Compressive strength of masonry
Architecture, Building and Construction History, Construction Research, Sustainable Building Technology
Final Report Abstract
Mauerwerk ist eine Bauweise, die sich vor allem für druckbeanspruchte Bauteile eignet. Maßgebende Kenngröße für die Beurteilung der Tragfähigkeit ist die Mauerwerkdruckfestigkeit, die von zahlreichen Einflüssen abhängig ist. Als primäre Einflussgrößen können die Festigkeits- und Verformungseigenschaften von Mauerstein und Mauermörtel sowie das Verbundverhalten zwischen den beiden Komponenten genannt werden. Weiterer Einflüsse ergeben sich beispielsweise durch die Ausführung, den Verband und die Schlankheit der Mauerwerkwände. Einige dieser Einflüsse sind wiederum abhängig von sekundären Einflussgrößen. Die Mörteleigenschaften werden maßgeblich durch den Wasserhaushalt des Mörtels beeinflusst, der durch das Wasseraufsaugvermögen der Steine und das Wasserrückhaltevermögen des Mörtels bestimmt wird. Dabei ist das Saugverhalten der Steine im Wesentlichen von deren Ausgangsfeuchtegehalt beim Vermauern und dem Porengefüge abhängig. Zur Untersuchung dieser verschiedenen Einflüsse auf die Eigenschaften des Mörtels in der Fuge sowie auf das Trag- und Verformungsverhalten von Mauerwerk unter Druckbeanspruchung wurden zahlreiche Versuche durchgeführt. Es wurden zunächst die Einzelkomponenten Stein und Mörtel betrachtet und ihre relevanten Eigenschaften sowohl unabhängig als auch abhängig vom Kontakt zwischen dem Mörtel und den Steinen einschließlich der Verbundeigenschaften und das mehraxiale Verhalten untersucht. Neben den standardmäßig zu bestimmenden Eigenschaften der Steine wurde auch die Richtungsabhängigkeit des Druck- und Zugtragverhaltens detailliert untersucht. Dabei zeigt sich auch bei den Vollsteinen ein herstellungsbedingt anisotropes Verhalten, was bei Druckbeanspruchung nicht weiter von Bedeutung ist, bei Zugbeanspruchung aber berücksichtigt werden sollte. Bei der Untersuchung der beiden Mörtel fällt auf, dass diese im unbeeinflussten Zustand deutlich unterschiedliche Festigkeiten und Steifigkeiten aufweisen. Lediglich die Querdehnzahl liegt bei beiden Mörteln in ähnlicher Größenordnung. In der Fuge weichen die Eigenschaften der Mörtel jedoch durch den Kontakt zum Kalksandstein deutlich von den Eigenschaften der unbeeinflussten Mörtel ab. Anhand der Untersuchungsergebnisse zum Einfluss des Saugverhaltens der Steine konnte gezeigt werden, dass der Grad der Beeinflussung der untersuchten Eigenschaften des Fugenmörtels und des Mauerwerks deutlich von der Steinfeuchte bei der Verarbeitung abhängen. Es kann für die im Rahmen des Projektes untersuchten Materialien festgehalten werden, dass sich die Eigenschaften des Fugenmörtels und damit verbunden auch des Mauerwerks durchweg mit steigendem Feuchtegehalt der Mauersteine beim Vermauern verbessern. Wie stark sich der Einfluss des Wasserabsaugens durch die Steine letztendlich im Mauerwerk auswirkt, variiert allerdings sehr in Abhängigkeit der gewählten Materialkombination. So beeinflusst im vorliegenden Fall der Kontakt zum Kalksandstein beim eigentlich weicheren Mörtel die Eigenschaften des Mauerwerks deutlich stärker als bei den mit dem festeren Mörtel hergestellten Prüfkörpern. Für die Zukunft ist es vorgesehen, die Eigenschaften des Mörtels in der Fuge in Abhängigkeit des Saugverhaltens der Mauersteine bei der Bestimmung der Mauerwerkdruckfestigkeit einfließen zu lassen, da die bislang im empirischen Modell angesetzte Festigkeit des in Stahlschalungen erhärteten Mörtels nicht die tatsächlichen Gegebenheiten im Mauerwerk berücksichtigen kann. Da die Eigenschaften des Fugenmörtels nicht in jedem Fall direkt bestimmt werden können, wird angestrebt für die untersuchten und noch weitere zu prüfende Materialkombinationen jeweils eine Beziehung zur Normdruckfestigkeit des unbeeinflussten Mörtels herzuleiten, in der die hygrische Wechselwirkung zwischen Mauerstein und Mauermörtel berücksichtigt wird. Weiterhin wurde das komplexe Verformungsverhalten von Mauerwerk unter zentrischer Druckbeanspruchung mit dem optischen 3D-Verformungsmesssystem ARAMIS untersucht und damit die Anwendungsgrenzen herkömmlicher Messmethoden überwunden. Dabei konnten die Verformungen sowohl in den Mauersteinen als auch im Mauermörtel mithilfe des photogrammetrischen Messverfahrens detailliert in Richtung der Belastung und quer dazu analysiert werden. Hierbei machte sich die entlang der Kontaktzone ausgeprägtere Querdehnungsbehinderung des Mörtels an den zur Fugenmitte hin ansteigenden Querdehnzahlen bemerkbar. Darüber hinaus ließen sich über die Fugendicke Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit feststellen. Das Verformungsverhalten des Lagerfugenmörtels wird entlang der Kontaktzone zum Stein deutlich vom Saugverhalten der Mauersteine beeinflusst. Der Lagerfugenmörtel verhält sich in der Kontaktzone zum Stein aufgrund des Wasserentzuges deutlich weicher und wird stärker in Vertikalrichtung gestaucht als in Fugenmitte. Zusätzlich erlaubten die Verformungsmessungen an den Wandprüfkörpern den Einfluss von Stoßfugen und einer nicht vollflächigen bzw. unregelmäßigen Mörtelbettung auf die Dehnungsverteilung im angrenzenden Fugenmörtel auszuwerten. Anhand der Längs- und Querdehnungsverteilungen konnte gezeigt werden, dass Stoßfugen und Mörtelfehlstellen bzw. -unregelmäßigkeiten Schwachstellen im Mauerwerk darstellen, die nicht zu vernachlässigen sind. Insbesondere im Bereich der Stoßfugen und der Mörtelfehlstellen kam es bei den vorliegenden Untersuchungen zu einer frühzeitigen Rissbildung in den angrenzenden Mauersteinen.
Publications
- Determining the masonry compressive strength: Bestimmung der Druckfestigkeit von Mauerwerk. In: Mauerwerk 20 (2016), Nr. 5, S. 340-351
Graubohm, M.; Brameshuber, W.
(See online at https://doi.org/10.1002/dama.201600706) - Influence of the suction behaviour of calcium silicate units on the properties of masonry under compressive load. Boca Raton [u.a.]: CRC Press, 2016. - In: Proceedings of the 16th International Brick and Block Masonry Conference. Trends, Innovations and Challenges, Padova, Italy, June 26 – 30, 2016, S. 495-502 ISBN 978-1-138-02999-6
Graubohm, M.; Brameshuber, W.
- Experimental investigations on the influence of the water absorption of calcium silicate masonry units on the mortar properties in the joint. Halifax: Canada Masonry Design Centre, 2017. - In: Proceedings of the 13th Canadian Masonry Symposium, Halifax, Canada, June 4 - 7, 2017. (Banting, B.; Liu, Y. (Eds.)), S. 87-97
Graubohm, M.; Raupach, M.; Brameshuber, W.
