Prediction of the Sustained Load Strength of Autoclaved Aerated Concrete on a Short-term Basis

Im Rahmen der Arbeit wird das Tragverhalten von dampfgehärtetem Porenbeton unter einachsiger Druckbeanspruchung untersucht. Ziel ist es, einen Zusammenhang zwischen makroskopischen Spannungs-Dehnungs-Beziehungen, beanspruchungsbedingten Strukturänderungen und der Dauerstandfestigkeit herzustellen. Die Dauerstandfestigkeit stellt im Sinne der Arbeit eine elementare Gefügeschwelle dar, durch sie wird das stabile vom instabilen Tragverhalten abgegrenzt. Der Zusammenhang zwischen Strukturänderungen und Spannungs-Dehnungs-Verhalten wird anhand mechanischer Modelle analysiert. Diese Untersuchungen liefern die konzeptionelle Orientierung für die durchzuführenden Laborversuche. Die experimentelle Basis der Arbeit bilden Kurzzeit- und Langzeitversuche an Porenbetonzylindern unter einachsiger Druckbeanspruchung. Es werden Probekörper von drei Porenbetonwerken untersucht. Um den Einfluss der Lastgeschichte aufzuzeigen, wird die Versuchsdauer zwischen einer Sekunde und mehreren Wochen variiert. Die Versuche werden mit unterschiedlichen Lastregimen durchgeführt: sowohl mit monoton gesteigerter Beanspruchung bis zum Versagen bzw. bis zum vorgesehenen Beanspruchungsniveau als auch mit niederzyklischer Beanspruchung. Die Messdaten werden unter Einbeziehung der dreidimensionalen Ansätze der Spannungs- und Deformationstheorie hinsichtlich des sphärischen und des deviatorischen Anteils des Spannungs- und Verformungszustandes ausgewertet. Diese auf die separate Betrachtung der Volumen- und Gestaltänderung gestützte Auswertung liefert zusätzliche Erkenntnisse hinsichtlich der Zuordnung von reversiblen und irreversiblen Verformungen zu den Teiltensoräquivalenten. Entsprechend den Versuchsergebnissen ändert sich die Kompressibilität des Porenbetons belastungsabhängig. Bereits kurzzeitige Überlastungen oberhalb der experimentell ermittelten Dauerstandgrenze sind von signifikanten Änderungen der Kompressionssteifigkeit begleitet. Das qualitative Tragverhalten des Porenbetons, das bei Beanspruchungen oberhalb der Dauerstandfestigkeit grundsätzliche Änderungen erfährt, lässt sich so bereits im Kurzzeitversuch abgrenzen. Zusätzliche Auswertungen für Normalbeton und selbstverdichtenden hochfesten Beton weisen auf analoges Verhalten hin. Auf der Basis der durchgeführten Untersuchungen werden Konzepte vorgestellt, mit denen die Dauerstandfestigkeit im Kurzzeitversuch, das heißt mit einer Versuchsdauer von wenigen Stunden, prognostiziert werden kann. Damit können Untersuchungen zur Dauerstandfestigkeit, die eine grundlegende Größe zur Beurteilung der Tragfähigkeit darstellt, routinemäßig durchgeführt werden.This thesis is concerned with the behaviour of autoclaved aerated concrete (AAC) when it is subjected to uniaxial compressive loads. The objective is to ascertain the relationship between textural changes, macroscopic stress-strain relations and the sustained load strength of the material itself. Throughout the thesis, the sustained load strength is considered as a basic threshold level, i.e. as the boundary between stable and unstable load-bearing behaviour. First, the effect of textural changes on the stress-strain behaviour was analysed on a theoretical basis with the aid of mechanical models. Based on the results, experimental tests were then planned. Short-term as well as long-term tests were carried out using cylindrical specimens made of AAC. Three different types of AAC were tested. Different load histories were used: monotonically increased loads and low-cycle loads with the load level increased step by step. Within the context of the test data analysis, three-dimensional textural responses are taken into account. Uniaxial loading is regarded as a special case of multi-axial loading. The decomposition of the stress tensor and strain tensor respectively opens up the opportunity to obtain more detailed information about elastic and inelastic material properties. It can be shown that compressibility of AAC undergoes load-dependent changes. Even short-term overloads lead to significant textural changes; these can be detected by analysing the bulk modulus. On this basis, it is possible to give clear statements about the sustained load strength of AAC. Additional tests carried out on normal-strength concrete and self-compacting concrete display similar behaviour. This study outlines a way of predicting sustained load strength on a short-term basis. As a result, it will be possible to carry out routine investigations into the sustained load strength in the future