruck und Schachtbau Essen. A b b i 1 dun g 1 Ansicht der Forschungsstelle für Gebirgsdruck und Schachtbau Essen Umfangreiche Vorversuche wurden durchgeführt, um eine gleichmäßige Ein leitung der Zugkräfte im Betonquerschnitt zu erreichen. Vorrichtungen wurden entwickelt, um Versuchskörper in verschiedenen Abmessungen ein zuspannen und zu belasten. Eine 20-t-Universal-Prüfpresse spezieller Bauart wurde beschafft. Die Abmessungen des für die Haftzugversuche ge eigneten Probekörpers waren folgende: (Abb.2). Die Probekörper wurden in zwei verschiedenen Größen hergestellt: 1. Haftplattendurchmesser 50 rnrn 2. Haftplattendurchmesser 150 mm Sei te 6 3D 6fJ7D 3D A b b i 1 dun g 2 Abmessungen des Haftzugkörpers In der Mitte des Probekörpers wurde eine 10 mm starke Haftplatte ein gefügt. 1. Verwendete Werkstoffe a) Kies Für die Herstellung der Haftzugkörper wurde ein Naturkies verwendet. In dem jeweiligen Mischungsverhältnis wurde der getrocknete, ausgesiebte Kies nach Gewichtsteilen für die Herstellung des Betons zugesetzt. Die Kornverteilung des Kieses nach den einzelnen Korngruppen ist aus der 3). Kornverteilungskurve zu ersehen (Abb. Die Zusammensetzung der Zu schlagstoffe wurde für alle Versuche konstant gehalten. Die einzelnen Korngruppen wurden nach Gewichtsteilen zugegeben. 7 Seite ---- 100 ~ 80 ......- ./ ,/ 60 / 20 o 01 J 7 15 3() A b b i 1 dun g 3 Siebkurve des Betonkieses für die Raftzugkörper b) Zement Für die Herstellung der Versuchskörper wurden Normenzemente folge~der Firmen verwendet: 1. Hochofenzement HZ 225 der Fa. Steine u. Erden GmbH, Goslar 2. Hochofenzement HZ 225 vom Hüttenwerk Meiderich 3· Portlandzement PZ 225 "Mark" 4· Portlandzement PZ 225 "Lengerich" 5· Portlandzement PZ 325 "Lengerich" 6. Portlandzement PZ 425 "Lengerich" c) Haftplatten Die gußeisernen Haftplatten wurden nur für diesen Zweck gegossen. Das Gußeisen entsprach einem GG 18. Di~ stählernen Haftplatten wurden aus St. 31 gefertigt. Die Oberflächen der Platten erfuhren für die Unter suchung mit unbearbeiteter Haftfläche keine mechanische Bearbeitung. 2. Haftflächen a) Größe der Haftflächen Der Einfluß der Haftflächengröße auf die Haftzugfestigkeit wurde an Probekörpern mit zwei Durchmessern ermittelt: 1. Probekörperdurchmesser 50 mm 2. Probekörperdurchmesser 150 mm Seite 8 Die Probendurchmesser verhalten sich wie 1 3, dementsprechend die I Haftflächen wie 1 : 9. b) Bearbeitung der Haftflächen Für die Versuche mit unbearbeiteter Haftfläche wurden die Guß- und Stahl platten mit Guß- oder Walzhaut in der entsprechenden Materialstärke ver wendet. Mit bearbeiteter Haftfläche wurde die Oberfläche entweder abge dreht oder gesandstrahlt. Bei Stahl und Gußeisen erfolgte die Bearbei tung immer in derselben Weise. ,. Herstellung der Versuchskörper Der Beton für die Versuchskörper wurde bei einem Wasser-Zement-Faktor i von 0,5 und 0,6 und einem Mischungsverhältnis von = 1 : 1 bis 1 : 4 hergestellt. Das Einfüllen erfolgte in die stehende Form gegen die Haft platte. Nach dem Erhärten des Betons wurde die zweite Hälfte eingebracht. Die Probekörper wurden nach dem Entschalen bis zum Tage der Prüfung un ter Wasser gelagert. Diese Lagerung entspricht dem Zustand im Gebirge, dem die Betonhinterfüllung ständig vom Gebirge aus b~i durchfe~chtet wird. 4. Überprüfung der Versuchskörper Die Versuchskörper wurden senkrecht in eine Universal-Prüfmaschine ein gespannt. Die Einleitung der Kräfte erfolgte durch Kugelgelenke und Dreibackenfutter in die verstärkten Enden der Versuchskörper. Der gleich mäßige Übergang zum säulenförmigen Teil verhindert eine Spannungshäufung und damit einen Bruch in dem Übergangsquerschnitt. Die Laststeigerung erfolgte gleichmäßig. Die Versuchseinrichtung zeigt Abbildung 4. 5. Ermittlung der Dehnung im Beton Zur Ermittlung der Dehnung im Beton wurde an die Versuchskörper eine Meßvorrichtung angebracht, die es erlaubt, die Dehnung des Betons in drei Richtungen in Abhängigkeit von der aufgebrachten Spannung zu mes sen. Durch diese Versuchsanordnung war es möglich, die Größe der Ver formungen beim Zubruchgehen des Probekörpers zu erhalten. Seite 9
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