Table Of ContentCIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Guggisberg. Roland:
Zugversuche an Mauerwerkswänden aus Siporex
(Gasbeton) mit Murfor-Bewehrung / von
Roland Guggisberg; Jean Pralong; Bruno
Thürlimann.- Basel; Boston; Stuttgart:
Birkhäuser, 1984.
(Bericht/Institut für Baustatik und Konstruktion
ETH Zürich; Nr. 8201-2)
ISBN 978-3-7643-1674-7 ISBN 978-3-0348-5313-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-0348-5313-2
NE: Pralong. Jean:; Thürlimann, Bruno:; Institut für
Baustatik und Konstruktion <Zürich>: Bericht
Nachdruck verboten.
Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen und
der Reproduktion auf photostatischem Wege oder durch Mikrofilm.
vorbehalten.
© 1984 Springer Basel AG
Ursprünglich erschienen bei Birkhäuser Verlag Basel 1984.
Zugversuche an Mauerwerkswänden aus
Siporex (Gasbeton) mit Murfor-Bewehrung
von
Dip!. Ing. Roland Guggisberg
Dr. sc. techno Jean Pralong
Prof. Dr. Bruno Thürlimann
Institut für Baustatik und Konstruktion
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
Zürich
Oktober 1984
Inhaltsverzeichnis
Seite
1. Einleitung
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
1.2 Versuchsprogramm
2. Versuchskörper 2
2.1 Beschreibung 2
2.2 Baustoffe 2
2.2.1 Mauersteine 2
2.2.2 Klebemörtel 2
2.2.3 Lagerfugenbewehrung 3
3. Versuchsdurchführung 4
3.1 Beschreibung der Versuchsanlage 4
3.2 Messeinrichtung 4
3.3 Versuchsablauf 5
4. Resultate 6
4.1 Last 6
4.2 Verformungen 6
4.3 Generelles Riss- und Bruchverhalten 6
Zusammenfassung 8
Resume 9
Summary 10
Bezeichnungen 11
Literaturverzeichnis 12
Verdankungen 13
Bil der 14
Tabe 11 en 24
1. Einleitung
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
Die relative Starrheit der Fuge durch die Verwendung eines Klebemörtels beim Siporex-Mauerwerk bewirkt,
dass ein Versagen in den Lagerfugen, wie es bei Verwendung eines herkömmlichen Zement-Mörtels beobachtet
wird [1], nicht auftritt. Demzufolge werden die Eigenschaften des Siporex-Mauerwerks massgebend durch das
eher spröde Steinmaterial bestimmt. Daraus folgt, dass bereits verhältnismässig geringe Zwängungsbean
spruchungen, verursacht durch differentielle Fundamentsetzungen, ungleichmässige Erwärmung der Mauerwerks
wände, starke Temperaturschwankungen, Schwinden und Kriechen von Betondecken und -wänden, usw., zu klaffen
den Rissen führen können.
Durch konstruktive Massnahmen wie starre Kellergeschosse, Dilatationsfugen, zusätzliche Isolation, usw.
versucht man, Risse am Bauwerk zu vermeiden. Mit der Verwendung von Murfor-Lagerfugenbewehrungen verfolgt
man die Idee, die entstehenden Risse so zu verteilen, dass keine Folgeschäden entstehen und die Ansicht
nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Um einen zweckmässigen Einsatz der Bewehrung zu erreichen, sind
Empfehlungen für den notwendigen Bewehrungsgehalt erforderlich.
Die vorliegende Forschungsarbeit soll die Grundlagen für eine solche Empfehlung liefern. Es wurden Zug
versuche an bewehrten Siporex-Wänden durchgeführt, um den Einfluss der Bewehrung auf die Rissverteilung
und die Rissweite zu studieren. Alle Wände wiesen eine Lagerfugenbewehrung auf und wurden in Richtung der
Lagerfugen mit zentrischem Zug belastet.
1.2 Versuchsprogramm
Das Versuchsprogramm ist in der Tabelle 1 zusammengestellt. An zwei Wänden aus Siporex-Mauerwerk, welches
mit Murfor-Lagerfugenbewehrungen armiert war, wurden drei verschiedene Versuche durchgeführt. Die bei den
Wände hatten verschiedene Bewehrungsgehalte. Der Unterschied beruhte in der Anzahl Murfor-Bewehrungen je
Lagerfuge. Es wurde entweder in jede (1/1 M/L) oder nur in jede zweite Lagerfuge (1/2 M/L) eine Bewehrung
verlegt.
Da die Wand des Versuches MZ1 durch das Abreissen der Krafteinleitungen vorzeitig versagt hatte und ausge
nommen vom Randbereich unbeschädigt geblieben war, wurde sie, etwas verkürzt und mit einer veränderten
Krafteinleitung versehen, für den Versuch mit der Bezeichnung MZ 9 verwendet.
Entsprechende Versuche wurden auch mit Mauerwerk aus Backsteinen und Kalksandsteinen durchgeführt [1].
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2, Versuchskörper
2.1 Beschreibung
Die Versuchskörper wurden in der Versuchshalle der ETH-Hönggerberg erstellt und gelagert. Sie hatten eine
einfache prismatische Form. Zur Erreichung einer symmetrischen Anordnung der Bewehrung bezüglich der Längs
achse wies die Wand mit einem 'Murfor" pro zwei Lagerfugen fünf Lagerfugen auf, die Wand mit einem 'Murfor'
pro Lagerfuge hingegen deren sechs. Die unterschiedliche Lagerfugenanzahl wurde durch Verwendung von
Ausgleichssteinen mit den Aussenabmessungen abgestimmt (Bild 1).
Die gewählte Wandstärke von 325 mm entsprach dem in der Baupraxis am häufigsten verwendeten Stein. Zusammen
mit dem angestrebten Verhältnis Höhe/Länge = 1:2 ergaben sich die Aussenabmessungen: 325 x 1250 x 2450 mm
(Bild 1). Für den Versuch MZ 9 wurde die Wand des Versuches MZ 1 beidseitig um ca. 150 mm auf eine Länge
von 2150 mm verkürzt.
2.2 Baustoffe
2.2.1 Mauersteine
Die bei den Versuchen verwendeten Siporex-Steine wiesen Abmessungen von 325 x 204 x 608 mm auf und waren
von der Qualität GN.
Nach Empfehlung der von der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt (EMPA) Dübendorf herausgegebenen
"Richtlinien für die Prüfung von dampfgehärtetem Gasbeton" wurden aus Siporex-Steinen Proben entnommen
und verschiedenen Prüfungen unterzogen. Es wurden gleichzeitig auch Proben aus Steinen der Qualitäten GL
und GH geprüft. Bestimmt wurden das Raumgewicht, der Feuchtigkeitsgehalt, an Würfeln von 120 mm Kantenlänge
die Druckfestigkeit, an Prismen von 100 x 100 x 300 mm die Biegezugfestigkeit, und an Würfeln von 100 mm
Kantenlänge die Spaltzugfestigkeit. Die Werte dieser Prüfungen sind in der Tabelle 2 zusammengestellt.
Um den Einfluss der Behinderung der Querdehnung durch die Druckplatten abzuklären, wurden auch Druckver
suche an Prismen durchgeführt. Es wurde jedoch festgestellt, dass diese Behinderung bei diesem Material
keinen Einfluss hat. Die gleiche Feststellung wurde auch in einem Bericht des Deutschen Ausschusses für
Stahlbeton (DAfStb) [2] gemacht. Ferner wurde dort durch Druckversuche mit zylindrischen Proben festge
stellt, dass auch die Form der Proben keine Rolle spielt.
Im weiteren kann man bei der Materialprüfung feststellen, dass zwischen der Dichte und der Festigkeit
eine lineare Beziehung besteht. Unter Anwendung dieser Erkenntnis konnten unsere Prüfresultate mit jenen
des deutschen Versuchsberichtes verglichen werden. Es lag eine gute Uebereinstimmung vor.
Bei den Druckversuchen an Prismen wurde nach zehnmaligem Hochfahren und Absenken der Last aus dem X-Y
Diagramm, das durch Verwendung induktiver Weggeber aufgezeichnet worden war, der E-Modul bestimmt.
Es war eigentlich beabsichtigt, die Zugfestigkeit direkt aus zentrischen Zugversuchen zu ermitteln. Die
Krafteinleitung stellte jedoch gros se Probleme. An der Technischen Universität München wurde dieses
Problem gelöst, indem sie konisch abgedrehte Proben mit einer Verjüngung in der Mitte herstellten [2].
Für eine Materialprüfung erschien dieses Verfahren, das sicher sehr gute Resultate mit geringer Streuung
liefern würde, als zu aufwendig.
2.2.2 Klebemörtel
Die Siporex-Steine werden im Verband vollfugig verklebt. Der Klebemörtel mit der Markenbezeichnung Lamit E 20
wird dabei mit einem Zahnspachteln aufgetragen. Dadurch erreicht man eine relativ dünne Fuge von höchstens
3 mm Stärke.
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2.2.3 Lagerfugenbewehrung
Da sich durch die Verwendung eines Klebemörtels Fugen geringer Stärke ergeben, kommt nur eine Lagerfugen
bewehrung in Frage, die in ihrer Geometrie dieser Bedingung angepasst ist. Dies trifft für die Bewehrung
des Typs Murfor-flach zu. Sowohl die Längsstäbe als auch die Diagonalen der Bewehrung weisen einen recht
eckigen Querschnitt auf. Die Dicke beträgt etwas weniger als 2 mm. Diese Bewehrung besitzt keine Profi
lierung. Die Geometrie ist aus Bild 3 ersichtlich. Sie wird aus einer Lagerfugenbewehrung Murfor-rund,
wie sie z.B. beim Backsteinmauerwerk verwendet wird, mit Nenndurchmesser 4 mm hergestellt. Diese Beweh
rung mit rundem Querschnitt wird nach dem Verschweissen der Diagonalen mit den Längsstäben flachgewalzt.
Aus dieser Kaltverformung resultiert das sehr spröde Materialverhalten dieses Bewehrungsstahls.
Es wurden 80 cm lange Proben der Längsstäbe geprüft, wobei darauf geachtet wurde, dass jeweils zwei der
Schweissverbindungen mit den Diagonalstäben enthalten waren. Es wurde verformungsgesteuert hochgefahren
mit einer Dehnungsgeschwindigkeit von E= 1.2 10-2/Min. Die statischen Festigkeitswerte wurden nach einem
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zweiminutigen Konstanthalten der Dehnung abgelesen. Der Elastizitätsmodul Es wurde aus einem Spannungs
Dehnungs-Diagramm, welches mit Hilfe eines 100 mm Feindehnungsmessgerätes aufgezeichnet wurde, bestimmt.
Alle Proben brachen bei einer Schweissstelle, da der Stahl dort infolge der Gefügeveränderungen durch das
Schweissen und der nachfolgenden Kaltverformung kleine Anrisse aufweist, die durch die Kerbwirkung zum
vorzeitigen Versagen führen. Es liess sich demzufolge keine Streckgrenze ermitteln, da der Bewehrungs
stahl auf diesem Niveau bereits die Zugfestigkeit erreicht hatte.
Die Werte der Stahl prüfung wurden in der Tabelle 3 zusammengestellt. Im Bild 4 veranschaulicht ein
Spannungs-Dehnungs-Diagramm das beschriebene Verhalten des Stahls.
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3. VersuchsdurchfUhrung
3.1 Beschreibung der Versuchsanlage
Die Versuchsanlage ist im Bild 5 schematisch dargestellt. Die Wände wurden auf ein am Boden liegendes
U-Profil abgestellt. Eine in einer mehrlagigen Schicht dazwischen gelegte starke Kunststoff-Folie ver
minderte die Reibung. Eine Lage Gips diente als Ausgleichsschicht.
Die Krafteinleitung erfolgte über Zugstangen auf Querbalken. An diesen waren die Bewehrung verankert und
die 200 mm langen U-Profilstücke UNP 350 angeschraubt. Die U-Profilstücke hafteten mit Epoxy-Klebstoff
an den Wänden (Bild 7).
Mit dieser Krafteinleitung wollte man erreichen, dass die Last auf die Bewehrung und das Mauerwerk ver
teilt eingebracht wird. Die Lasteinleitung über diese aufgeklebten U-Profilstücke in das Mauerwerk er
wies sich beim Siporex-Stein als ungeeignet, da sich schon bei tiefen Lasten Risse in der Nähe der Kraft
einleitung zeigten. Beim wenig bewehrten Versuch MZ 1 wurden die Krafteinleitungen bei einer Last weit
unter der Risslast der Wand abgerissen. Deshalb wurde für den Versuch MZ 9 nach einer anderen Kraftein
leitung gesucht.
Beim Versuch MZ 9 bestand die Krafteinleitung aus vier U-Profilen UNP 200, welche ca. 30 cm vom Ende der
Wand auf die Seitenfläche aufgeklebt wurden (Bild 5). Die Profile standen vertikal und waren über die
ganze Höhe der Wand vollflächig aufgeklebt. Je zwei gegenüberliegende Profile waren mit je vier Stahl
stangen gegeneinander vorgespannt. Die Lagerfugenbewehrung war beim Versuch MZ 9 nicht mehr direkt mit
den U-Profilen verbunden.
Die Wände wurden zwischen zwei Verankerungsblöcke gestellt. Auf der einen Seite zogen über Stahlstangen
drei hydraulische 13.5 t-Kolben. Beim Versuch MZ 9 wurden nur noch zwei Kolben eingesetzt. Die andere
Stirnseite der Versuchskörper war mit Stahlstangen (ß 12 mm) fest verankert (Bild 5).
3.2 Messeinrichtung
Sowohl auf der Kolbenseite als auch auf der Seite der festen Verankerung war an jeder Stahlstange eine
Kraftmessdose angebracht (Bild 5). Ihre Messwerte wie auch der Druck des Pendelmanometers wurden von
einer Computeranlage automatisch abgefragt, gespeichert und ausgedruckt.
Die längenänderung in Kraftrichtung wurde mit einem induktiven Deformeter gemessen. Die Messbasis betrug
300 mm. Als Lager für das Deformeter wurden auf beide Wandseitenflächen fünf resp. sechs Reihen Mess
bolzen aUfgeklebt (Bild 8). Damit ergab sich für eine Reihe eine Einteilung in fünf Messstrecken. Quer
zur Kraftrichtung wurden keine Verformungen gemessen.
Beim Versuch MZ 9 musste aufgrund der Verkürzung der Wand an jedem Ende der Reihen ein Bolzen entfernt
werden, so dass bei diesem Versuch eine Reihe nur aus drei Messstrecken bestand.
Jeder Riss wurde an drei bis fünf über die Höhe der Wand verteilten Stellen gemessen. Alle Rissmessungen
wurden mit dem Vergleichsmassstab durchgeführt.
Direkt an der Stahlbewehrung wurden keine Messungen vorgenommen.
Zur Versuchs steuerung zeichnete ein X-V-Schreiber kontinuierlich die mit zwei induktiven Weggebern auf der
einen Wandseite gemessenen Längenänderungen in Abhängigkeit vom Druck in den Kolben fortlaufend auf.
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3.3 Versuchsablauf
Für jede Laststufe wurde eine Grenze für den Last- bzw. Verformungszuwachs festgelegt. Nach dem Erreichen
der massgebenden Grenze wurde die Last resp. die Verformung während zweier Minuten konstant gehalten
(Bild 10). Entsprechend wurden anfänglich die Versuche immer lastgesteuert gefahren. Sobald jedoch grössere
Verformungen auftraten, wurde auf Verformungs steuerung umgestellt.
Während der Deformetermessungen und der Rissaufnahmen wurde stets die Verformung konstant gehalten. Eine
Ablesung der Kraftmessdosen vor und nach den Deformetermessungen erfasste den dazwischen erfolgten Last
abfall.
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4, Resultate
4.1 Last
Die in den Tabellen 4 bis 6 enthaltenen Werte für die Last entsprechen dem Mittel aus den Summen der Mess
werte der Kraftmessdosen auf der Seite der Kolben und auf der Seite der festen Verankerung (vgl. Abschnitt
3.2 Messeinrichtung). Die Kraft im Versuchskörper nahm von den Kolben zur festen Verankerung hin um den
Betrag der Reibung der Wand auf der AUflagefläche ab. Diese Reibungskraft betrug im Mittel 2 bis 3 kN.
Die mittlere Last wurde auch für die weitere Bearbeitung der Versuchsresultate verwendet. Die zu Beginn
der Deformetermessungen abgelesene Last wurde als Anfangslast FA' die Last nach Beendigung der Messungen
als Endlast FE bezeichnet (vgl. Abschnitt 3.3 Versuchsablauf).
Der Lastabfall (FA-FE) während der Deformetermessungen (Bild 10) ist in den Tabellen 4 bis 6 in Prozenten
der Anfangslast angegeben. Um das Niveau der entsprechenden Laststufe zu verdeutlichen, sind in diese
Tabellen zusätzlich die Endlast in Prozenten der Risslast Fr und in Prozenten der Bruchlast Fu eingetragen
(vgl. auch Tabelle 7).
4.2 Verformungen
Zur Beschreibung des Tragverhaltens wurde die mittlere Dehnung des Versuchskörpers verwendet. Sie wurde
aus dem arithmetischen Mittel aller Deformetermesswerte einer Wand auf einem bestimmten Lastniveau er
rechnet. Dazu mussten die Deformetermesswerte mit Hilfe eines Computerprogramms mit den Eichmessungen und
den Nullablesungen abgeglichen und in Dehnungen, bezogen auf die Basislänge von 300 mm, umgerechnet werden
(vgl. Abschnitt 3.2). Die mittlere Dehnung ~m entspricht der Längsverformung desjenigen Wandbereichs, der
mit dem Deformeter gemessen wurde, und damit auch desjenigen Wandbereichs, der durch Randstörungen (Kraft
einleitung) unbeeinflusst war. ~m wurde zur Darstellung des Last-Verformungs-Diagramms (Bild 9) verwendet
und fand auch Eingang in die Tabellen 4 bis 6.
4.3 Generelles Riss- und Bruchverhalten
Darstellung der Resultate
Die Darstellung der gemessenen Grössen konzentriert sich im wesentlichen auf das Last-Verformungs-Diagramm
(Bild 9) und auf die Rissweiten-Diagramme (Bilder 12 und 13).
Im Last-Verformungs-Diagramm wurden die in den Tabellen 4 bis 6 enthaltenen Werte der Endlast FE gegen
die mittlere Dehnung Ern aufgetragen. Zur besseren Orientierung wurden im Diagramm zusätzlich die Last
stufennummern angegeben.
In den Rissweiten-Diagrammen wurde die Entwicklung der Rissweite, gemessen ungefähr auf halber Wandhöhe,
gegen die mittlere Dehnung ~m aufgetragen. Ein Schema zeigt im Diagramm ergänzend das Rissbild.
Die Riss- und Bruchlasten mit den entsprechenden zugehörigen Dehnungen sind in der Tabelle 7 zusammenge
stellt; Die Bestimmung der Risslast erfolgte beim Auftreten des ersten Risses aus einem Vergleich der
Messwerte der Kraftmessdosen und des Deformeters mit den Aufzeichnungen für die Versuchssteuerung.
Den Bruchzustand der Wände zeigt Bild 14.
Tragverhalten und Steifigkeit
Das Last-Verformungs-Diagramm zeigt das generelle Verhalten der Siporex-Wände. Bis zum Erreichen der Riss
last verhielten sich die Versuchs körper linear elastisch. Die entsprechende Steifigkeit des Mauerwerks
von 1150 N/mm2 war relativ hoch im Vergleich zu anderen Mauerwerksarten und entsprach dem E-Modul des
