Behavior of ECC/Concrete Layered Repair System Under Drying Shrinkage Conditions / Das Verhalten eines geschichteten Instandsetzungssystems aus ECC und Beton unter der Einwirkung von Trocknungsschwinden

Mangelnde Bestaendigkeit von Betoninstandsetzungen fuehrt zu fruehzeitiger Zerstoerung einer durchgefuehrten Instandsetzungsmassnahme und einer endlosen Serie von "Instandsetzungen von Instandsetzungen". Meistens verursacht behindertes Trocknungsschwinden des neu aufgebrachten Reparaturmoertels auf dem alten Betonuntergrund die Bildung von Rissen im Reparaturmoertel und Abloesen einer Reparaturschicht vom Betonuntergrund. Dies kann dazu fuehren, dass Wasser und chemische Wirkstoffe in die instandgesetzte Schicht eindringen und beschleunigte Zerstoerung bewirken. In diesem Beitrag wird eine werkstofftechnologische Loesung vorgeschlagen, um die gerade erwaehnten Schaeden zu vermeiden. ECC (Engineered Cementitious Cornposite; systematisch entwickelter Zement gebundener zusammengesetzter Werkstoff) ist eine Gruppe von Werkstoffen mit hoher Duktilitaet, die auf der Basis der Mikromechanik zusammengesetzter Werkstoffe entwickelt wurden. Bei einachsigem Zugversuch entsteht die hohe Duktilitaet durch Bildung von vielen Mikrorissen. Durch die hohe Dehnfaehigkeit unter Zugbeanspruchung kann das Rissrisiko unter der Einwirkung von Trocknungsschwinden ganz wesentlich vermindert werden. Versuche an einem geschichteten Instandsetzungssystem haben gezeigt, dass die hohe Duktilitaet des ECC, die durch das Schwinden verursachten Spannungen in der ECC-Schicht und in der Grenzflaeche zwischen ECC und Beton ganz wesentlich vermindern und dadurch sowohl die Bildung weiterer Oberflaechenrisse als auch das Abloesen der Schicht vermeiden. Dabei muss aber sicher gestellt werden, dass eine hinreichende Haftfestigkeit zwischen der ECC-Schicht und dem Beton erreicht wurde. Das Konzept, die hohe Duktilitaet von ECC fuer die Bestaendigkeit eines Instandsetzungssystems einzusetzen, kann weitgehend und bei vielen Betontragwerken angewendet werden, um preiswerte und dauerhafte Betoninstandsetzungen zu entwickeln. Ausserdem wird in diesem Beitrag der Einfluss der Oberflaechenbehandlung des Betons auf die Eigenschaften des instandgesetzten Systems dargestellt. Bei diesen Untersuchungen wurden drei unterschiedliche Reparaturmoertel verwendet. Einige Missverstaendnisse im Zusammenhang mit gewoehnlichen Erfahrungen aus Instandsetzungen werden diskutiert. Moegliche Konsequenzen der Anwendung von ECC als ein innovativer Instandsetzungsmoertel fuer die ACI Richtlinien fuer das Instandsetzen (ACI Repair Guide) werden diskutiert. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: The lack of durability in concrete repairs induces premature repair deterioration and endless "repair of repairs". Most often drying shrinkage of "new" repair material restrained by "old" concrete substrate causes cracking in the repair material, and interface delamination between the repair and the concrete substrate, which may also introduce water and chemical agents into the repaired system and accelerate further deterioration. This paper suggests a material solution to the described drying shrinkage induced concrete repair failures. Engineered Cementitious Composite (ECC) is a material micromechanically designed with high ductility and toughness indicated by multiple micro-cracking behavior under uniaxial tension. Its large tensile strain capacity can greatly reduce its cracking tendency under restrained drying condition. Experimental study on a layered repair system verified that when an adequate bond is provided, the high ductility of ECC could relieve shrinkage induced stresses in the ECC repair layer and at the ECC/concrete interface, thereby suppressing large surface cracks and interface delamination. The concept of translating ECC repair material ductility to the whole repair system durability can be widely applied to many concrete structures repair applications for developing cost-effective and durable concrete repairs. Furthermore, the paper presents the effect of concrete substrate surface preparation on the performance of repaired system based on three different types of repair materials. It also discusses several improper understandings in common repair experiences, and brings forward the potential impact on the current ACI Repair Guide with the application of ECC as an innovative concrete repair material. (A)