Forschungen zu Sanierungsarbeiten gewinnen in der Baubranche und den betreffenden Fachabteilungen zunehmend an Bedeutung. So kann bei Sanierungsarbeiten die Tragfähigkeit von bestehenden Betonstrukturen durch Aufbetonieren auf die bestehenden Strukturteile deutlich gesteigert und so die Sicherheit gewährleistet werden. Damit lässt sich die Lebens- bzw. Nutzungsdauer der Bauwerke erheblich verlängern.

Der Erfolg einer derartigen Sanierungsmaßnahme hängt in erheblichem Maße von der Qualität der Verbindung zwischen Alt- und Neubeton ab. Die Präparation der bestehenden, alten Oberfläche, die Verfahrensweise bei der Aufbringung des neuen Betons und die Zusammensetzung des Ergänzungsbetons (z.B. Zugabe von Zusatzmitteln und Zusatzstoffen; Zementart) sind hier wesentliche Parameter.

Um die Möglichkeiten und Grenzen dieser Sanierungstechnik besser zu verstehen, werden zur Zeit am Lehrstuhl für Massivbau der Technischen Universität München Versuche mit verschiedenen Betonqualitäten und verschiedenen Methoden der Probenvorbereitung durchgeführt (unterschiedlich starkes Aufrauen der Altbetonoberflächen durch Sand- bzw. Wasserstrahlen; Variation des Wassergehalts der Altbetonkörper vor dem Aufbringen des Neubetons).

Mit dem im Folgenden beschrieben Spaltzugversuch wird die Qualität und Festigkeit dieser Verbindung überprüft.

Aus plattenartigen Bauteilen werden für den Spaltzugversuch Würfel mit einer Kantenlänge von 15 cm geschnitten – und zwar so, dass sich die Grenzfläche zwischen Alt- und Neubeton in der Mitte der Würfel befindet.

Für die Deformationsanalyse der Probenoberfläche und die Ermittlung des Bruchverhaltens inkl. der Rissentstehung wird das Messsystem ARAMIS eingesetzt. Es ist erforderlich, die Würfel für die Messungen zu präparieren. Dazu werden sie mit einer Farbspraydose durch leichten Druck auf den Sprühknopf eingesprüht, so dass ein "unregelmässiges Kontrastmuster" entsteht (Abb. 1).

Dann wird die Probe so in die Druckprüfmaschine eingebaut, dass die Verbundfuge mittig, senkrecht von oben nach unten verläuft. Zwischen den Druckplatten und der Probenoberfläche wird auf beiden Seiten eine 10 mm breite und 4 mm dicke Stahlleiste (alternativ auch Hartfilzstreifen) mittig auf die Verbundfuge gelegt, so dass die ganze Druckkraft in die Verbundzone eingeleitet wird.

Beim Aufbringen der Druckkraft erfolgt nun durch diesen Aufbau eine keilförmige Ausbreitung des Druckes in den Prüfkörper. Dadurch wird im Bereich der Verbundfuge des Prüfkörpers eine Zugspannung erzeugt (daher der Name Spaltzugversuch ).

Je nach Betonqualität und Behandlung der Oberflächen kommt es nun beim Erhöhen des Druckes zu typischen Versagensformen. Von Adhäsionsversagen spricht man, wenn der Bruch des Probekörpers genau in der Verbundfuge eintritt. Beim Kohäsionsversagen verlaufen die Risse ausschließlich durch den „alten“ oder „neuen“ Beton. Häufig kann eine Kombination aus beiden Versagensformen beobachtet werden (Mischbrüche).

Vor der Aufnahme der Bildserie wird der ARAMIS-Messaufbau mit einer zertifizierten Kalibrierplatte kalibriert. Während des Druckaufbaus werden in regelmässigen Intervallen Bildpaare und der aktuelle Prüfdruck synchron erfasst.

Nach der Bildaufnahme an der Prüfmaschine werden die Bilder mit ARAMIS ausgewertet. Dazu werden kleine „Prüfbereiche“ mit ihrem individuellen Muster im Bild der linken Kamera dem synchron aufgenommenen Stereobild der rechten Kamera zugeordnet. Aus den zugeordneten Positionen kann nun je eine 3D-Position auf dem Prüfkörper errechnet werden, so dass nach der Auswertung eines Stereobildpaares die aktuelle Form des sichtbaren Bereiches des Prüfkörpers erfasst und vermessen ist.

Außerdem werden die "Prüfbereiche" aus dem ersten Bildpaar den Bildern bei zunehmender Belastung zugeordnet und als Korrelationswert definiert. So bestimmt die ARAMIS-Software die Verschiebung und die Verformung des Prüfmusters und damit auch die lokalen Verschiebungen und die lokalen Deformationen der Prüfkörperfrontseite.

Durch die Eliminierung der Festkörperbewegung des Probekörpers kann nun die lokale Verformung auf der Probenoberfläche sichtbar gemacht werden.

Für den Wissenschaftler interessant ist die lokale Verformung (Dehnung), die bis zur Rissbildung ansteigt und so die Entstehung der Fehlstellen quantitativ erfasst und graphisch darstellt (siehe Abb. 9).

Zum besseren Verständnis des Bruchvorganges werden die ermittelten Dehnungsmesswerte in Abb. 9 auf die aktuell sichtbare Probenoberfläche überlagert dargestellt. Bei der Auswertung werden je nach Größe der gewählten „Probenflächen“ auch kleine Risse als lokale Dehnungskonzentrationen erfasst und sichtbar gemacht. In Abb. 9 ist gut zu erkennen, dass sich auch neben der späteren Bruchfläche mehrere lokale Risse bilden.

Im Anschluss an die Druckversuche wurde zusätzlich auch die Form der Bruchstelle erfasst. Dazu wurde das ATOS-System eingesetzt, das aus wenigen Aufnahmen der Bruchfläche ein dichtes Datennetz erzeugt. Mit diesen Formdaten kann nun auch die 3D-Form der Rissbildung vermessen und beurteilt werden.

Mit diesem oder einem ähnlichen Mess- und Prüfaufbau können auch andere Baustoffe sowie armierte oder durch Stahl- oder Kunststofffasern verstärkte Proben einfach vermessen und beurteilt werden.

Mit freundlicher Genehmigung vom Lehrstuhl für Massivbau der TU München.