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Druckfestigkeit Als wird die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs oder auch Baustoffes bei der Einwirkung von Druckkräf

Druckfestigkeit

Als Druckfestigkeit wird die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs oder auch Baustoffes bei der Einwirkung von Druckkräften bezeichnet.

Die Druckfestigkeit ist der Quotient aus Bruchlast und Querschnittsfläche A eines Prüfkörpers. Sie wird normalerweise ausgedrückt als Kraft pro Fläche (in N/mm²), hat also die Einheit einer mechanischen Spannung.

Zu unterscheiden ist die Druckfestigkeit

Die Druckfestigkeit wird im Labor geprüft, die Prüfverfahren sind in Normen festgelegt (DIN, ÖNORM). Je nach Art und Durchführung der Druckversuche unterscheidet man:

  • einaxiale Druckfestigkeit (der Prüfkörper kann in allen seitlichen Richtungen ausweichen)
  • zweiaxiale Druckfestigkeit (die Verformung wird in einer der beiden seitlichen Achsen verhindert)
  • dreiaxiale Druckfestigkeit (die Verformung wird in allen seitlichen Richtungen verhindert).

Die gemessene Druckfestigkeit eines Materials wächst in dieser Reihenfolge an.

Die Druckfestigkeit kann auch richtungsabhängig sein, z. B. in

Druckfestigkeit im Verhältnis zu Zugfestigkeit und Härte Bearbeiten

Die Werte von Druck- und Zugfestigkeit einzelner Werkstoffe stimmen nur in Ausnahmefällen überein, denn

  • das Materialverhalten bei Beanspruchung auf Druck und Zug unterliegt häufig grundsätzlich anderen Gesetzmäßigkeiten,
  • die Anforderungen an Zug- und Druckfestigkeit von Materialien hängt ebenso vom Anwendungsfall ab, wie die Methoden, nach denen die Festigkeitsprüfungen durchgeführt werden,
  • unterschiedliche Methoden der Festigkeitsprüfung ergeben häufig stark voneinander abweichende Ergebnisse und
  • bei spröden Materialien unterscheidet sich die Bruchmechanik zwischen Zug- und Druckbelastung, insbesondere bei Druckbelastung hängt das Verhalten stark von Größe und Form des Prüfkörpers ab.

Die Zugfestigkeit hängt vornehmlich von der Festigkeit der molekularen Bindung ab (bei inhomogenen Proben auch von der inneren Struktur). Bei plastisch verformbaren Werkstoffen tritt ein Bruch oft erst nach starker Verformung (Querkontraktion) auf, so dass als Vergleichswert eine Dehngrenze festgelegt wird. Viele spröde Werkstoffe wie Gesteine und Gusseisen haben eine sehr viel geringere Zugfestigkeit gegenüber der Druckfestigkeit. Die Bruchfläche liegt bei homogenen Materialien oft grob in einer Ebene. Aufgrund der Kerbwirkung hat die Oberflächenrauigkeit der Probe oft einen größeren Einfluss auf das Messergebnis als Größe und Querschnitt der Probe.

Für die Druckfestigkeit spielen neben der Festigkeit der molekularen Bindung und der inneren Struktur auch Größe und Form der Probe eine entscheidende Rolle. Druckfestigkeiten sind überwiegend nur für spröde Materialien relevant, die im Moment des Versagens zersplittern. Oftmals platzen dabei dreiecksförmige Bruchstücke seitlich ab, deren Art und Form u. a. von der Kristallstruktur abhängt.
Materialien, die eine nennenswerte Zugfestigkeit aufweisen, werden demgegenüber in der Praxis meist auf Biegung oder Zug beansprucht, so dass die Druckfestigkeit fast keine Rolle spielt. Duktile Metalle weichen bei Druckbelastung seitlich aus (siehe Stauchung). Zum Vergleich von Druckfestigkeiten muss dann eine zulässige Verformung vorgegeben werden, analog der Dehngrenze bei der Zugfestigkeit. Bei duktilen Metallen ist der E-Modul (der Widerstand gegen Verformung) meist von größerer Bedeutung, als die Druckfestigkeit, die nur selten ausgenutzt wird (da das Bauteil vor dem Bruch ohnehin bereits eine unzulässige Verformung erfahren hätte; so etwa beim Knicken).

Bei plastischen Kunststoffen kann die Zugfestigkeit und bei plastischen zusätzlich auch die Shore-Härte einen Anhaltspunkt für die Druckbelastbarkeit geben.

Typische Werte Bearbeiten

Material Rs [MPa oder N/mm2]
Knochen 150
Hartstoffestrich 65 65
Epoxidharze 60 – 75
Eis (0 °C) 3
Styropor ~1
Keramische und mineralische Stoffe
Beton 20 – 80
(Dünnbett-)Mörtel 15 – 30
historische Mörtel mit hydraulischem Bindemittel 5 – 40
Porzellan 500
Stahlbeton B 25/ 35 25/ 35
Steinzeugfliesen 250 – 300
Steinzeug- und Spaltplatten 180 – 250
Zementestrich ZE 12/ 20/ 30 12/ 20/ 30
Zementmörtel MG III 10 – 20

Die Druckfestigkeiten von opus caementicium werden je nach Bauteil- bzw. Verwendungsart und davon abhängiger Sorgfalt beim Einbau mit Werten von 5 bis 40 N/mm² angegeben. Die Rohdichte liegt mit Werten von ca. 1,53 bis 2,59 kg/dm³ für luftgetrocknete Proben im Bereich heutigen Betons (2,0 bis 2,4 kg/dm³). Dagegen weist opus caementicium jedoch mit etwa 20,2 bis 54,6 Vol.-% im Gegensatz zu 10 bis 15 Vol.-% ein deutlich höheres Wasseraufnahmevermögen als heutiger Beton auf.

Beton Bearbeiten

Beton wird fast ausschließlich auf Druck beansprucht, da die Zugfestigkeit im Vergleich zur Druckfestigkeit gering ist. Zur Bestimmung der charakteristischen Festigkeit und Zuordnung der Festigkeitsklasse nach DIN 1045-2 („Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton“) ist die Druckfestigkeit nach Teil 2 („Beton-Festlegung, Eigenschaften, Hersteller und Konformität an Probekörpern“) zu bestimmen. Die Festigkeitsklassen beziehen sich beim Beton auf die nach 28 Tagen erreichte Zementhydratation. Abgesehen von der Eigenschaften der Gesteinskörnung hängt die erreichte Festigkeit dabei vorwiegend von der verwendeten Zementfestigkeitsklasse und dem Wasserzementwert ab. Feingemahlene Zemente hydratisieren schneller als grob gemahlene.

Zur Messung der Druckfestigkeit können zerstörungsfreie Messungen mit Rückprallhammer, Kugelschlaghammer oder einem Ultraschallgerät vorgenommen werden.

Siehe auch Bearbeiten

Festigkeiten:

Literatur Bearbeiten

  • Ulrich Smoltczyk (Hrsg.): Grundbau-Taschenbuch. Teil 1, Geotechnische Grundlagen, Wilhelm Ernst & Sohn, 2017, ISBN 978-3-433-03151-3.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Werte für Steinzeugfliesen, Steinzeug- und Spaltplatten, Hartstoffestrich, Epoxidharze, Beton, Stahlbeton, Dünnbettmörtel, Zementestrich und Zementmörtel aus: (Memento vom 23. September 2020 im Internet Archive) aus der Preisliste 2002 der "Deutschen Steinzeug" bzw. "AgrobBuchtal" Keramik, Seite 229

Weblinks Bearbeiten

Wiktionary: Druckfestigkeit – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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Veröffentlichungsdatum:
Als Druckfestigkeit wird die Widerstandsfahigkeit eines Werkstoffs oder auch Baustoffes bei der Einwirkung von Druckkraften bezeichnet Die Druckfestigkeit ist der Quotient aus Bruchlast und Querschnittsflache A eines Prufkorpers Sie wird normalerweise ausgedruckt als Kraft pro Flache in N mm hat also die Einheit einer mechanischen Spannung Zu unterscheiden ist die Druckfestigkeit von sprode brechenden Materialien die zerstort werden wenn die anliegende Druckspannung die Druckfestigkeit eines Korpers ubersteigt sowie von duktilen Materialien die sich plastisch verformen wenn die Fliessgrenze uberschritten wird d h wenn die elastische Verformung in eine dauerhafte Formanderung ubergeht Die Druckfestigkeit wird im Labor gepruft die Prufverfahren sind in Normen festgelegt DIN ONORM Je nach Art und Durchfuhrung der Druckversuche unterscheidet man einaxiale Druckfestigkeit der Prufkorper kann in allen seitlichen Richtungen ausweichen zweiaxiale Druckfestigkeit die Verformung wird in einer der beiden seitlichen Achsen verhindert dreiaxiale Druckfestigkeit die Verformung wird in allen seitlichen Richtungen verhindert Die gemessene Druckfestigkeit eines Materials wachst in dieser Reihenfolge an Die Druckfestigkeit kann auch richtungsabhangig sein z B in Felsgestein wenn der Fels von Kluften durchzogen oder geschiefert ist Holz das in der Regel in Richtung der Holzfasern bzw des Stammes eine hohere Druckfestigkeit hat als senkrecht dazu Inhaltsverzeichnis 1 Druckfestigkeit im Verhaltnis zu Zugfestigkeit und Harte 2 Typische Werte 3 Beton 4 Siehe auch 5 Literatur 6 Einzelnachweise 7 WeblinksDruckfestigkeit im Verhaltnis zu Zugfestigkeit und Harte BearbeitenDie Werte von Druck und Zugfestigkeit einzelner Werkstoffe stimmen nur in Ausnahmefallen uberein denn das Materialverhalten bei Beanspruchung auf Druck und Zug unterliegt haufig grundsatzlich anderen Gesetzmassigkeiten die Anforderungen an Zug und Druckfestigkeit von Materialien hangt ebenso vom Anwendungsfall ab wie die Methoden nach denen die Festigkeitsprufungen durchgefuhrt werden unterschiedliche Methoden der Festigkeitsprufung ergeben haufig stark voneinander abweichende Ergebnisse und bei sproden Materialien unterscheidet sich die Bruchmechanik zwischen Zug und Druckbelastung insbesondere bei Druckbelastung hangt das Verhalten stark von Grosse und Form des Prufkorpers ab Die Zugfestigkeit hangt vornehmlich von der Festigkeit der molekularen Bindung ab bei inhomogenen Proben auch von der inneren Struktur Bei plastisch verformbaren Werkstoffen tritt ein Bruch oft erst nach starker Verformung Querkontraktion auf so dass als Vergleichswert eine Dehngrenze festgelegt wird Viele sprode Werkstoffe wie Gesteine und Gusseisen haben eine sehr viel geringere Zugfestigkeit gegenuber der Druckfestigkeit Die Bruchflache liegt bei homogenen Materialien oft grob in einer Ebene Aufgrund der Kerbwirkung hat die Oberflachenrauigkeit der Probe oft einen grosseren Einfluss auf das Messergebnis als Grosse und Querschnitt der Probe Fur die Druckfestigkeit spielen neben der Festigkeit der molekularen Bindung und der inneren Struktur auch Grosse und Form der Probe eine entscheidende Rolle Druckfestigkeiten sind uberwiegend nur fur sprode Materialien relevant die im Moment des Versagens zersplittern Oftmals platzen dabei dreiecksformige Bruchstucke seitlich ab deren Art und Form u a von der Kristallstruktur abhangt Materialien die eine nennenswerte Zugfestigkeit aufweisen werden demgegenuber in der Praxis meist auf Biegung oder Zug beansprucht so dass die Druckfestigkeit fast keine Rolle spielt Duktile Metalle weichen bei Druckbelastung seitlich aus siehe Stauchung Zum Vergleich von Druckfestigkeiten muss dann eine zulassige Verformung vorgegeben werden analog der Dehngrenze bei der Zugfestigkeit Bei duktilen Metallen ist der E Modul der Widerstand gegen Verformung meist von grosserer Bedeutung als die Druckfestigkeit die nur selten ausgenutzt wird da das Bauteil vor dem Bruch ohnehin bereits eine unzulassige Verformung erfahren hatte so etwa beim Knicken Bei plastischen Kunststoffen kann die Zugfestigkeit und bei plastischen zusatzlich auch die Shore Harte einen Anhaltspunkt fur die Druckbelastbarkeit geben Typische Werte BearbeitenMaterial 1 Rs MPa oder N mm2 Knochen 150Hartstoffestrich 65 65Epoxidharze 60 75Eis 0 C 3Styropor 1Keramische und mineralische StoffeBeton 20 80 Dunnbett Mortel 15 30historische Mortel mit hydraulischem Bindemittel 5 40Porzellan 500Stahlbeton B 25 35 25 35Steinzeugfliesen 250 300Steinzeug und Spaltplatten 180 250Zementestrich ZE 12 20 30 12 20 30Zementmortel MG III 10 20 Die Druckfestigkeiten von opus caementicium werden je nach Bauteil bzw Verwendungsart und davon abhangiger Sorgfalt beim Einbau mit Werten von 5 bis 40 N mm angegeben Die Rohdichte liegt mit Werten von ca 1 53 bis 2 59 kg dm fur luftgetrocknete Proben im Bereich heutigen Betons 2 0 bis 2 4 kg dm Dagegen weist opus caementicium jedoch mit etwa 20 2 bis 54 6 Vol im Gegensatz zu 10 bis 15 Vol ein deutlich hoheres Wasseraufnahmevermogen als heutiger Beton auf Beton BearbeitenBeton wird fast ausschliesslich auf Druck beansprucht da die Zugfestigkeit im Vergleich zur Druckfestigkeit gering ist Zur Bestimmung der charakteristischen Festigkeit und Zuordnung der Festigkeitsklasse nach DIN 1045 2 Tragwerke aus Beton Stahlbeton und Spannbeton ist die Druckfestigkeit nach Teil 2 Beton Festlegung Eigenschaften Hersteller und Konformitat an Probekorpern zu bestimmen Die Festigkeitsklassen beziehen sich beim Beton auf die nach 28 Tagen erreichte Zementhydratation Abgesehen von der Eigenschaften der Gesteinskornung hangt die erreichte Festigkeit dabei vorwiegend von der verwendeten Zementfestigkeitsklasse und dem Wasserzementwert ab Feingemahlene Zemente hydratisieren schneller als grob gemahlene Zur Messung der Druckfestigkeit konnen zerstorungsfreie Messungen mit Ruckprallhammer Kugelschlaghammer oder einem Ultraschallgerat vorgenommen werden Siehe auch BearbeitenWerkstoffprufungFestigkeiten Scherfestigkeit Bruchfestigkeit Spaltzugfestigkeit BiegezugfestigkeitLiteratur BearbeitenUlrich Smoltczyk Hrsg Grundbau Taschenbuch Teil 1 Geotechnische Grundlagen Wilhelm Ernst amp Sohn 2017 ISBN 978 3 433 03151 3 Einzelnachweise Bearbeiten Werte fur Steinzeugfliesen Steinzeug und Spaltplatten Hartstoffestrich Epoxidharze Beton Stahlbeton Dunnbettmortel Zementestrich und Zementmortel aus Technische Informationen Memento vom 23 September 2020 im Internet Archive aus der Preisliste 2002 der Deutschen Steinzeug bzw AgrobBuchtal Keramik Seite 229Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Druckfestigkeit Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Robex Allianz Weltraum trifft Tiefsee abgerufen am 11 November 2016 Einfluss der Eigenfeuchtigkeit auf die Druckfestigkeit des Betons abgerufen am 13 Dezember 2019 Bedeutung der Steindruckfestigkeitsklasse SFK abgerufen am 13 Dezember 2019 Baustoffe Eigenschaften abgerufen am 13 Dezember 2019 Elektrorohre abgerufen am 13 Dezember 2019 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Druckfestigkeit amp oldid 233066799