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Organisationseinheit der BAM
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.
Die Ausführung von Abdichtungssystemen insbesondere an Ingenieurbauwerken der Verkehrsinfrastruktur greift in die unmittelbare Verfügbarkeit/Nutzbarkeit des Bauwerks ein und erfolgt deshalb i.a.R. unter höchstem Zeitdruck. Neuere materialtechnische Entwicklungen im Bereich der Flüssigkunststoff-Systeme erlauben kürzere Ausführungszeiten in einem erweiterten Einsatzspektrum. Zur Sicherstellung anforderungsgerechter Gebrauchseigenschaften des gesamten Brückenabdichtungssystems gibt die vorliegende Veröffentlichung Hinweise für die einzuhaltenden Baugrundsätze, bautechnologische Besonderheiten und Erfordernisse im Umgang mit Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie qualitätssichernde Maßnahmen.
The European building sector is moving towards more complex and high-tech building approaches. While focusing on energy efficiency, aspects e.g. occupant health, sustainability and life cycle costing are often neglected. This study highlights the potential of earthen plasters in combination with natural ventilation for low-tech solutions.
The EU funded project [H]house established the outstanding performance of earthen materials in light of hygrothermal and air purifying properties, which were further supported by experimental data from monitoring of naturally ventilated pilot buildings in Berlin. Additionally, [H]house demonstrated through LCC an increased cost efficiency of earth based low-tech solutions in comparison to conventional constructions relying on mechanical ventilation.
The aim of this study was to develop a lightweight composite facade element for new buildings and for the refurbishment of existing facades. These composite elements have been developed combining an insulation layer of autoclaved aerated concrete (AAC) with an external ultrahighperformance concrete (UHPC) supporting layer. This solution allows avoiding the use of connectors and facilitates the production procedure. The structural behavior of the facade elements is mainly influenced by the presence of the upturning edges that are able to increase the stiffness of the element and reduce the thickness of the external layer. The insulation material has no influence on the structural behavior of the UHPC boxes. Flexural tests were carried out to investigate a potential detachment of the external layer from the upturning edge. The photogrammetric Analysis used during the flexural tests essentially confirmed that the bond between the two UHPC layers cast in two steps is reliable. The quality of the bond between the external layer and the upturning edge is a key parameter to define the bearing capacity of the element.
Die größten Ressourcenverbraucher unserer Zeit sind die Gebäude oder Behausungen des Menschen sowohl in der Phase der Errichtung als auch im Betrieb. Der Gebäudesektor und damit auch die Architektur verbrauchen in Deutschland ca. 50 % der fossilen Energieressourcen und verursachen ca. 60 % des gesamten Müllaufkommens mit dem zugehörigen Bedarf an Ressourcen in der Errichtung. Öl, Stahl und Beton haben uns Glauben gemacht die natürlichen Begebenheiten bei der Gestaltung von Gebäuden wenig beachten zu müssen. Immer neue Techniken zum Betrieb und zur Klimatisierung von Gebäuden waren die Zukunft. Der Klimawandel und die Ressourcenknappheit sind Aufforderungen zur Veränderung. Das Voranschreiten der Reform des Bauwesens hat somit zentrale Bedeutung zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele und um unsere Gesellschaft zukunftsfähig zu machen. Klimaangepasste Architekturkonzepte und die Verwendung von klimaaktiven Naturbaustoffen werden einen wesentlichen Beitrag zum Ressourcenschutz erbringen.
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.
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.
Die zielgerichtete Weiterentwicklung von Bauteilen und Konstruktionselementen im Straßenbau hochbeanspruchter Verkehrswege unserer Infrastruktur (Bundesfernstraßen) erfordert spezielle, bauteiladaptierte technische Möglichkeiten/Sensorik zur Quantifizierung des Gebrauchsverhaltens. Bei Fugen in Verkehrsflächen stellen insbesondere langsam und schnell ablaufende Plattendeformationen infolge jahreszeitlicher und verkehrlicher Beanspruchungen maßgebende Beanspruchungszustände dar. Eine Quantifizierung dieser Einwirkungen hilft bei der Weiterentwicklung sowie auch bei der Bewertung optimierter technischer Lösungen. In Forschung kompakt 17/21 „Innovative Sensorik für Fugensysteme“ wird eine neuartige, robuste Lösung der BAM zur Datenerfassung und Bauwerksmonitoring von hochbeanspruchten Verkehrsflächen aus Beton vorgestellt.
SENSO JOINT - An innovative sensor system for a sustainable joint design of concrete pavements
(2020)
Inacceptable capability and durability of joint sealing systems but also inadequate traffic performance (noise emission; overrolling comfort) up to traffic safety aspects reflect the still enormous demand for data-based description of concrete pavements performance under heavy loading conditions. Especially the deformation behavior of concrete pavement slabs in the joint region in consideration of new pavement construction types and improved concrete mixtures meanwhile established but also under the steeply rising traffic loads is not sufficiently explored. To create a data basis for advanced design rules, evaluation methods and product standards - and with it to improve quality, durability and finally sustainability of pavements - an innovative 3-D sensor system SENSO JOINT adapted to german roadworking requirements and suitable for heavy-duty operating conditions was developed. The contribution introduced describes the development of an extensive technical solution based on the analysis of decisive loads, interactions and boundary conditions. Based on calibration data, results of laboratory testing and finally field-testing on different concrete pavement construction types the outcome of a multi-level evaluation process shall introduce the potential of the new sensor system.
Composite Facade Elements with Self-Cleaning Surface made of Ultra-High-Performance Concrete (UHPC)
(2020)
In the framework of the European project H-House various concrete façade elements were developed with the aim to ensure a long service life by combining a very durable material with self-cleaning properties. The façade elements presented are made of a shell of UHPC filled with blocks of aerated autoclaved concrete as insulating material. Self-cleaning properties were realized amongst others by imprinting a microstructure into the surface during casting. The paper focuses on selected technological aspects of the manufacturing process of prototypes which had to be performed in two concreting sections. Furthermore the challenges faced when upscaling the self-cleaning properties are addressed and the strategy to assess the self-cleaning properties by measuring the contact and the roll-off angel is presented. The results show that a successfull upscalaing process requires detailed planning and that the best results can often be achieved with a moderate work effort or material use.
Composite UHPC facade elements with self-cleaning surface: Aspects of technological manufacturing
(2020)
In the framework of the European collaborative project H-House, which was finished in 2017, large façade elements were developed consisting of a box shaped external shell of ultra-high-performance concrete (UHPC) with a functionalized surface and an insulation of autoclaved aerated concrete (AAC). The exposed concrete of the elements was further refined by adding self-cleaning properties to the surface through imprinting a microstructure in combination with chemical agents directly in the casting process. The paper focuses on selected technological aspects of the manufacturing process of large-scale prototypes. Presented are results of the upscaling process of functionalized surfaces from small specimen up to large UHPC composite facade elements produced for the construction of a demonstrator.
Die geringe Zugfestigkeit von zementgebundenen Materialien kann durch die Zugabe von Fasern maßgeblich verbessert werden. Ziel eines gemeinsamen Verbundprojekts mit einem Industriepartner war die Erhöhung der Leistungsfähigkeit von kurzen Polymer- und Carbonfasern durch eine Verbesserung des Verbundes zwischen Faseroberfläche und Zementsteinmatrix.
Von der IONYS AG wurde dazu eine spezielle Funktionalisierung entwickelt, die über eine Hydrophilisierung der Faseroberfläche eine chemische Anbindung an die Zementsteinmatrix gewährleistet. Aufgabe der BAM war es, die Effizienz der neuen Beschichtung bezüglich der Erhöhung der Nachrissbiegezugfestigkeit und der Reduzierung der Schwindrissbildung während der Erhärtungsphase zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Funktionalisierung die Neigung zur Schwindrissbildung für die Carbonfasern und in noch stärkerem Maße für die Polymerfasern reduziert.
Eine Erhöhung der Nachrissbiegezugfestigkeit konnte dagegen nur für die deutlich steiferen Carbonfasern nachgewiesen werden.
Voraussetzung zur Aufklärung von Fugenbewegungen in hochbeanspruchten Verkehrsflächen aus Beton ist ein neues, innovatives und sensitives Sensorsystem, welches unter den Bedingungen der Autobahnpraxis schnell und sicher in entsprechend beanspruchte Bereiche installiert werden kann und in der Lage ist, stabile und hochaufgelöste Bewegungen in mehrere Raumrichtungen zu erfassen. Das durch die BAM neu entwickelte Sensorsystem ist geeignet, um direkt in die Betonfahrbahndecke integriert zu werden und sowohl über saisonale Messbereiche als auch in hoher Auflösung entsprechende Messwerte online zu erfassen und bereit zu stellen. Das für diesen Zweck entwickelte innovative Sensorsystem kann direkt in die Rollspur auf beiden Seiten der Fuge eingebaut werden und ist dafür ausgelegt, Lkw-Überfahrungen zu widerstehen. Es ist schnell und präzise genug, um die realen Bewegungen in allen drei Raumachsen in Echtzeit erfassen zu können. Dieser Forschungsbericht beschreibt das Funktions- und Wirkschema des Sensorsystems und seine Validierung im Labor- und Feldmaßstab. Dabei wird insbesondere auch die praxisgerechte Einbau- und Nutzungsmethodik vorgestellt. Auflösungsvermögen, Robustheit und Nutzerfreundlichkeit werden am Beispiel einer Konzeptstudie auf dem Testgelände DuraBASt erprobt. Es werden grundlegende Hinweise auf den dringlichen Bedarf einer gebrauchsgerechten Beschreibung des realen Verhaltens des Bauwerks Betonstraße identifiziert.
Die mit dem Sensorsystem gewonnenen Daten können eine Grundlage für die Konzeption einer performance-basierten Bewertung von Fugenfüllsystemen in Betondecken von Bundesautobahnen bieten. Sie sind geeignet, die Funktionsmechanismen der verschiedenen Betonfahrbahnkonstruktionen besser zu verstehen und zielgerichtet konstruktive und materialtechnische Optimierungen und Fortentwicklungen von Fugenkonstruktionen und Fugenfüllsystemen in gebrauchsbezogener Weise zu entwickeln. Durch weitere Datenerhebung, -fusion und -analyse können Instandsetzungsintervalle und Lebensdauerzyklen besser abgeschätzt und geplant werden.
In den "Technischen Lieferbedingungen für die Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn zur Herstellung von Brückenbelägen auf Beton" (TL BEL-B 1) sind die Regelungen über die erforderlichen Voraussetzungen zur Verwendung von Polymerbitumen-Schweißbahnen zur Ausbildung einer Dichtungsschicht aus einer einlagigen Polymerbitumen-Schweißbahn auf Beton aufgeführt. Sie umfassen den grundsätzlichen Nachweis der Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit sowie die Sicherstellung des nachgewiesenen Qualitätsniveaus.
Die "Technischen Prüfvorschriften für die Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn zur Herstellung von Brückenbelägen auf Beton" (TP BEL-B 1) enthalten alle notwendigen Angaben zur Durchführung der nach den "Technischen Lieferbedingungen für die Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn zur Herstellung von Brückenbelägen auf Beton" (TL BEL-B 1) geforderten Prüfungen. Art und Umfang der Einzelprüfungen sowie die entsprechenden Anforderungen sind den zugehörigen TL BEL-B 1 zu entnehmen.
Die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen hat den „Abschnitt 1: Brückenbeläge auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn“ zu dem Teil 7: „Brückenbeläge“ der ZTV-ING überarbeitet und neu herausgegeben. Die Neuausgabe berücksichtigt die aktuellen Anforderungen durch die Europäische Normung bezüglich der Polymerbitumen-Schweißbahnen. Weitere Änderungen zur Vorgängerausgabe von 2003 wurden notwendig durch die Neuauflagen weiterer FGSV-Regelwerke, insbesondere der TL Bitumen-StB (FGSV 794), der ZTV Fug-StB (FGSV 897/1), der TL Fug-StB (FGSV 897/2), der TP Asphalt-StB (FGSV 756) und der E KvB (FGSV 727).
Die ZTV-ING Teil 7 Abschnitt 1 führt insbesondere aus zu den Grundlagen des Brückenbelages, zur Ausführung und Qualitätssicherung sowie zur Herstellung unmittelbar auf Trog- und Tunnelsohlen aus Beton.
Der Anhang enthält die „Vorgaben für die Prüfungen während der Bauausführung“ sowie das Formblatt „Protokoll über die Entnahme von Rückstellproben“ und eine tabellarische Zusammenstellung über „Art und Umfang sowie Anforderungen und Toleranzen für die Baustoffeinangsprüfungen“. Das Bundesverkehrsministerium hat mit seinem ARS 23/2021 zur Fortschreibung der ZTV-ING die Neuausgabe der Teils 7 Abschnitt 1 bekannt gemacht.
Die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Teil 7: Brückenbeläge, Abschnitt 1: Brückenbeläge auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn“, Ausgabe 2021 ersetzen die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Teil 7: Brückenbeläge, Abschnitt 1: Brückenbeläge auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus einer Bitumen-Schweißbahn“, Ausgabe 2003.