Selbstvorspannende ultrahochfeste Betonelemente - Die Aktivierung von mit eisenbasierten Formgedächtnislegierungen bewehrten Betonelementen durch thermische Nachbehandlung

Herrn Prof. Dipl.-Ing. Dr.phil. Dr.techn. Dr.-Ing. E.h. Konrad Bergmeister zu seinem 60. Geburtstag gewidmet
Durch thermische Nachbehandlung können die Eigenschaften von Materialien gezielt beeinflusst werden. Ein Beispiel dafür ist Beton. Durch den Erwärmungsprozess können der Aushärtungsprozess beschleunigt und etwaig vorhandene puzzolanische Zuschlagstoffe zugunsten einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften aktiviert werden. Eisenbasierte Formgedächtnislegierungen reagieren unter bestimmten Umständen auch sensitiv auf Temperatureinwirkung. Eine vorab mechanisch eingeprägte Form, die beispielsweise durch Vordehnen hergestellt wird, kann durch eine thermische Behandlung wieder rückgängig gemacht werden. Wird diesem “Formgedächtniseffekt” ein Widerstand entgegengesetzt, so führt dieser zu einer Zugkraft im Metallteil, die gezielt als Vorspannung genutzt werden kann. Bewehrt man nun Beton mit Stäben oder Matten aus einer eisenbasierten Formgedächtnislegierung und behandelt die Bauteile entsprechend thermisch nach, kann ein Selbstvorspannungseffekt erzeugt werden, der sich vorteilhaft auf die Gebrauchstauglichkeit und Steifigkeit der Bauteile auswirkt. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über eine erste Machbarkeitsstudie zu diesem Ansatz. Nach einer Beschreibung der verwendeten Ausgangsmaterialien wird eine erste Serie von Dreipunktbiegeversuchen präsentiert, anhand derer der beschriebene Effekt bereits experimentell nachgewiesen werden konnte. Abschließend werden mögliche Anwendungsfelder vorgestellt.

Self post-tensioning ultra-high performance concrete elements
The activation of with iron based shape memory alloys reinforced UHPC elements by thermal follow up treatment Thermal treatment can be used to influence the properties of materials. One example is concrete. The heating procedure allows to accelerate the hardening process and to activate pozzolanic additives if available in favor of improved mechanical properties. Shape-memory alloys are in some cases also sensitive to temperature treatment. A previously mechanically shaped element, produced for example by pre-stretching can be reversed by thermal treatment. The reverse effect leads to a tensile force in the shape-memory alloy if the shortening of the material is hindered and can therefore be used for post-tensioning. The newly presented approach of the present paper is to reinforce concrete construction parts with shape-memory alloys. A thermal post treatment of such construction parts leads to a self-prestressing effect and to improved properties regarding durability and stiffness. The aim of the presented research was to investigate the feasibility of the approach. The first part of the present paper gives an overview of the construction materials concrete and shape-memory alloys and their behavior in the course of thermal treatment. Subsequently a first test series of three-point bending tests is presented. The results allow to proof the desired self post-tensioning effect. Summarizing pos-sible application areas are described.