Festigkeits-, Verformungs- und Bruchverhalten hochduktiler Betone mit Kurzfaserbewehrung bei Impaktbeanspruchung

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Hochduktiler Beton ist eine relativ neue Betonart, die bei quasistatischer Zugbelastung ein dehnungsverfestigendes Verhalten mit ausgeprägter multipler Rissbildung und hoher Energiedissipation zeigt. Besonders interessant erscheint der Einsatz des Materials bei Neubau bzw. Verstärkung und Schutz von bestehenden Gebäuden und Objekten der kritischen Infrastruktur, die einer hohen dynamischen Beanspruchung wie Erdbeben, Anprall oder Detonation ausgesetzt sein könnten. Für hohe Belastungsgeschwindigkeiten ist das mechanische Verhalten hochduktiler Betone jedoch weitgehend unbekannt, weder Modellierungsansätze noch Werkstoffdesignkonzepte liegen vor. Im Projekt soll daher die Leistungsfähigkeit hochduktiler Betone mit Bewehrung aus Kurzfasern bei hohen Verzerrungsraten eingehend untersucht und beschrieben werden. In Experimenten auf der Mikroebene werden die Eigenschaften der Werkstoffkomponenten Matrix und Faser sowie des Verbundes zwischen Matrix und Faser untersucht. Das integrale Werkstoffverhalten wird auf der Makroebene betrachtet. Die Experimente finden mit abgestuft hohen Verzerrungsraten statt. Neben der Ableitung charakteristischer Kennwerte werden an den Proben Deformationen bzw. Rissbildungen mit diversen bildgebenden Verfahren dargestellt und die Morphologie der Rissoberflächen sowie die Charakteristika des Faserauszugs am Riss erfasst. Stoffliche Variationsparameter sind die Faserart, die Oberflächenmodifikation der Faser sowie die Matrixzusammensetzung. Auf der Basis der experimentellen Ergebnisse wird ein physikalisch begründetes Werkstoffmodell entwickelt, welches die Grundlage zur stoffgesetzlichen Beschreibung des Materialverhaltens bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten bilden soll.