Rauheit von Betonoberflächen
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Date
2004-02-26
Authors
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Publisher
Universität Dortmund
Abstract
Teil 1 3D-Laser-Messung und Beschreibungder Rauheit von BetonoberflächenDie Reglungen für die Verstärkung und Instandsetzung von Betonbauteilen fordern, dass dieOberflächen der zu verstärkenden Bauteile aufgerauht werden sollen. Es ist aber nichtvorgeschrieben, wie die Rauheit zu bemessen ist, noch wie die Rauheit zu messen ist.Daher wurden diese Fragen hier untersucht.Eine der Methoden zur Erfassung der Oberflächenrauheit ist das Sandflächenverfahren nachKaufmann. Diese Methode ist in den aktuellen nationalen Vorschriften mittlerweile standardisiert.Sie hat aber begrenzte Einsatzmöglichkeiten hinsichtlich der Bereiche der messbarenRauheiten und ihrer eingeschränkten Einsetzbarkeit auf waagerechte oder leicht geneigteFlächen. Dies führte dazu, dass andere Methoden zur Erfassung der Rauheit notwendigwurden. Eine dieser Methoden ist der Einsatz eines Lasers, mit dem man die Oberflächeabtastet und die Rauheit anschließend berechnet. Bislang wurde diese Methode soeingesetzt, dass man die Fläche nur aus einzelnen Schnitten zusammensetzt. Dies führtedazu, dass man nur 2D-Profile erhielt, die 3D-Natur der Oberfläche aber nicht erfasste. Imersten Teil dieser Arbeit wird ein 3D-Laserabtastverfahren ausführlich vorgestellt.Es wurden drei Serien von Betonplatten hergestellt. Jede Serie wurde mit unterschiedlichenZuschlägen betoniert. Jede Betonplatte wurde dann stufenweise um 1 mm bis maximal3 mm aufgeraut. Die Platten wurden mit Hilfe des Sandflächenverfahrens kontrolliertaufgeraut. Anschließend wurden die Platten mit dem Laser flächendeckend abgetastet unddie Oberflächenkenngrößen berechnet. Es wurde eine Korrekturempfindlichkeit eingeführt.Somit wurde dann für jede Serie (Sieblinie) und jede Rauheitsstufe die Korrekturempfindlichkeitund ihr Einfluss auf die Oberflächenkenngrößen untersucht und anschließend dieErgebnisse der 3D-Laserverfahren und Sandflächenverfahren mit einander verglichen.Teil 2 Reibung und Kraftübertragung zwischen Alt- und Neubetonunter nicht ruhender BelastungMit diesem Verfahren, die Oberflächen mit dem 3D-Verfahren abzutasten, besteht dieMöglichkeit, Oberflächen auf neue Weise zu beschreiben. Im zweiten Teil der Arbeit wurdeuntersucht, inwiefern eine Aufrauung der Oberfläche einen Einfluss auf die übertrageneKräfte zwischen einen Betonbauteil und der Verstärkungsschicht hat. Dies wurde auch unternicht ruhender Belastung geprüft.Dazu wurden auch die Betonfestigkeiten der Grundkörper und der Verstärkungsschichtenvariiert. Der Bewehrungsgrad der Verbundfuge wurde durchgehend gleich gehalten. Eskonnte herausgefunden werden, dass die unterschiedlichen Sieblinien keinen Einfluss aufdie Ergebnisse hatten. Nur der Grad der Aufrauung spielt eine Rolle. Es konnte auchherausgefunden werden, dass bei den aufgerauten Flächen die Grundkörper Betonfestigkeitkein Einfluss auf die Ergebnisse hatten. Die Festigkeit der Verstärkungsschichten führenhingegen zu einer deutlichen Erhöhung der übertragbaren Kräfte. Es konnte auchherausgefunden werden, dass die Festigkeit unter Ermüdungsbeanspruchung hier etwa 50%der Kurzzeitfestigkeit betrug.
Part 1 3D Laser Measurement and Descriptionof the Roughness of Concrete SurfacesThe regulations concerning strengthening and rehabilitation of concrete structures requireroughening of the concrete surface before casting the strengthening layer. Yet, they doneither describe a definition of the roughness nor a measuring method. Part 1 of this paperdeals with this topic.Different methods were developed for measuring the roughness of the surface. One of thesemethods is the so called 'Sand Volumetric Technique (SVT)' after Kaufmann, which is aneasy and quick to use method for measuring macro texture depths. In the meantime thismethod was implemented in actual German regulations. This method, however haslimitations regarding the range of roughness; furthermore the application is restricted onhorizontal or slightly sloped surfaces. Therefore it was necessary to develop methods beingable to cope with a wider range of roughness and arbitrarily oriented surfaces. One of thesemethods is the appliance of laser technology. Usually the laser technology was applied forscanning the surface strip by strip, thus obtaining a 2D profile. This kind of applicationhowever does not take account of the 3D nature of surfaces. This aspect was dealt with inPart 1 of this paper thus leading to the introduction of a 3D laser measurement and adescription of the roughness of concrete surfaces.Three series of concrete plates where produced, each had a different grain-size distributioncurve (GSDC). According to DIN 1045 three curves A,B and C are defined. Every concreteplate was sandblasted in steps of 1 mm and controlled by the SVT-method. Subsequentlythe whole surface was scanned using the laser method. Thereafter the characteristicroughness parameters were calculated. A correction sensitivity factor was introduced in orderto eliminate statistical outliers. Summarising for each test series different combinations of theGSDC, roughness grade and correction sensitivity were studied in order to find theirinfluence on the characteristic roughness parameters of a surface. The results of the3D laser method were compared to the outcomes of the SVT.Part 2 Friction and Force Transfer between Concrete Surfacesand Strengthening Layers under Dynamic LoadsBy using the 3D method the effect of roughening on the force transfer between base sampleand concrete layer under dynamic loads was studied. For this purpose a comparison wasmade between �untreated� surfaces and surfaces with a defined roughness of 1 mm.Additionally the concrete strengths of the base sample and the concrete layers were varied.The degree of reinforcement between base sample and concrete layer was kept constant.The study revealed that the decisive parameters are roughness of the surface and strengthof the layer. No major influence was due to GSDC and to concrete strength of the basesample.Under dynamic loads better results were only obtained when the strength of the layer wasincreased. The fatigue strength was found to be about 50% of the ultimate static strength.
Part 1 3D Laser Measurement and Descriptionof the Roughness of Concrete SurfacesThe regulations concerning strengthening and rehabilitation of concrete structures requireroughening of the concrete surface before casting the strengthening layer. Yet, they doneither describe a definition of the roughness nor a measuring method. Part 1 of this paperdeals with this topic.Different methods were developed for measuring the roughness of the surface. One of thesemethods is the so called 'Sand Volumetric Technique (SVT)' after Kaufmann, which is aneasy and quick to use method for measuring macro texture depths. In the meantime thismethod was implemented in actual German regulations. This method, however haslimitations regarding the range of roughness; furthermore the application is restricted onhorizontal or slightly sloped surfaces. Therefore it was necessary to develop methods beingable to cope with a wider range of roughness and arbitrarily oriented surfaces. One of thesemethods is the appliance of laser technology. Usually the laser technology was applied forscanning the surface strip by strip, thus obtaining a 2D profile. This kind of applicationhowever does not take account of the 3D nature of surfaces. This aspect was dealt with inPart 1 of this paper thus leading to the introduction of a 3D laser measurement and adescription of the roughness of concrete surfaces.Three series of concrete plates where produced, each had a different grain-size distributioncurve (GSDC). According to DIN 1045 three curves A,B and C are defined. Every concreteplate was sandblasted in steps of 1 mm and controlled by the SVT-method. Subsequentlythe whole surface was scanned using the laser method. Thereafter the characteristicroughness parameters were calculated. A correction sensitivity factor was introduced in orderto eliminate statistical outliers. Summarising for each test series different combinations of theGSDC, roughness grade and correction sensitivity were studied in order to find theirinfluence on the characteristic roughness parameters of a surface. The results of the3D laser method were compared to the outcomes of the SVT.Part 2 Friction and Force Transfer between Concrete Surfacesand Strengthening Layers under Dynamic LoadsBy using the 3D method the effect of roughening on the force transfer between base sampleand concrete layer under dynamic loads was studied. For this purpose a comparison wasmade between �untreated� surfaces and surfaces with a defined roughness of 1 mm.Additionally the concrete strengths of the base sample and the concrete layers were varied.The degree of reinforcement between base sample and concrete layer was kept constant.The study revealed that the decisive parameters are roughness of the surface and strengthof the layer. No major influence was due to GSDC and to concrete strength of the basesample.Under dynamic loads better results were only obtained when the strength of the layer wasincreased. The fatigue strength was found to be about 50% of the ultimate static strength.
Description
Table of contents
Keywords
Rauheit, Betonoberflächen, Laser-Messung, Reibung, Altbeton