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Concrete-glass windows or commonly referred to as “Dalle de Verre” windows are prevalent in historical monuments across Europe. “Dalle de Verre” windows were made by placing cut stained glasses, of various shapes and sizes, into a steel reinforced concrete frame. In addition to the steel reinforcement, a few steel wires run across the concrete elements to hold the glass windows into place. Much of these structures have been damaged due to carbonation of the thin concrete covers and consequent corrosion of the steel reinforcement; and exhibit several cracks due to the expansive nature of corrosion products formed at the steel–concrete interface. This study focussed on understanding the efficacy of electrochemical realkalisation in reinstating the passive state of the steel reinforcement embedded in such concrete glass windows. Simulant “Dalle de Verre” windows (representative of windows at Kaiser-Wilhelm Gedächtniskirche) were produced using different cements with a water/cement ratio of 0.6 and carbonated under accelerated conditions. Post carbonation, the concrete glass windows were electrochemically realkalised using a sacrificial anode. The influence of highly alkaline conditions due to electrochemical realkalisation on the glass-concrete interface has also been investigated. This study shows that the passive state of the steel reinforcement in “Dalle de Verre” windows, particularly at the Kaiser-Wilhelm Gedächtniskirche (memorial church) in Berlin, can be reinstated using the electrochemical realkalisation method.
Die Kaiser-Wilhelm-Gedächtniskirche (KWG) gilt als eine der wichtigsten Sehenswürdigkeiten Berlins in der City West und als ein herausragendes Beispiel für die „Dalle de Verre“ Verglasungen in sakralen Gebäuden. Der vorliegende Beitrag widmet sich der Fassade und den Glasfenstern des neuen Glockenturms, wobei die beschriebenen Szenarien aufgrund der annähernd gleichen Bauweise der restlichen neuen Baukörper in weiten Teilen starke Analogien aufweisen und insofern übertragbar sind.
During the past 20 years, innovative developments in concrete technology have enabled the production of ultra-high performance fibre reinforced concretes (UHPFC) for the protection and preservation of concrete structures. The main characteristics of UHPFC comprise high compressive and flexural strength as well as high ductility compared to normal strength, normal weight concrete (NSC). This paper focuses on the analysis of crack formation and crack propagation in UHPFC under tensile loading under quasistatic conditions by using acoustic emission (AE) and optical deformation analysis (ODA).
AE is a non-destructive technique to monitor the development of micro structural damage processes caused by external forces. In this context, AE allows for a continuous monitoring of changes in the microstructure (cracks) over time and the corresponding localisation by appropriate algorithms. The AE measurements were performed along with ODA at the surface of the samples in order to analyse the deformation behaviour of the samples and the crack propagation.
For the tests, a UHPFC reference mixture was developed and tested with three different volume percentages of steel fibres (1.0 V.-%, 2.0 V.-%, and 3.0 V.-%). This paper shows that the application of AE is a suitable method to analyse the crack propagation in UHPFC specimens under tensile loading and to localise the crack initiation. Furthermore, insights into the failure mechanism of the fibres are offered by the analysis of the signals of the AE measurements, which allows for a better understanding of UHPFC and its general performance.
Hochfeste und ultrahochfeste Stahlfaserbetone eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften für den Einsatz bei extremen mechanischen Beanspruchungen. Das für diesen Einsatz erforderliche duktile Bruchverhalten unter Zugbeanspruchung wird ausschließlich durch die Zugabe von geeigneten Stahlfasern und deren Wirkung in der Zementsteinmatrix erreicht. Für eine gezielte stoffliche Optimierung des Systems sind fundierte Kenntnisse zur Wirkungsweise der Stahlfasern notwendig, die bei bisherigen Untersuchungen lediglich auf Basis von klassischen Messverfahren zerstörender Prüfungen gewonnen wurden. Durch das Einbeziehen von Methoden der zerstörungsfreien Materialcharakterisierung können das Bruchverhalten hochfester und ultrahochfester Stahlfaserbetone orts- und zeitaufgelöst untersucht und die einzelnen Phasen des Schädigungsprozesses identifiziert werden. Anhand der vorliegenden Ergebnisse von Zugversuchen eines ultrahochfesten Stahlfaserbetons wird der kombinierte Einsatz von Methoden der zerstörungsfreien Materialprüfung gezeigt und deren Anwendbarkeit in der Analyse des Bruchverhaltens diskutiert. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Charakterisierung der ausschlaggebenden Versagensmodi unter Zugbelastung durch die einzelnen Verfahren und dem Vergleich zu klassischen Messmethoden (z. B. Extensometer). Die Zugversuche wurden dazu parallel durch optische Verformungsanalyse mittels Bildkorrelation (DIC), Schallemissionsanalyse (SEA) und 3-D-Computertomografie (CT) begleitet.
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.
До 1970-х годов производители бетона и ЖБИ определяли свой продукт исключительно как долговечный строительный материал. В последующие годы инженеры-строители ввели такие термины как устойчивость и экспозиция. Современные бетонные технологии учитывают, что определенные строительные материалы (в частности, бетоны) обладают высокой устойчивостью к замораживанию-оттаиванию и расслоению.
Alkali-activated slag materials are known for their high Chloride penetration resistance. This makes them potentially applicable as repair systems for damaged steel-reinforced concrete structures, which are exposed to chloride attack. For this purpose, the influence of the activator composition, i.e. the SiO2 and Na2O concentration of the alkaline solution on a) the compressive strength, b) shrinkage and mass change and c) the resistance against chloride penetration of four alkali-activated slag mortars (AASM) were studied. An ordinary Portland cement-based mortar was used as the reference sample. Increasing SiO2 and Na2O concentrations increased the strength, shrinkage and mass loss of the AASMs. The resistance of the mortars against chloride penetration was evaluated using the non-steady-state migration coefficient Dnssm obtained from NT BUILD 492. The results indicate that the Dnssm is related to differences in the pore solution of the AASMs rather than to differences in their microstructure. An upcoming study of the authors is going to evaluate this hypothesis by the accelerated chloride penetration (diffusion) test.
Remediation of Cracks Formed in Grouted Connections of Offshore Energy Structures under Static Loads
(2018)
The future energy demand necessitates the exploration of all potential energy sources both onshore and offshore. Global trend has shifted towards offshore energy, which can be obtained from either carbon intensive or renewable options, hence requiring structures such as rigs, platforms, and monopiles. Most of these structures adopt easily installable construction techniques, where lower foundation need to be connected with the super structure by mean of grouted composite joints. Generally, these composite connections have exterior sleeve, interior pile and infill grout. Being located in remote offshore conditions, connections can experience considerable adverse loading during their lifetimes. Degradations were reported inside similar connections, which were installed in last three decades. Besides, grouting in the offshore sites may often be proven difficult, which eventually leads to reduced capacity of connections in the long run. Thus, repair and rehabilitation of such connections should be planned ahead to minimize operational delays and costs in the future. This study aims at characterizing the nature of crack generation in grouted connections and thereby identifying the potential of repair using suitable repair material. Scaled grouted joints were manufactured using a novel mold, and connections were loaded under static load to visualize the main failure pattern. The failure mechanism and loading capacity are found compatible to previous results from earlier literature. Grouted connection was then repaired using cementitious injectable grout. The effectiveness of the repair system is also discussed.
Alkali-activated materials are ideal for the repair of concrete structures in harsh environmental conditions due to their high durability in chemically aggressive environments. However, slag-based mortars, in particular, are prone to shrinkage and associated cracks. In this respect, the application of steel fibres is one solution to reduce the formation of shrinkage induced cracks and to improve post cracking behaviour of these mortars. This study investigated the influence of two different types of steel fibres on the tensile properties of two alkali-activated mortars. Direct tensile tests and single fibre pull-outs were performed to analyse the determining failure modes both on macro and micro scale. Mechanical testing was accompanied by non-destructive testing methods such as digital image correlation and acoustic emission for a detailed analysis of the fracture process.