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Main topics of the research project BEGLARES are the restoration of "dalle de verre" concrete Windows and the development of repair techniques and mortars. This project is executed in Cooperation between Glasmalerei Peters GmbH, the University of York and the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing. It is funded by the Federal Ministry of Economics and Technology. The main mechanism of damages, the development of repair mortar and special test specimens are presented.
The present article gives an insight into the research project BEGLARES. Main topics are the restoration “Dalles de Verre” Windows and the development of repair mortars and techniques. This project is executed in cooperation between Glasmalerei Peters GmbH, the University of York, and the BAM Federal Institute for Materials Research and Testing. It is funded by the Federal Ministry of Economics and Technology. The main mechanism of damage, Standards for protection and repair of concrete structures, and the development of repair mortar and special test specimens are presented.
Entwicklung eines PCC-Leichtmörtels zur Instandsetzung einer denkmalgeschützten Sichtbetonfassade
(2015)
Der Schutz und Erhalt der Originalsubstanz stehen im Mittelpunkt jeglicher denkmalpflegerischer Instandhaltungsmaßnahmen. Das äußere Erscheinungsbild spielt hierbei - im Gegensatz zur klassischen Betoninstandsetzung - eine größere Rolle. Nichtsdestotrotz dürfen die technischen Belange auch hier nicht außer Acht gelassen werden. Die Ermittlung des Ist- und Sollzustands stellt die Grundlage einer dauerhaften Instandsetzung dar. Der vorliegende Beitrag zeigt Schäden und Schadensursachen an einem denkmalgeschützten Gebäude in Leichtbetonbauweise auf. Das Bauwerk wurde hinsichtlich seines Schädigungsgrads, -umfangs und der maßgeblichen Schadensursachen untersucht. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden gehäuft Risse, Abplatzungen und Bewehrungskorrosion festgestellt. Die durch eine Brettschalung strukturierte Sichtbetonfassade soll im Zuge der Instandsetzungsmaßnahme möglichst originalgetreu wiederhergestellt werden.
Bei der Auswahl von geeigneten Instandsetzungsmethoden und -produkten konnte aufgrund fehlender Normen und Richtlinien für die Instandsetzung von denkmalgeschützten Leichtbetonbauten nicht auf bereits existierende Produkte und Methoden zurückgegriffen werden. Daher wurde in Anlehnung an die Richtlinie "Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen" (RL SIB) des DAfStB eine polymermodifizierte Betonergänzungsmasse mit leichter Gesteinskörnung entwickelt. Ausgehend von der Hauptschadensursache, der karbonatisierungsinduzierten Bewehrungskorrosion, wurden erforderliche Eigenschaften der Betonergänzungsmasse in enger Absprache mit der zuständigen Denkmalschutzbehörde und dem involvierten Fachplaner abgestimmt. Neben den grundlegenden mechanischen Eigenschaften spielen in diesem Anwendungsfall spezielle Eigenschaften wie z.B. farbliehe Anpassung der Betonergänzungsmasse, Möglichkeit der Oberflächenstrukturierung, Zeitfenster der Verarbeitbarkeit sowie die Modellierbarkeit eine wichtige Rolle. Der entwickelte PCC-Leichtmörtel berücksichtigt dabei auch den Einfluss einer geringen Schwind- und Quellneigung der Betonergänzungsmasse um Delaminierung infolge unterschiedlicher Längenänderungen zu vermeiden und somit eine dauerhafte Instandsetzung zu gewährleisten. Weiterhin wurde das Verbundverhalten des entwickelten PCCL Leichtmörtels für unterschiedliche Schichtaufbauten untersucht.
Reinforced concrete buildings are frequently damaged by cracks, spalling and corroded
reinforcement bars. The present article focuses on the damage analysis of one of the first
buildings in Berlin that was constructed using reinforced lightweight concrete, which makes it
historically important. The compressive strength, carbonation depth, location and diameter of
reinforcement bars as well as moisture and salt profiles were determined. The carbonationinduced corrosion of the reinforcement bars represented the main damage of the building.
Certified repair mortars with lightweight aggregates (LWA) do not exist on the German
market. Therefore, an appropriate repair mortar was developed in accordance with DIN EN
1504 and the German guideline for the repair and protection of concrete structures (RL-SIB).
On the one hand, historic preservation requirements, such as: colour of the mortar,
possibilities of surface patterning, maximum preservation of the original substance and
reversibility of any Intervention must be met. On the other hand, technical requirements of the
relevant Standards must be achieved. The developed mix was designed to resist the identified
causes of deterioration. Thermal strains within the repair mortar and between the repair
mortar and the Substrate influence the crack formation and thus the durability. Therefore,
special attention was paid to the bonding and shrinking behaviour of the concrete repair
System. By using polymers, both hardened mortar properties and durability were influenced
positively.
The most common method for determination of the carbonation depth is the sprayed application of indicator solutions, Phenolphthalein in particular. Since the aerosols of Phenolphthalein are suspected to be carcinogenic, efforts have been intensified to use alternative indicators for the determination of carbonation depth. The subject and aim of this research paper are to examine indicator solutions from Alizarin Yellow R, Thymol Blue and a Mixed Indicator. These indicator solutions are commercially available and are not suspected to be carcinogenic.
For the purpose of this research, samples previously stored under accelerated carbonation conditions (1% CO2) were examined by thermogravimetric analysis (TGA) and examination of the pH value. Additionally, the electrolytic back-titration for determination of total CO2 amount was carried out comparatively to TGA.
Die Charakterisierung von Oberflächen mittels optischer Technologien wird dank des ständigen Fortschritts bei der Entwicklung von Sensoren und Lichtquellen immer attraktiver. Die kommerziell erhältlichen Systeme werden dabei immer leistungsstarker, empfindlicher und genauer. Mit diesen Systemen ist es möglich, viele hundert Messpunkte innerhalb weniger Sekunden zu erfassen und auszuwerten. Dieser Fortschritt führt auch im Baubereich zu einer ständigen Weiterentwicklung und Verbesserung von Messmethoden und Systemen. So werden bereits standardisierte und angewandte Messprinzipien weiterentwickelt, den neuen Möglichkeiten angepasst und deren Anwendung auf neue Bereiche ausgeweitet. An der BAM ist es gelungen ein Messsystem zu entwickeln, mit dem Rautiefen von Bauteiloberflächen in Anlehnung an bereits standardisierte Verfahren bestimmt werden können. Mit dem Mer vorgestellten System können sowohl horizontale als auch vertikale, gewölbte und geneigte Oberflächen untersucht werden. Dank der Implementierung geeigneter Algorithmen entsprechen die vom System ausgegebenen Ergebnisse denen der seit Jahrzehnten mit den volumetrischen Messverfahren erzielten Ergebnisse. Vor allem bei der Instandsetzung von Bauwerken bringt das an der BAM entwickelte System erhebliche Vorteile, da es zukünftig auch möglich sein wird Wände und Decken genauer zu untersuchen.
Die Funktionalität und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs- und Verstärkungssystemen an Bauwerken hängt in einem hohen Maß von der Beschaffenheit der Bauteiloberfläche ab. Als aussagekräftiger Parameter bei der Instandsetzung dient hierbei die Rauigkeit oder Rautiefe. Die Bestimmung der Rautiefe wird im Baubereich seit vielen Jahrzehnten unter Verwendung des Sandflächenverfahrens durchgeführt. Dieses volumetrische Messverfahren hat sich als robust und sehr praktikabel erwiesen. Es ist vergleichsweise einfach und ohne größeren Kostenaufwand umsetzbar. Dennoch weist es einige Schwächen in der Anwendung auf. Der größte Mangel ist die Beschränkung auf horizontale, trockene Oberflächen. Sowohl auf vertikalen, geneigten oder gekrümmten Oberflächen als auch „über Kopf1 lässt sich dieses Verfahren nicht anwenden. Bedingt durch verschiedene nationale Normen und unterschiedliche Anwendungsbereiche, weichen sowohl die zu verwendenden Prüfmittel als auch die zu ermittelnden Kenngrößen stark voneinander ab. Dies macht eine genaue Kenntnis über die verschiedenen Vorschriften und deren Inhalte notwendig. Ein weiterer Nachteil ist die, durch das Verfahren bedingte, starke Streuung über den „Prüfereinfluss“ in den zu erzielenden Ergebnissen. Untersuchungen zur Wiederholgenauigkeit ergaben Schwankungen von bis zu 20 Prozent in Abhängigkeit von Prüfer und Prüfvorschrift. An der BAM wurde deshalb ein automatisiertes Messsystem entwickelt,
Die Bestimmung der Rauheit von Bauteiloberflächen stellt eine wichtige Messaufgabe im Bauwesen dar. Vor allem bei der Betoninstandsetzung, im Straßenbau und bei der Herstellung von Stahlbeton-Halbfertigteilen ist die Rauheit – gemessen als Rautiefe – eine wichtige Kenngröße. Zurzeit werden Messungen der Rautiefe mittels volumetrischer Verfahren (Sandflächenverfahren) durchgeführt. Diese bereits seit mehreren Jahrzehnten angewandten Verfahren sind jedoch auf horizontale bzw. wenig geneigte und trockene Oberflächen beschränkt. Darüber hinaus hängen die erzielten Ergebnisse sehr stark von der angewandten Prüfvorschrift, den darin vorgeschriebenen Prüfmitteln und Geräten und dem jeweiligen Anwender ab.
Als Alternative zu den volumetrischen Verfahren wurde an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ein automatisiertes, laserbasiertes Messverfahren entwickelt, mit dem Rautiefen von Bauteiloberflächen in Anlehnung an bereits standardisierte Verfahren bestimmt werden können. Der vorliegende Beitrag befasst sich zunächst mit den konventionellen Prüfverfahren, beschreibt die wichtigsten Zusammenhänge und zeigt die Grenzen dieser Methoden auf. Im zweiten Teil wird das an der BAM entwickeltes Messsystem, als zielführendes Alternativverfahren für die konventionellen Methoden, vorgestellt und dessen Leistungsfähigkeit näher beschrieben.
For several years, optical measuring techniques play an ever increasing role in various areas of construction. Applications ränge from simple laser-based distance measurements up to the use of advanced camera Systems to assess shape changes of components. The advantages of such Systems lie in the ränge of non-contact respectively in non-destructive measurement and in the high required accuracy and reproducibility. The continuous improvement and development of sensors and laser sources also opens constantly new applications and areas of applications. Already established measurement methods and technologies can be further developed and adapted to modern requirements. At BAM it is a laser-based measurement System has been developed that is capable to measure the roughness of component surfaces in equal to already established methods.
The thermal gravimetric analysis (TG) is a common method for the examination of the carbonation progress of cement-based materials. Unfortunately, the thermal properties of some components complicate the evaluation of TG results. Various hydrate phases, like ettringite (AFt), C-S-H and AFm decompose almost simultaneously in the temperature range up to 200 °C. Additionally, physical bound water is released in the same temperature range. In the temperature range between 450 °C and 600 °C the decomposition of calcium hydroxide and amorphous or weakly bound carbonates takes place simultaneously. Carbonates, like calcite, from limestone powder or other additives may be already contained in the noncarbonated sample material. For this research an attempt was made to minimise the influence of these effects. Therefore, differential curves from DTG-results of non-carbonated areas and areas with various states of carbonation of the same sample material were calculated and evaluated. Concretes based on three different types of cement were produced and stored under accelerated carbonation conditions (1 % CO2 in air). The required sample material was obtained by cutting slices from various depth of previously CO2-treated specimen and subsequent grinding. During the sample preparation, a special attention was paid that no additional carbonation processes took place. As reference method for the determination of the carbonation depth the sprayed application of phenolphthalein solution was carried out. Microscopic analysis where examined to confirm the assumptions made previously. Furthermore, the observed effect of encapsulation of calcium hydroxide by carbonates caused by the accelerated carbonation conditions was examined more closely.
In urbanen Zentren schreitet die Versiegelung von Oberflächen voran. Ursache ist die stetige Zunahme moderner Infrastruktur. Straßen und Plätze heizen sich stärker auf und begünstigen die Entstehung von Hitzeinseln (Urban Heat Island Effect). Dies wirkt sich zunehmend negativ auf die Lebensqualität innerhalb dieser Städte aus. Einen möglichen Lösungsansatz zur Abschwächung dieses Effekts bietet die Entwicklung von Betonpflastersteinen mit erweiterten Leistungsmerkmalen. Der Einsatz von wasserspeichernden Materialien kann zur Verringerung der Oberflächentemperatur durch Ausnutzung von Verdunstungskälte einen Beitrag leisten. Die speziellen Anforderungen an die Pflastersteine bedürfen genauerer Untersuchungen, wobei diese über den Umfang der Standardprüfungen hinausgehen und eine entsprechende Anpassung der Messtechnik zum Nachweis der Wirksamkeit erforderlich machen. Da die selbstkühlenden Pflastersteine nach dem Prinzip der Verdunstung arbeiten, ist sowohl die Fähigkeit der Speicherung als auch die Fähigkeit zur kontinuierlichen Abgabe von Wasser nachzuweisen. Der kühlende Effekt in Bezug auf Oberfläche und Umgebung steht dabei im Vordergrund. Des Weiteren sind Untersuchungen unter verschiedenen klimatischen Bedingungen sowohl unter Laborbedingungen als auch im Freifeldversuch durchzuführen. Die Prüfung der Druckfestigkeit und der kapillaren Wasseraufnahme und des sind ebenfalls Bestandteil der umfangreichen Untersuchungen. Durch den Einsatz von thermischer Messtechnik sowie mechanischer Prüfungen und Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit ist es möglich eine Charakterisierung der Pflastersteine vorzunehmen und deren prinzipielle Funktionalität nachzuweisen. In diesem Beitrag werden die verschiedenen Möglichkeiten und die daraus resultierenden Ergebnisse vorgestellt und so Schlüsse zur Funktion und Anwendbarkeit von derartig modifizierten Betonpflastersteinen gezogen.
In the last several decades, the rural exodus has led to an increasing number of inhabitants in the urban areas. The increased building and infrastructural construction caused the transformation of the landscape and to an increased land sealing in these areas. Consequently, the increased land sealing influences the air temperatures in the cities, since houses, streets and squares heat up continuously. As a result, the city and metropolitan areas became significantly warmer than their surroundings - the effect is known as Urban Heat Island (UHI). These changes have a negative impact for the quality of life. To deal with the negative effects of UHI, a high level of technical and financial effort is necessary. The costs caused by the UHI effects are in the range of several billion US dollars worldwide per year. The recent studies on UHI showed that the established methods like parks and green spaces or bright coatings for roof areas will soon not be able to effectively cope with the UHI effect in urban areas. Therefore there is a need for additional methods to mitigate UHI effect in the cities. The streets, sidewalks and squares represent approximately 30% to 40% of the inner cities areas. If these areas are designed functionally, they can have a significant impact on the UHI. This contribution focuses on development of a concrete paving stone with self-cooling properties. For the cooling effect the evaporative cooling is used. The paving stone is able to store large quantities of water and deliver during appropriate environmental conditions. This paper deals with the results of the long-term experiments on the test-fields under different climatic conditions. To interpret the test-field-results, laboratory tests were carried out as well. The paper presents and discuss the obtained results, and points out the difficulties occurred.
Polysaccharides are important rheology modifying admixtures in the building material sector.
The use of starch is becoming increasingly important, due to many ecological and economic advantages. In the construction sector, starch ethers are being used as thickeners and as means to increase the yield stress. The starch ethers that are available on the market differ in
their behaviour, which can vary greatly depending upon the binder system and mortar composition, e.g. solid volume content, binder type, additional admixtures. In view of the limited knowledge about the influence of molecular modifications associated with cement based systems, some fundamental rheological functional mechanisms were analysed in this study. The differently modified starch ethers used were derived from potatoes. They varied in their charges and degrees of hydroxypropylation. The setting and the flow behaviour of all examined variations
of starch ethers were analysed in cement pastes. In order to illustrate the effects of the starch ethers that were used, the water-cement ratio (w/c) was held constant in all the mixtures [Schmidt 2012]. The results indicated significant differences in setting and flow behaviour.