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The repair of earthen structures is not an easy task. Earth as a construction material has comparatively weak mechanical properties. It is also susceptible towards liquid water, were it can lose cohesion very quickly if certain moisture contents are exceeded. Repair concepts of structures built with such materials are therefore challenging. Historical earthen structures often exhibit damages in form of extensive cracking, which may have been caused by static or dynamic loads. Frequently these cracks are insufficiently or inappropriately repaired because of lack of knowledge and / or technology. In particular, the behaviour of crack repair by grouting poses a challenge in earthen materials and demands specific requirements for the grouting mortar, such as low water content, good water retention, low shrinkage. Grouting materials require additional specifications such as compatible strengths and Young’s modulus as well as good adhesion to the earthen substrates. In addition, grouts have to be sufficiently flowable to fill small cracks and voids without segregation or bleeding. Therefore, the rheological behaviour has to be well understood and controlled to gain the desired effects.The repair of cracks in earthen buildings is traditionally done by stuffing manually mortar into the gap. Naturally, this method is only usable for cracks with large widths. Another disadvantage is that cracks going through thicker walls cannot be completely reached by the tools used for stuffing the mortar into the crack. Lime based grouts for earthen materials were usually used for re-attachment of plasters but less for structural reasons.Due to the nature of earthen materials grouts based on formulated or hydraulic lime (according to the definition in EN 459-1) have to meet considerable demands on a variety of properties, which are related to compatibility, durability and in particular to the ability of being injected. The goal of this study was to create a grout, which can be used to re-establish structural continuity in cracked earthen masonry or other massive earth walls (rammed earth and cob) with the focus on grouting cracks. The grout material was based on hydrated lime (calcium hydroxide) with additions of pozzolana and lime stone filler.
The repair of earthen structures is not an easy task. Earth as a construction material has comparatively weak mechanical properties. It is also susceptible towards liquid water, were it can lose cohesion very quickly if certain moisture contents are exceeded. Repair concepts of structures built with such materials are therefore challenging. Historical earthen structures often exhibit damages in form of extensive cracking, which may have been caused by static or dynamic loads. Frequently these cracks are insufficiently or inappropriately repaired because of lack of knowledge and / or technology. In particular, the behaviour of crack repair by grouting poses a challenge in earthen materials and demands specific requirements for the grouting mortar, such as low water content, good water retention, low shrinkage. Grouting materials require additional specifications such as compatible strengths and Young’s modulus as well as good adhesion to the earthen substrates. In addition, grouts have to be sufficiently flowable to fill small cracks and voids without segregation or bleeding. Therefore, the rheological behaviour has to be well understood and controlled to gain the desired effects.
The repair of cracks in earthen buildings is traditionally done by stuffing manually mortar into the gap. Naturally, this method is only usable for cracks with large widths. Another disadvantage is that cracks going through thicker walls cannot be completely reached by the tools used for stuffing the mortar into the crack. Lime based grouts for earthen materials were usually used for re-attachment of plasters but less for structural reasons. Due to the nature of earthen materials grouts based on formulated or hydraulic lime (according to the definition in EN 459-1) have to meet considerable demands on a variety of properties, which are related to compatibility, durability and in particular to the ability of being injected. The goal of this study was to create a grout, which can be used to re-establish structural continuity in cracked earthen masonry or other massive earth walls (rammed earth and cob) with the focus on grouting cracks. The grout material was based on hydrated lime (calcium hydroxide) with additions of pozzolana and lime stone filler.
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 evaluates Portland limestone cement mortars, natural hydraulic lime mortars and pozzolan-lime mortars modified with water-repellent admixtures (metal soaps and siloxanes) for their use in the maintenance of historic buildings. The chemical-physical characteristics, the durability and the resistance to artificial weathering (exposure to UV light and artificial rain) were examined. The exposure conditions used in the ageing test were chosen in order to simulate outdoor environmental conditions, in particular the processes caused by UV-light and thermal shock induced by rain water.
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.
Es ist bekannt, dass eine Faserbewehrung die Schrumpfrissbildung in Beton vermindern kann. In der Literatur finden sich jedoch zum Teil widersprüchliche Angaben über die Wirksamkeit unterschiedlicher Faserarten, und deren Wirkungsmechanismus ist noch nicht vollständig geklärt. Fasern, die in Deutschland als Betonzusatzstoff eingesetzt werden sollen, bedürfen einer Zulassung durch das DIBt, das für den Nachweis ihrer Wirksamkeit zur Verminderung der Schrumpfrissbildung ein Prüfverfahren mit großformatigen Platten vorschreibt. In diesem Bericht werden die Ergebnisse einer Studie vorgestellt, in der die Eignung verschiedener Prüfverfahren hinsichtlich der Beurteilung der Wirksamkeit von Polymerfasern untersucht wurde. Dieser Bericht ist eine verkürzte Fassung eines Beitrags zum 52. Forschungskolloquium des DAfStb.
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.
Connections improvement plays a key role in seismic upgrade of historical buildings. Their global response is related to the behaviour of the single structural elements as well as by their mutual connections. Up to now limited data is available on the performance of grouted anchor pins in earthen materials where the critical point is the bond between the grout and the earthen substrate.
In this paper results of the experimental testing performed on earth block masonry are presented. Pull-out tests were carried out to investigate the bond strength and failure modes of stainless steel as well as glass fiber reinforced polymer (GFRP) rods with a lime based hydraulic grout and their compatibility with earth block masonry. GFRP rods were investigated as an alternative bonded-in anchorage material to the commonly used steel. In comparison with steel, they have a reduced weight and a reduced coefficient of thermal expansion. Their lower modulus of elasticity seems to be more compatible with the modulus of elasticity of earthen materials, although they exhibit a brittle fracture with lack of plastic phase.
Connections improvement plays a key role in seismic upgrade of historical buildings. Their global response is related to the behavior of the single structural elements as well as to their mutual connections. Up to now only few data are available about the performance of grouted anchor pins in earthen materials where the critical point is the bond between the grout and the earthen substrate. In this paper, results of the experimental testing performed on earth block masonry, rammed earth and cob are presented. Pull-out tests were carried out to investigate the bond strength and failure modes of stainless steel rods with a lime based hydraulic grout and their compatibility with earthen materials. Rods with nuts were investigated to improve the pull-out capacity of the anchors. They showed higher pull-out capacity than rods without nuts. The performances of rods with nuts in cob were influenced by the rough surface at/of the earthen substrate. It is assumed that the non homogeneous surface caused an interlocking mechanism, which allowed to reach a pull-out capacity of about 54% higher than in earth block masonry.
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.
Das Wissen über die Materialeigenschaften und die Versagensmechanismen bei Lehmbaustoffen ist begrenzt und lückenhaft. Im Rahmen des EU-Projekts NIKER (www.niker.eu) wurden deshalb die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aus Lehm unter statischer Druck- und Schubbeanspruchung bestimmt. Ziel der 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 Lehmsteinmauerwerk bei uniaxialer Druckbelastung und zeigten, dass das Versagen von Lehmsteinmauerwerk infolge Schubbelastung nach Erstrissbildung in Mörtelfugen und Lehmsteinen durch Gleiten der Lehmsteine entlang der Mörtelfugen erfolgt. Die numerische Makromodellierung erbrachte zwar befriedigende Resultate hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens, jedoch konnte bei der simulierten Rissbildung keine Übereinstimmung mit den in den Versuchen beobachteten Rissbildern erzielt werden. Bei Lehmsteinmauerwerk ist also eine wesentlich aufwendigere Mikromodellierung notwendig, um das Versagensverhalten korrekt beschreiben zu können.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Knowledge of the material properties and failure mechanisms of earthen materials is limited and scattered. Within the framework of the NIKER project (www.niker.eu) funded by EC, the mechanical properties of earthen material elements were therefore determined under static compression and shear loads. The aim was to obtain fundamental data on deformation behaviour and failure mechanisms of earthen material structural elements and to describe them by means of a numerical model. The test results confirmed the brittle behaviour of earth block masonry under monoaxial compressive load and showed that the failure of earth block masonry under shear load occurs by sliding of the earth blocks along the mortar joints after initial cracking in mortar joints and earth block. Numerical macro modelling showed satisfying results with regard to stress-strain behaviour, but the simulated crack pattern was not consistent with experimental observations. In the case of earth block masonry, it is thus necessary to use micro modelling approaches in order to correctly predict the failure process at local level.
Schätzungen zufolge leben und arbeiten zurzeit 30 bis 40 % der Weltbevölkerung in Gebäuden aus Lehm. Darunter befindet sich auch eine nicht unerhebliche Anzahl an Baudenkmälern, davon viele in einem gefährdeten Zustand. Bauwerke aus Lehm erfordern einen hohen Unterhaltungsaufwand, da sie anfällig sind für Erosion bei Regen sowie Abplatzungen und Querschnittsschwächung, wenn Salze kapillar transportiert werden und auskristallisieren. Außerdem sind sie empfindlich gegenüber mechanischen Beanspruchungen. So führen bereits relativ niedrige Zug- oder Druckspannungen zu Schädigungen durch Rissbildung. Einige Lehmbauweisen werden heute nicht mehr ausgeführt und das Wissen über sie ist zumindest teilweise verloren gegangen. Die verschiedenen Lehmbauweisen unterscheiden sich deutlich in Bezug auf die Zusammensetzung des Materials und die Bautechniken.
This paper presents an innovative way to combine an external ultra-high performance concrete (UHPC) supporting layer with an insulation layer of autoclaved aerated concrete (AAC) or cellular lightweight concrete (CLC) to create light-weight façade elements, which are improved in functionality and in energy efficiency. The durability of the façade elements is improved by developing UHPC with self-cleaning properties. One approach is based on the photocatalytic activation of the external UHPC shell by incorporation of TiO2 particles. The second approach consists of the modification of the UHPC surface by micro structuring in combination with the application of water-repellent agents to create durable super hydrophobicity. The current results obtained from laboratory testing are promising and demonstrate the feasibility of the approaches.
The awareness of the environmental impact of the building sector is increasing. Steel reinforced concrete is the most commonly used construction material, though with a high-embodied energy and carbon footprint. Large environmental gains may arise if an alternative to steel reinforced concrete is developed. In this context, ultra-high performance concrete (UHPC) materials are shown to be promising alternatives with advantages such as lower embodied energy and reduced environmental impact. Predictions suggest that UHPC composite elements for building envelopes could have other benefits such as an increased service life, optimised use of building area due to thinner elements and minimised maintenance due to the absence of reinforcement or use of non-corrosive reinforcing materials such as carbon fibres. In the framework of the H-HOUSE project funded by the European Commission, composite elements are developed. The aim is to create facade panels combining an autoclaved aerated concrete or cellular lightweight concrete insulation layer with an external UHPC supporting layer. To enhance occupant comfort and health, hygroscopic materials that are capable to buffer indoor air humidity shall be applied to the inside of such elements. Indoor air humidity levels are expected to be more stable, which shall subsequently improve the indoor climate and minimise potential decay to the construction.
The awareness of the environmental impact of the building sector is increasing. Steel reinforced concrete is the most commonly used construction material, though with a high-embodied energy and carbon footprint. Large environmental gains may arise if an alternative to steel reinforced concrete is developed. In this context, ultra-high performance concrete (UHPC) materials are shown to be promising alternatives with advantages such as lower embodied energy and reduced environmental impact. Predictions suggest that UHPC composite elements for building envelopes could have other benefits such as an increased service life, optimised use of building area due to thinner elements and minimised maintenance due to the absence of reinforcement or use of non-corrosive reinforcing materials such as carbon fibres. In the framework of the H-HOUSE project funded by the European Commission, composite elements are developed. The aim is to create facade panels combining an autoclaved aerated concrete or cellular lightweight concrete insulation layer with an external UHPC supporting layer. To enhance occupant comfort and health, hygroscopic materials that are capable to buffer indoor air humidity shall be applied to the inside of such elements. Indoor air humidity levels are expected to be more stable, which shall subsequently improve the indoor climate and minimise potential decay to the construction.
The aim of this study was to develop a lightweight composite façade element for refurbishment of existing façades. It was crucial to minimize the thermal bridges and to undercut the thermal requirement of the system existing façade new element. The awareness of the environmental impact of the building sector is increasing. In this context, ultra-high performance concrete (UHPC) materials are shown to be promising alternatives with advantages such as lower embodied energy and reduced environmental impact. Predictions suggest that UHPC composite elements for building envelopes could have other benefits such as an increased service life, optimized use of building area due to thinner elements and minimized maintenance due to the absence of reinforcement or use of non-corrosive reinforcing materials such as carbon fibers. In this framework, composite elements have been developed combining an autoclaved aerated concrete insulation layer with an external UHPC supporting layer. The results show that the lightweight composite element has a good performance in term of thermal transmittance and minimization of thermal bridges.
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.
The main aim of the research was the development of a first valid database for material parameters of earth block masonry (EBM) with particular regard to statistical characteristics. A solid database is needed for the determination of the materials partial safety factor. Therefore, compressive strength tests were carried out with two types of earth blocks and two types of prefabricated earth mortar.
The evaluation has shown that the mean variation of the compressive strength was remarkably less than expected, which indicates high quality standards of the components earth block and mortar with regard to industrial production. Using the reliability method, a partial safety factor for EBM subjected to compression was determined on the basis of these test results. The findings have shown that a common calculation method for EBM based on partial safety factors following the valid masonry construction standard is feasible.
This paper presents the development of ultra-high performance concrete (UHPC) for façade elements with self-cleaning properties. For creating self-cleaning surfaces two different approaches are proposed. One approach is based on the photocatalytic activation of the external UHPC shell by incorporation of TiO2 particles. The second approach consists of the modification of the UHPC surface by micro structuring in combination with the application of hydrophobic agents to create durable super hydrophobicity. In the framework of the H-HOUSE Project funded by the European Commission the experimental investigations were performed with UHPC based on Dyckerhoff Nanodur® technology. The special properties of this material enable the precise reproduction of any micro structure without flaws. The current results obtained from laboratory and outdoor weathering tests are promising and demonstrate the feasibility of the approaches.
In the past few years, the share of earthen building materials used in constructions in Central Europe has increased. That is due to growing acknowledgement of its qualities regarding balancing of humidity, absorption of odours and acoustical insulation.
To regulate these (mostly indoor) uses, the German Institute for Standardization (DIN) has published norms for adobe, earth mortar for masonry and earth plaster. In addition to these traditional building materials, earthen panels have been developed. As an ecological alternative to gypsum plaster boards, they combine climatic advantages of traditional materials with economic advantages of industrial processing, i.e. prefabrication and drywall techniques. Earthen panels are a composite layered material, comparable to Textile Reinforced Concrete (TRC). Most products contain an inner layer of reed tubes which improve the tensile strength and reduce the weight. Often, one or both surfaces are reinforced with a fibrous net to prevent cracks in the plastering that is usually applied on top. Additives range from straw to expanded clay. Special panels contain waxes that improve their heat storage capacity or water pipes to allow the usage as flat heating and cooling systems.
Die Instandsetzung von Lehmbauwerken ist keine einfache Aufgabe. Der Baustoff Lehm hat vergleichsweise schwache mechanische Eigenschaften. Er ist außerdem anfällig gegenüber eindringendem Wasser, wobei er sehr schnell seinen Zusammenhalt verlieren kann, wenn gewisse Feuchtegehalte überschritten werden. Instandsetzungskonzepte für Bauwerke aus solchen Materialien stellen deshalb eine Herausforderung dar. Historische Lehmbauwerke zeigen oft Schäden in Form von starker Rissbildung, die durch statische oder dynamische Lasten hervorgerufen sein kann. Häufig werden solche Risse wegen mangelnder Fachkenntnis und / oder fehlender Techniken nur ungenügend instandgesetzt. Die Rissinstandsetzung mit Einpressmörteln birgt insbesondere für Lehmbaustoffe eine Herausforderung und erfordert spezifische Anforderungen an den Einpressmörtel, wie z. B. niedriger Wassergehalt, gutes Wasserrückhaltevermögen, niedriges Schwindmaß, an das instandzusetzende Material angepasste Festigkeit und E-Modul sowie eine gute Haftung am Lehmuntergrund. Zusätzlich müssen Einpressmörtel eine ausreichende Fließfähigkeit aufweisen, um kleine Risse und Hohlräume ohne Entmischung zu füllen. Deshalb muss das rheologische Verhalten des Einpressmörtels gut untersucht und kontrolliert werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Die Rissinstandsetzung bei Lehmbauwerken erfolgt traditionell durch manuelles Stopfen mit einem Mörtel. Natürlich können auf diese Weise nur Risse mit einer großen Breite verfüllt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass Risse, die durch dickere Wände verlaufen, nicht vollständig mit den für das Stopfen verwendeten Werkzeugen erreicht werden können. Kalkgebundene Einpressmörtel für Lehmbaustoffe werden gewöhnlich für die Wiederbefestigung von Putzen und weniger aus statisch-konstruktiven Gründen eingesetzt.
Aufgrund der Eigenschaften von Lehm, müssen Einpressmörtel auf Basis von hydraulischem Kalk nach EN 459-1 [4] wesentliche Anforderungen an eine Reihe von Eigenschaften erfüllen, die sich auf die Verträglichkeit, die Dauerhaftigkeit und insbesondere die Injektionsfähigkeit beziehen. Das Ziel der vorgestellten Untersuchungen war einen Einpressmörtel zu herzustellen, mit dem die strukturelle Kontinuität in Lehmmauerwerk oder anderen massiven Lehmwänden (Stampf- und Wellerlehm) durch Rissverpressung wiederhergestellt werden kann. Das Material bestand aus Kalkhydrat mit Zusätzen von Puzzolanen und Kalksteinfüller.
Die Instandsetzung von Lehmbauwerken ist keine einfache Aufgabe. Der Baustoff Lehm hat vergleichsweise schwache mechanische Eigenschaften. Er ist außerdem anfällig gegenüber eindringendem Wasser, wobei er sehr schnell seinen Zusammenhalt verlieren kann, wenn gewisse Feuchtegehalte überschritten werden. Instandsetzungskonzepte für Bauwerke aus solchen Materialien stellen deshalb eine Herausforderung dar. Historische Lehmbauwerke zeigen oft Schäden in Form von starker Rissbildung, die durch statische oder dynamische Lasten hervorgerufen sein kann. Häufig werden solche Risse wegen mangelnder Fachkenntnis und / oder fehlender Techniken nur ungenügend instandgesetzt. Die Rissinstandsetzung mit Einpressmörteln birgt insbesondere für Lehmbaustoffe eine Herausforderung und erfordert spezifische Anforderungen an den Einpressmörtel, wie z. B. niedriger Wassergehalt, gutes Wasserrückhaltevermögen, niedriges Schwindmaß, an das instandzusetzende Material angepasste Festigkeit und E-Modul sowie eine gute Haftung am Lehmuntergrund. Zusätzlich müssen Einpressmörtel eine ausreichende Fließfähigkeit aufweisen, um kleine Risse und Hohlräume ohne Entmischung zu füllen. Deshalb muss das rheologische Verhalten des Einpressmörtels gut untersucht und kontrolliert werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Die Rissinstandsetzung bei Lehmbauwerken erfolgt traditionell durch manuelles Stopfen mit einem Mörtel. Natürlich können auf diese Weise nur Risse mit einer großen Breite verfüllt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass Risse, die durch dickere Wände verlaufen, nicht vollständig mit den für das Stopfen verwendeten Werkzeugen erreicht werden können. Kalkgebundene Einpressmörtel für Lehmbaustoffe werden gewöhnlich für die Wiederbefestigung von Putzen und weniger aus statisch-konstruktiven Gründen eingesetzt Aufgrund der Eigenschaften von Lehm, müssen Einpressmörtel auf Basis von hydraulischem Kalk nach EN 459-1 wesentliche Anforderungen an eine Reihe von Eigenschaften erfüllen, die sich auf die Verträglichkeit, die Dauerhaftigkeit und insbesondere die Injektionsfähigkeit beziehen. Das Ziel der vorgestellten Untersuchungen war einen Einpressmörtel zu herzustellen, mit dem die strukturelle Kontinuität in Lehmmauerwerk oder anderen massiven Lehmwänden (Stampf- und Wellerlehm) durch Rissverpressung wiederhergestellt werden kann. Das Material bestand aus Kalkhydrat mit Zusätzen von Puzzolanen und Kalksteinfüller.
Ultrahochleistungsbeton (UHPC) zeichnet sich durch eine enorme hohe Druckfestigkeit von über 150MPa aus, während er gleichzeitig eine hohe Dichtheit besitzt. Im Schwerpunktprogramm SPP 1182 der DFG sind umfangreiche Untersuchungen zu verschiedensten Aspekten des UHPC durchgeführt worden, sodass die Voraussetzungen für eine breite Anwendung gegeben sind.
Zusammenfassung Bei Hochleistungsbetonen werden trotz der für Normalbetone üblichen Nachbehandlung häufig Schäden im jungen Alter in Form einer Mikrorissbildung beobachtet. Diese Mikrorisse, die insbesondere bei Zugabe von Mikrosilica auftreten, sind größtenteils auf das autogene Schwinden der Bindemittelmatrix zurückzuführen. Die autogenen Verformungen der Bindemittelmatrix eines Betons werden durch eine Vielzahl von Materialparametern beeinflusst und sind eng mit der Hydratation und der daraus resultierenden Selbstaustrocknung, aber auch mit den sich insbesondere im jungen Alter stark verändernden Gefügeeigenschaften verknüpft. Die Aussagekraft einfacher, auf empirischen Untersuchungen basierender Stoffmodelle, die ein "autogenes Schwindmaß" vorhersagen sollen, ist jedoch begrenzt, da sie die Komplexität der hydratationsbedingten Vorgänge bei Hochleistungsbetonen im jungen Alter nur unzureichend abbilden. Für die Erweiterung des Kenntnisstands wurden in dieser Arbeit deshalb der Einfluss der Bestandteile und der Zusammensetzung der Bindemittelmatrix von Hochleistungsbetonen auf ihr autogenes Verformungsverhalten systematisch untersucht und kausale Zusammenhänge aufgezeigt. Hierfür wurden die gemessenen autogenen Verformungen sowohl mit der Hydratation als auch mit der sich entwickelnden Porenstruktur und den mechanischen Ei genschaften in Beziehung gesetzt. Die Zementhydratation und die Reaktionen der Zusatzstoffe wurden mit der isothermen Wärmeflusskalorimetrie und der Thermogravimetrie verfolgt. Die Untersuchung der Porenstruktur erfolgte mit der Quecksilberdruckporosimetrie. Zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften wurden statischer EModul sowie Druck und Biegezugfestigkeit bestimmt. Der Einfluss der in dieser Arbeit verwendeten organischen Zusatzmittel auf die Oberflächenspannung wässriger Lösungen wurde mit der Tensiometrie untersucht. Mit dem gewählten Verfahren für die Verformungsmessung war es möglich, die Verformungen bereits kurze Zeit nach Herstellung der Bindemittelleime zu erfassen. Die Messergebnisse enthielten deshalb auch plastische Verformungen, die vor der Erstarrung der Bindemittelleime auftraten und keinen Einfluss auf die Entwicklung von Zwangsspannungen haben. Zur Unterscheidung zwischen plastischen Verformungen und Verformungen, die nach der Erstarrung bei entsprechender Behinderung Zwangsspannungen induzieren, wurde der Zeitpunkt t 0 ermittelt, ab dem Spannungen in der Matrix übertragen werden können. Hierfür wurde eine Methode entwickelt, mit der t 0 durch Analyse der gemessenen autogenen Verformungen bestimmt werden kann. Für die Abschätzung der Kapillarspannungen, die als Hauptursache des autogenen Schwindens gelten, wurden die sich bei der Selbstaustrocknung in den Kapillarporen einstellenden Meniskusradien der Porenlösung ermittelt. Hierfür wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem der Meniskusradius, als Radius der größten noch mit Flüssigkeit gefüllten Poren, mit Hilfe der experimentell ermittelten Porenradienverteilungen und der kapillaren Sättigung bestimmt wird. Hierfür wurde ein Modell gebildet, mit dem die kapillare Sättigung, die die Selbstaustrocknung des kapillaren Porenraums beschreibt, als Funktion des Hydratationsgrades berechnet wird. Es konnte damit gezeigt werden, dass das beobachtete autogene Schwindverhalten zumindest nach dem für Bindemittelleime mit niedrigen w/b Werten typischen starken Anfangsschwinden mit der Selbstaustrocknung und den dadurch zu erwartenden Kapillarspannungen korreliert.
Mittels Wärmebehandlung lassen sich die hervorragenden Eigenschaften von UHFB nochmals verbessern. Die für eine optimale Umsetzung relevanten Randbedingungen werden aktuell in der Fachwelt diskutiert. In dieser Veröffentlichung werden die Ergebnisse eines Forschungsprojekts vorgestellt, das die Wirkung verschiedener Einflussgrößen bei der Wärmebehandlung auf die Eigenschaften von UHFB zum Thema hatte. Dabei wurden die Art des Schutzes gegen das Austrocknen, die Vorlagerungszeit und die Haltezeit variiert. Um die zugrunde liegenden Prozesse zu verstehen, wurde der Phasenbestand mittels Röntgendiffraktometrie untersucht. Die höchsten Druckfestigkeiten des UHFB ließen sich bei einer Wärmebehandlung mit Wasserlagerung erzielen, da hierbei eine weitere Hydratation begünstigt wird. Vergleichsweise niedriger waren die Steigerungen bei einer Behandlung mit Schutz vor Austrocknung, während eine ungeschützte Behandlung zu deutlich geringeren Festigkeiten führte. Die Vorlagerungszeit beträgt im Idealfall einige Tage, um die Ausbildung eines offenbar günstigen Ausgangsgefüges sicherzustellen. Die Haltezeit sollte möglichst ausgedehnt sein, weil die Hydratation entsprechend lange gefördert wird. Im oberflächennahen Bereich war unter bestimmten Bedingungen eine Zonierung zu beobachten, deren Ursachen und Folgen, insbesondere in Bezug auf die Dauerhaftigkeit, weitere Forschung erfordern.
This paper focuses on the experimental evaluation of one of the key microstructural Parameters of a short-fiber reinforced composite – the orientation distribution of fibers. It is shown that computed tomography (CT) produces results suitable for reconstruction of the orientation distribution function. This function is used for calculation of the effective elastic properties of polymer-fiber reinforced concrete. Explicit formulas are derived for overall elastic moduli accounting for orientation distribution in the frameworks of the noninteraction approximation, the Mori–Tanaka–Benveniste scheme, and the Maxwell scheme.
The approach illustrated can be applied to any kind of composite material.
In this paper, a comparative study on the initial shear strength of
masonry with earth mortars is presented. Triplet tests were carried out to characterise the shear bond strength of five different types of earth mortar, three purely mineral and two with vegetable additives (wood and straw chaff), using calcium silicate blocks. In spite of their lower bulk densities, mortars with chaffs reached a value of compressive strength comparable to the values shown by the purely mineral mortars. The characteristic initial shear strengths of all the tested earth mortars were between two and five times higher than the minimum values for initial shear strengths required by standards.
To assess the influence of blocks pre-wetting, a comparison between calcium silicate blocks and earth blocks was performed to evaluate the results obtained from the standard test procedure compared to the more common practice of using earth mortars in combination with earthen blocks.
The current paper focuses on the determination of reliable numerical models of earth block masonry wallettes under different loading conditions. Uniaxial compression and diagonal compression tests were performed. Experimental behaviour was modelled with a non-linear model able to describe the cracking behaviour. The simplified approach based on macro-modelling shows a satisfactory accuracy and low computational costs. The results reproducing the uniaxial compression are in good correspondence with the post-elastic behaviour observed in the experimental campaign. The micro-modelling approach adopted to reproduce the shear behaviour, even with high computational cost, represents a suitable tool to predict the masonry collapse mechanism.
Der Einfluß der Mischungszusammensetzungen auf das frühe autogene Schwinden der Bindemittelmatrix von Hochleistungsbetonen wurde durch Korrelation mit der Hydratationskinetik untersucht. Durch die Analyse der Verformungsgeschwindigkeiten konnte eine Unterscheidung zwischen plastischen und spannungsinduzierenden Verformungen vorgenommen werden.
Multi residential buildings, developed as highly energy-efficient and airtight are nowadays often fitted with mechanical Ventilation Systems as a way to overcome shortcomings and even defects tinked to indoor climate. The presented study investigates the potential of low-emitting. natural building materials with hygroscopic properties to contribute to a healthy and comfortable indoor environment, while reducing the need for mechanical Ventilation.
A selection of natural building materials suitable for application as internal partition walls has been investigated with regards to their water vapour adsorption capacity.
Special emphasis was placed on the investigation of modified earth plasters as well as wood-based materials, used as wall lining to provide increased adsorption capacities.
In addition, tests on materials emissions (formaldehyde, VOCs, SVOCs and radon) as well as adsorption tests of airborne pollutants have been conducted in specially-designed fest chambers. All tests were performed at either the material or the component tevel.
Overall results to date suggest that natural materials contribute to an improved indoor environment quality through an increased moisture-buffering capacity, low emissions and the potential to adsorb airborne pollutants, therefore reducing the need for mechanical Ventilation.
In-plane shear behaviour of earthen materials panels strengthened with polyester fabric strips
(2016)
An experimental investigation was carried out to study the in-plane shear behaviour of earthen material Panels strengthened with polyester fabric strips. Strengthened panels were developed to exploit the strength potential of earthen materials and to solve its lack of tensile strength, significantly improving not only strength but also ductility. Three earthen materials were considered: cob, earth block masonry (EBM) and rammed earth (RE). As first approach the strengthening configuration, based on different adhesive materials, was tested only for cob panels. As part of the study the results of a big testing campaign of unstrengthened Panels were considered. Seven strengthened panels were tested in diagonal compression/shear.A unique reinforcement orientation was used. The results of these tests are presented in this paper, and include the load-displacement behaviours, crack patterns, failure modes. The results showed that the reinforcement was the most effective in EBM panels, with increase in strength and ductility observed. In RE and cob panels the reinforcement did not likely contribute significantly to the shear resistance, due to a lack of embedment length of the strips. Instead, in EBM it was likely that the vertical reinforcement acted in tension to restrain shear induced dilation and to restrain sliding.
Emissions of building materials might have negative impact on human health and well-being. In the EU-funded research project H-House more than 30 natural materials (earthen dry boards and plasters, bio-based insulation materials made of wood, flax, reed, straw, etc.) used for renovation and refurbishment were tested regarding emissions of VOC, formaldehyde and radon. Different to ordinary emission tests on single materials this study focuses on the emissions from complete wall assemblies. Therefore, specially designed test chambers were used allowing the compounds to release only from the surface of the material facing indoors. The testing parameters were chosen in order to simulate model room conditions. The emission results were finally evaluated using the AgBB evaluation scheme, a procedure currently applied for the approval of flooring materials in Germany.
Pozzolanalime mortars modified with water-repellent admixtures were designed and studied to obtain mortars for restoration application. Powdered silane and calcium stearates were mixed with pozzolana, lime and sand and the chemicalphysical properties of the resulting mortars were evaluated by X-ray diffraction, electron microscopy (SEM-EDX), thermogravimetric analysis and FT-IR spectroscopy. The mechanical behavior, the pore structure and the hygric behavior were measured. The resistance of water-repellent mortars to the salt crystallization was evaluated. Both calcium stearates and powdered silane allowed good water-repellent protection even if the water-repellent agents and their dosage modified some physical properties and the hydration kinetic.