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Organisationseinheit der BAM
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Wärmebehandlung und Autoklavierung von UHPC - Neue Perspektiven für die Betonfertigteilindustrie
(2011)
Das Gefüge von UHPC ist durch eine dicht gepackte und fehlstellenarme Matrix gekennzeichnet. Eine zusätzliche Optimierung ist durch eine Wärmebehandlung bzw. hydrothermale Nachbehandlung (Autoklavierung) unter einem Wasserdampfsättigungsdruck möglich. Die Wärmebehandlung von Beton ist ein in der Betonfertigteilindustrie geläufiges Verfahren, um die Erstarrungszeit zu verkürzen und höhere Frühfestigkeiten zu erreichen.
Der Erhalt einer dauerhaft sicheren Infrastruktur erfordert neben der Berücksichtigung technisch bedingter Alterungs- und Schädigungsprozesse auch die Umsetzung aktueller gesellschaftlicher Herausforderungen wie die Integration neuer Mobilitätskonzepte, Steigerung der Resilienz gegenüber Klimawandel oder Ressourcenschonung. Die parallele Umsetzung dieser „alten“ und „neuen“ Anforderungen lässt sich nur durch räumlich und zeitlich skalenübergreifende Betrachtungen lösen, die ohne digitale Prozesse nicht möglich sein werden. Am Beispiel des Elements der Querscheinfuge in Betonstraßenoberflächen wird in diesem Vortrag aufgezeigt, wie die BAM durch Kombination diverser Projekte zu einzelnen Aspekten dieser Fragestellung in einem ganzheitlichen Konzept eines digitalen Zwillings dieses Bauelements löst.
Vom Baustoff zum sicheren Bauwerk: Einsatz der Schallemissionsanalyse in der Bauabteilung der BAM
(2013)
Seit 2006 wird die Schallemissionsanalyse (SEA) in der Abteilung 7 Bauwerkssicherheit der BAM genutzt, um Gefügeveränderungen in Betonen zu untersuchen. Dabei haben sich bis heute im Wesentlichen folgende vier Forschungsbereiche herauskristallisiert:
Hydratation
Während der Hydratation von Beton ist eine ausgeprägte Schallemissionsaktivität zu beobachten, anhand derer der Hydratationsverlauf nachvollzogen werden kann. Zur Aufklärung der Quellmechanismen der Schallemissionen besteht noch weiterer Forschungsbedarf. Des Weiteren kann mit Hilfe der SEA die frühe Rissbildung in Betonen, hervorgerufen durch autogenes oder plastisches Schwinden, analysiert werden.
Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR)
Bei der AKR handelt es sich um eine Reaktion alkaliempfindlicher Gesteinskörnungen mit den Alkalien des Betons bzw. mit extern, z.B. durch Tausalze, zugeführten Alkalien. Dabei werden um die oder in der Gesteinskörnung quellfähige Gele gebildet, die zu einer völligen Zerstörung des Gefüges führen können. Mit der SEA können die Rissbildung detektiert und somit die Schädigungsphasen im Verlauf der AKR identifiziert werden.
Brandverhalten
Unter Brandeinwirkung platzt die Oberfläche gefügedichter Hochleistungsbetone explosionsartig ab. Um dies zu verhindern und somit den Feuerwiderstand von Bau-teilen aus Hochleistungsbeton zu erhöhen, werden dem Beton Polypropylenfasern beigemischt. Das Schmelzen der Fasern bei einer Temperaturerhöhung trägt zu einer erhöhten Mikrorissbildung bei, die einen Spannungsabbau ermöglicht. Die SEA konnte erfolgreich eingesetzt werden, um diesen Wirkmechanismus der Fasern nachzuweisen und weiter aufzuklären.
Ermüdungsverhalten
Durch die hohen zyklischen Lasten, für die Türme und Fundamente von Windkraft-anlagen ausgelegt werden müssen, gewinnen gesicherte Kenntnisse über das Ermüdungsverhalten von Betonen an Bedeutung. Mit der SEA ist es bei hochzyklischen Belastungsversuchen an Betonen möglich, den Schädigungsgrad im Verlauf der Beanspruchung zu bestimmen. Die Schallemissionsaktivität eignet sich als Kriterium, um die Versuche bei vorab definierten Schädigungsgraden zu unterbrechen und so Proben für weitergehende Untersuchungen zu gewinnen. Diese Ergebnisse sollen perspektivisch für Überwachungssysteme für Betonbauwerke unter zyklischer Beanspruchung genutzt werden.
This paper presents the continuous dynamic measurements of an aging prestressed box-beam bridge during the period from 2000 to 2013, which consists of dynamic properties and environmental/operational factors, as well as the Variation of the extracted health features after removing the environmental/operational effects. Firstly, the variations of frequency estimates, temperatures and traffic loads from 2000 to 2013 are described. Subsequently, correlation analysis between them indicates the nonlinear influences of the temperature on the frequency estimates. The Multiple Linear Regression (MLR) method is used to remove the environmental/operational effects and the health index is proposed by performing the Novelty Detection analysis of the residual errors. Finally, the variations of the health index may indicate clear structural modifications that can be also characterized by the long term monitoring of the dynamic strain in the prestressed cable.
Unter zyklischen Belastungen findet im Beton, wie bei anderen Materialien auch, ein Ermüdungsprozess statt, der letztlich im Versagen des Materials enden kann. Im derzeitigen Erkenntnisstand zum Materialverhalten des Betons gibt es gerade bei dessen Ermüdungsverhalten noch viele nicht oder nicht ausreichend geklärte Fragestellungen. Deshalb wurde in Laborversuchen das Ermüdungsverhalten von Beton unter Druckschwellbeanspruchungen untersucht. Im Fokus dieser Untersuchungen standen dabei die während der Lebensdauer im Materialgefüge ablaufenden Prozesse, die zur Schädigung des Gefüges und schließlich auch zum Ermüdungsversagen führen können.
In den Ermüdungsversuchen wurden versuchsbegleitend Dehnungsmessungen, Ultraschall-Laufzeitmessungen und Schallemissionsmessungen an den Proben zur Erfassung der Schädigungsevolution eingesetzt. Die Schallemissionsmessung ist dabei ein wichtiges Instrument, da sie die Rissentwicklungsprozesse detektiert, die die Ursache für die Materialschädigung sind. Mit ihr konnten die unterschiedlichen Phasen der Rissentwicklungen über die gesamte Lebensdauer der Betonproben festgestellt werden. Diese Phasen sind gekennzeichnet durch sich stabilisierende, stabile und instabile Rissprozesse, die entsprechende Auswirkungen auf das Materialverhalten haben. Ein Vergleich mit den Ergebnissen der anderen Messtechniken zeigt den entsprechenden Einfluss der Rissentwicklungen auf die Materialeigenschaften des Betons.
Concrete spalling due to fire exposure is often defined as the sudden detachment of fragments from a concrete surface. It can be quantified by various parameters of which weight loss and spalling depth are the most common ones. The risk of spalling is influenced by many factors such as concrete composition, heating rate and applied testing methods. A reduced scale testing method should be developed to analyse the spalling behaviour and to understand its effectiveness in more detail. As a subsection of this development, this study aimed to analyse the effect of different-sized, circular heated areas in semi full-scale fire tests. Therefore, vermiculite slabs with varying cut-outs in their centre were placed between a specimen made of a spalling-sensitive concrete and the combustion chamber. The combustion chamber was heated following a standard fire curve. Our experimental results show that the thermal expansion inside of equal-sized specimens is strongly dependent on the size of the heated area. In addition, this area also affects thermal stresses. They decrease as a result of lower temperature gradients for tests with smaller unheated boundary areas. Apart from this, the analysis of fragments shows no correlation between their relative volume distribution and the heated area.
Superplasticizers (SPs) have been employed in concrete technology for decades to improve the workability of concrete in its fresh state. The addition of SPs in cement-based systems affects the early properties. Although the interaction of the cement particles with various SPs has been extensively researched, there still exists limited research on the interaction of SPs with supplementary cementitious materials such as rice husk ash (RHA). This paper investigates the rheological properties and early hydration kinetics of RHA-blended systems with three types of SPs, a polycarboxylate ether (PCE) and two lignosulphonates (LS-acc and LS-ret). In rheological properties, the addition of SP causes an initial improvement of workability as the yield stress is significantly reduced. The pastes with PCE and LS-acc show a slight increase of yield stress over time whereas pastes with LS-ret tend to lower the yield stress slightly over time, further improving the workability. Without SP, pastes with RHA show a lower yield stress but an increase in plastic viscosity as cement is further replaced with RHA. The addition of the LS SPs is observed to lower the plastic viscosity but remains constant with further replacement of cement with RHA. This indicates that LS SPs further adsorbs on RHA particles and hydration products produced causing dispersion of the particles
within the system. In early hydration kinetics, pastes with PCE retard hydration and the degree of retardation is further increased with LS SPs. In the presence of RHA, the retardation of LS SP systems is significantly reduced. The pastes with PCE show more ettringite in the SEM micrographs, but is observed to be shorter needles. This indicates an initial good workability for PCE. However, C-S-H and CH were observed to be low in quantity, whereby the pastes with LS show more nucleation sites for C-S-H and CH. The ettringite needles in the LS systems were similar in quantity and more elongated in some cases but not abundant as in the PCE systems.