Wie wird in der Planung von Verbundfundamenten aus Zementboden die Steifigkeit des Zementbodens bestimmt?

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Bei der Planung von Verbundfundamenten mit Zementbodenpfählen erfordern die Vorschriften, dass die Stärke des Zementbodens durch Laborversuche bestimmt wird. In den meisten Fällen erfolgt die Planung jedoch ohne solche Labordaten. Zunächst muss daher eine Schätzung der Druckfestigkeit des Verstärkungsmaterials angegeben werden, bevor weitere Berechnungen durchgeführt werden können. Wie man diesen Wert angemessen bestimmt, ist ein Problem für die Planer – auch eine Frage, die auf der Plattform Zhizhui häufig gestellt wird. Hier wird anhand relevanter Informationen eine Antwort gegeben. Nach den Ergebnissen von Feldstudien variiert die Steifigkeit des Zementbodens, wenn bei gleichen anderen Bedingungen im selben Bodenschicht unterschiedliche Anteile an Zement verwendet werden, wobei Zement als Verdickungsmittel dient. Für die Bauarbeiten kann Zement der Klasse 32,5 verwendet werden, wobei der Zementanteil zwischen 7 % und 12 % liegen sollte. Wenn der Zementanteil mehr als 10 % beträgt, kann die Steifigkeit des Zementbodens 0,3 MPa bis über 2 MPa erreichen. In der Regel wird ein Zuschlag von Zement im Bereich von 12 % bis 20 % verwendet. Bei Betonpfählen aus Zement und Stahl ist aufgrund des hohen Wassergehalts im Gemisch (1,5–2,0) eine Zementqualität von mindestens 42,5 erforderlich, um die Festigkeit des Zementbetons zu gewährleisten. Der Zementzuschlag sollte außerdem mindestens 20 % betragen. Die Druckfestigkeit des Zementbodens nimmt mit zunehmendem Anteil des zugeführten Zements zu. Aufgrund von Unterschieden in der Beschaffenheit des Bodens am Bauplatz sowie in den Baubedingungen stimmt jedoch das Proportionalitätsverhältnis zwischen dem Anstieg des Zementanteils und dem prozentualen Anstieg der Druckfestigkeit nicht immer überein. Die Zähigkeit des Zements beeinflusst direkt die Zähigkeit des Zementbodens. Wenn die Zähigkeit des Zements um 10 MPa zunimmt, steigt die Zähigkeit des Zementbodens um etwa 20 % bis 30 %. Nach allgemeiner ingenieurischer Erfahrung kann bei festen Materialien wie zähem Ton, sofern es keine Daten zu den Mischverhältnissen im Labor gibt, der Wert für die Druckfestigkeit des Pflasters ohne Seitenbeschränkung, fcu, mit 1,0–1,6 MPa als Schätzung herangezogen werden – vorausgesetzt, der Zementanteil beträgt 12 % bis 15 %. Die Steifigkeit des Zementbodens nimmt mit zunehmender Alterung zu. Auch nach 28 Tagen zeigt die Steifigkeit weiterhin einen deutlichen Anstieg. Um die Kosten zu senken, wird weltweit für Prüfkörper aus tragfähigen Mischpfählen eine Alterszeit von 90 Tagen als Standardwert verwendet. Für Schüttgründungen, die als Stütze für horizontale Lasten dienen und bei denen auch die Bauzeit der Aushebung berücksichtigt werden muss, kann als Standardalter für die Festigkeit des Zementbodens das Alter von 28 Tagen verwendet werden. Aus den Prüfungen auf die Druckfestigkeit geht hervor, dass bei gleichen Bedingungen das Verhältnis der Druckfestigkeiten des Zementbodens bei unterschiedlichen Altersstufen im Allgemeinen linear ist. Die empirischen Beziehungen lauten wie folgt:
fcu7 = (0,47–0,63)·fcu28
fcu14 = (0,62–0,80)·fcu28
fcu60 = (1,15–1,46)·fcu28
fcu90 = (1,43–1,80)·fcu28
fcu90 = (2,37–3,73)·fcu7
fcu90 = (1,73–2,82)·fcu14
In diesen Formeln stehen fcu7, fcu14, fcu28, fcu60 und fcu90 für die Druckfestigkeiten des Zementbodens nach 7 Tagen, 14 Tagen, 28 Tagen, 60 Tagen bzw. 90 Tagen. Nach Ablauf von drei Monaten nimmt die Steifigkeit des Zementbodens nur noch langsam zu. Die Festigkeit des Zementbetons nach 180 Tagen beträgt 1,25-mal so viel wie nach 90 Tagen. Zudem hört das Ansteigen der Festigkeit des Zementbetons auch nach 180 Tagen nicht auf.