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The goal of the present study is to assess the feasibility to develop a first reliable database of materials parameters for Earth Block Masonry (EBM). The database is crucial when defining the materials safety factors. In the first part an experimental campaign of compressive tests were carried out on two types of earth block and two types of earth mortar. The results showed that the mean variation of the compressive strength was remarkably less than expected. This low variation is related to a production with high quality standards of the materials employed. In the second part a partial safety factor for EBM under uniaxial compression was determined through the reliability method. The results proved the reliability of a common calculation method for EBM based on partial safety factors following the current standards.
Anhand von Versuchsergebnissen und zuverlässigkeitstheoretischen Grundlagen erfolgte die Ermittlung eines Teilsicherheitsbeiwertes für Lehmmauerwerk unter dem Lastzustand Druck nach der Kalibrationsmethode der DIN EN 1990. Darüber hinaus fanden Untersuchungen zur Ermittlung der Parameter zur Bestimmung der rechnerischen Mauerwerksfestigkeit statt. Aufgrund der derzeit noch ungenügenden Datengrundlage konnten lediglich erste Empfehlungen für Teilsicherheitsbeiwerte ausgesprochen werden. Ein Bemessungskonzept im Lehmmauerwerksbau auf Basis von Teilsicherheitsbeiwerten, welches sich an der gültigen Mauerwerksnormung anlehnt, scheint aber prinzipiell möglich. Es bedarf allerdings noch weiterer Forschung, insbesondere im Hinblick auf andere Lastzustände und auf das Feuchtigkeitsverhalten von Lehmmauerwerk.
Im Rahmen des abgeschlossenen EU-Projekts NIKER (www.niker.eu) wurden die mechanischen Eigenschaften von Lehmsteinmauerwerk untersucht. Im ersten Teil wurde das mechanische Verhalten unter statischer Druck- und Schubbeanspruchung bestimmt. Ziel dieser Untersuchungen war es, grundlegende Daten zum Verformungs- und Versagensverhalten von Lehmbauteilen zu erhalten und dieses mit einem numerischen Modell zu beschreiben. Die Versuchsergebnisse belegten das spröde Verhalten von Lehmmauerwerk bei uniaxialer Druckbelastung und zeigten, dass das Versagen von Lehmmauerwerk infolge Schubbelastung nach Erstrissbildung in Mörtelfugen und Lehmsteinen durch Gleiten der Lehmsteine entlang der Mörtelfugen erfolgt. Mit der Software DIANA® wurden numerische Modelle entwickelt. Eine Makromodellierung erbrachte zufriedenstellende Resultate hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens unter statischem Druck, während mit einer Mikromodellierung zufriedenstellende Ergebnisse hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens unter statischer Schubbeanspruchung erzielt wurden. Für beide Fälle, d.h. Makromodellierung von statischem Druck und Mikromodellierung von statischem Schub, wurde eine gute Übereinstimmung der simulierten Rissbildung mit den tatsächlichen Rissbildern beobachtet.
Im zweiten Teil des Projekts wurden Verfahren zur experimentellen Beurteilung von Verpressankern für Lehmsteinmauerwerk erprobt. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass die gewählten Versuchsabläufe mit Betrachtung der Verformungen bzw. Relativverschiebungen der Ankerkomponenten und des Mauwerwerks geeignet sind, die am häufigsten wiederkehrenden Versagensarten zu bestimmen und Traglastkurven für Verpressanker zu erstellen.
UHPC-AAC/CLC composite panels with self-cleaning properties. Materials and production technology
(2016)
The aim of this study is to show the development of a façade composite panel combining either an autoclaved aerated concrete or a cellular lightweight concrete insulation layer with a box-type external ultra-high performance concrete (UHPC) supporting layer. The paper presents the materials characteristics of the different components and the production technology of the panel. The efficiency of surface modifications of the materials forming the external shell of the panel is reported. The activation of self-cleaning properties is described. The test results showed that the most efficient way to use the water-repellent agent is its application on the substrate before the concrete cast. Concerning the production technology, the preliminary studies showed more advantages of a twostep manufacturing procedure of the UHPC boxes than a one-step procedure.
Beton ist als Massenbaustoff vielseitig einsetzbar. Eine der neuesten Entwicklungen ist Ultrahochleistungsbeton (UHPC). Seine besonderen Eigenschaften ermöglichen eine zusätzliche Funktionalisierung der Oberflächen, da annähernd beliebige Mikrostrukturen exakt abgeformt werden können. So lassen sich beispielsweise Fassadenelemente aus UHPC bereits bei ihrer Herstellung im Betonfertigteilwerk mit selbstreinigenden Oberflächen ausrüsten. Eine andere Möglichkeit ist eine Anwendung als Datenspeicher. Wie das Beispiel der Schallplatte aus UHPC zeigt, lassen sich Muster, die hier die Schallinformationen enthalten, exakt von einer Matrize kopieren.
Earth, timber, fibre boards and insulation materials based on wooden and other natural fibres offer a variety of properties beneficial for eco innovative constructions that are able to improve the energy and resource efficiency of buildings.
Due to their porosity, natural building materials are vapour active and are able to buffer moisture. In combination with highly insulated and airtight but vapour permeable building envelopes, modern earth-timber constructions provide stable indoor humidity levels and can therefore be naturally ventilated while achieving highest energy efficiency standards. Experimental evidence suggests that monitored pilot buildings in Berlin do show healthy indoor air humidity levels (around 50%) in wintertime, while mechanically ventilated buildings demonstrate significantly lower values (around 25%), which have to be considered as uncomfortable and unhealthy.
The application of building materials being poor in chemical emissions, particularly volatile organic compounds (VOC) and radon, improves the indoor air quality further, so that intermittent ventilation twice a day will be sufficient to provide healthy indoor air quality. The air quality in critical rooms (e.g. small bedrooms), demonstrating a smaller air volume, should be monitored if appropriate ratios of room size to occupancy level cannot be realised.
Through night time ventilation in summer, vapour active earth-timber constructions provide evaporative cooling (humidity adsorption at night time and desorption during the day). As a result, indoor temperatures of earth-timber buildings range around 8 °C below the outside temperature peak, when an appropriate glazing ratio is reflected. The EU funded research project H-house is investigating various construction materials regarding water vapour adsorption as well as emission and absorption of harmful substances. Based on this investigation new wall constructions are designed to provide a healthier indoor environment.
This study presents diagnostic techniques to assess the structural vulnerability of earthen buildings. Medieval structures at Ambel (near Zaragoza, Spain), once a preceptory or monastic house belonging to the Military Orders, provide a useful case study. After more than a thousand years of construction, failure and repair from the 10th century to the present day, Ambel preceptory today is characterised by marked inhomogeneities: construction materials and structural typologies are juxtaposed, with structural discontinuities at the interfaces between construction phases. This paper argues that, while static analysis is an essential prerequisite before a suitable maintenance program can be defined, no evaluation of the structural behaviour of any historic building can ignore an understanding of the building’s history.
The study presents the results from the development of a grouting material based on hydrated lime with addition of pozzolana, which is referred to as hydraulic lime, suitable for the repair of cracks in a variety of earthen building techniques. The goal was to develop a material also compatible with earthen structures exposed to dynamic loads. The grouting mortar was designed to be adaptable in strength properties and at the same time to have sufficient robustness for preparation and use on the construction site.
Results showed a satisfactory performance of the grout concerning fresh and hardened mortar properties as well as injectability.
Thermal treatment improves the excellent properties of UHPC. Recent studies have shown that an increase in compressive strength of more than 30 % is possible. However, the accurate conditions of thermal treatment for a maximal strength are considered as yet undetermined. A multitude of parameters can be varied: temperature, pressure, water saturation, and duration of the process steps. These parameters influence the phase development and in consequence the macroscopic properties of UHPC. The primary objective of the presented study was the optimisation of the conditions for thermal treatment, concerning compressive strength. It focuses on pre-storage time and duration of the treatment at defined temperatures and pressures (90 °C and 185 °C/1.1MPa).
As expected, experimental results showed a fundamental change of phase composition in hydrothermally treated UHPC in comparison to standard cured UHPC: Ettringite decomposes at higher temperatures and is absent after thermal treatment; the amount of portlandite and clinker phases decreases. The change of phase composition is accompanied by increased compressive strength.
Experimental studies of calcium-silicate-systems at hydrothermal conditions predict the formation of the crystalline C-S-H phase tobermorite. In fact, this is a typical phase occurring in other hydrothermally treated calcium-silicate-systems like Autoclaved Aerated Concrete (AAC). Commonly, high strength is attributed to the presence of tobermorite; however, in the presented study tobermorite was not detected in the hydrothermally treated UHPC. Therefore, tobermorite cannot be responsible for the increased strength of hydrothermally treated UHPC.
In conclusion the development of phases and strength of UHPC at hydrothermal conditions differs fundamentally from AAC and the experimental studies with water saturation. Results of these systems cannot be transferred to UHPC. In thermally treated UHPC, the hydration of clinker is enhanced and the puzzolanic reaction is intensified. Hence, more C-S-H is formed that fills pores and cracks, leading to a denser structure and finally to higher strength.
Beton ist als Massenbaustoff vielseitig einsetzbar. Eine der neuesten Entwicklungen ist Ultrahochleistungsbeton (UHPC). Seine besonderen Eigenschaften ermöglichen eine zusätzliche Funktionalisierung der Oberflächen, da annähernd beliebige Mikrostrukturen exakt abgeformt werden können. So lassen sich beispielsweise Fassadenelemente aus UHPC bereits bei ihrer Herstellung im Betonfertigteilwerk mit selbstreinigenden Oberflächen ausrüsten. Eine andere Möglichkeit ist eine Anwendung als Datenspeicher. Wie das Beispiel der Schallplatte aus UHPC zeigt, lassen sich Muster, die hier die Schallinformationen enthalten, exakt von einer Matrize kopieren.