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Eingeladener Vortrag
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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.
Am Ende des 19. und zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden auch in Berlin vermehrt Bauwerke mit einer Fassadenverblendung aus Eifeler Tuffsteinen errichtet. Die Eifeler Tuffsteine zeichnen sich aufgrund ihrer hohen Porosität einerseits durch eine gute Verarbeitbarkeit aus. Andererseits sind sie nur schwach gebunden und besitzen deshalb eine geringe Verwitterungsbeständigkeit.
Für die rechnerische Dimensionierung der Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen für den Neubau sowie die Erneuerung nach RDO-Beton 09 ist die statische Spaltzugfestigkeit an der unteren bzw. unteren und oberen Scheibe des Betonzylinders bzw. Bohrkerns entsprechend der Vorgaben der AL Sp-Beton zu bestimmen. Aufgrund der unzureichenden Kenntnis der Präzision dieses Prüfverfahrens wurden mit einem breit aufgestellten Ringversuch die statistischen Kennwerte an Labor- und Bestandsbetonen unter Vergleich- und Wiederholbedingungen auf der Grundlage des FGSV-Merkblatts über die statistische Auswertung von Prüfergebnissen ermittelt. Für eine möglichst gute statistische Absicherung nahmen an dem Ringversuch dreizehn erfahrene Prüfstellen teil. Zur Abdeckung des vielschichtigen Einsatzes des Prüfverfahrens erfolgte der Ringversuch an acht Prüflosen. Dabei berücksichtigen einerseits die Prüflose 1 und 2 mit den im Transportbetonwerk hergestellten Betonzylindern die Erst-/Eignungsprüfung und das darauf aufbauende Prüflos 3 mit Bohrkernen aus einer im Feldversuch hergestellten Fahrbahnplatte mit gleicher Betonrezeptur die Übereinstimmungskontrolle bei Neubaumaßnahmen. Andererseits findet der Einsatz des Prüfverfahrens bei der Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahnplatten bei den Prüflosen 4 bis 7 mit den Bohrkernen aus vier in Waschbetonbauweise ausgeführten Fahrbahnplatten Berücksichtigung. Das zusätzlich aufgenommene Prüflos 8 mit einem Labormörtel dient der Herausarbeitung des Materialeinflusses auf die Präzision der Spaltzugfestigkeitsprüfung.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Präzision der in der AL SP-Beton beschriebenen Spaltzugfestigkeitsprüfung mit einem Variationskoeffizienten von weniger als 10 % unter Wiederhol- und Vergleichsbedingungen hinreichend genau ist. Der geringe Unterschied zwischen den Variationskoeffizienten unter Wiederhol- und Vergleichsbedingungen lässt zusätzlich den Schluss zu, dass der Einfluss des unterschiedlichen Personals und der verschiedenartigen Prüftechniken bei den einzelnen Prüfstellen relativ gering ist. Die im Rahmen des Ringversuchs gewonnenen Erkenntnisse haben bereits partiell Eingang in die Normung gefunden.
Für die rechnerische Dimensionierung der Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen für den Neubau sowie die Erneuerung nach RDO Beton 09 ist die statische Spaltzugfestigkeit an der unteren bzw. unteren und oberen Scheibe des Betonzylinders bzw. Bohrkerns entsprechend der Vorgaben der AL Sp-Beton zu bestimmen. Aufgrund der unzureichenden Kenntnis der Präzision dieses Prüfverfahrens wurden mit einem breit aufgestellten Ringversuch die statistischen Kennwerte an Labor- und Bestandsbetonen unter Vergleich- und Wiederholbedingungen auf der Grundlage des „Merkblatts über die statistische Auswertung von Prüfergebnissen" ermittelt. Für eine möglichst gute statistische Absicherung nahmen an dem Ringversuch 13 erfahrene Prüfstellen teil. Zur Abdeckung des vielschichtigen Einsatzes des Prüfverfahrens erfolgte der Ringversuch an acht Prüflosen. Dabei berücksichtigen einerseits die Prüf lose 1 und 2 mit den im Transportbetonwerk hergestellten Betonzylindern die Erst-/Eignungsprüfung und das darauf aufbauende Prüflos 3 mit Bohrkernen aus einer im Feldversuch hergestellten Fahrbahnplatte mit gleicher Betonrezeptur die Übereinstimmungskontrolle bei Neubaumaßnahmen. Andererseits findet der Einsatz des Prüfverfahrens bei der Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahnplatten bei den Prüflosen 4 bis 7 mit den Bohrkernen aus vier in Waschbetonbauweise ausgeführten Fahrbahnplatten Berücksichtigung. Das zusätzlich aufgenommene Prüflos 8 mit einem Labormörtel dient der Herausarbeitung des Materialeinflusses auf die Präzision der Spaltzugfestigkeitsprüfung. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Präzision der in der AL SP-Beton beschriebenen Spaltzugfestigkeitsprüfung mit einem Variationskoeffizienten von weniger als 10 % unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen hinreichend genau ist. Der geringe Unterschied zwischen den Variationskoeffizienten unter Wiederhol- und Vergleichbedingungen lässt zusätzlich den Schluss zu, dass der Einfluss des unterschiedlichen Personals und der verschiedenartigen Prüftechniken bei den einzelnen Prüfstellen relativ gering ist. Die im Rahmen des Ringversuchs gewonnenen Erkenntnisse haben bereits partiell Eingang in die Normung gefunden.
Für die rechnerische Dimensionierung der Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen für den Neubau sowie die Erneuerung nach RDO-Beton 09 ist die statische Spaltzugfestigkeit an der unteren und oberen Bohrkernscheibe entsprechend der Vorgaben der AL Sp-Beton zu bestimmen. Aufgrund der unzureichenden Kenntnis der Präzision dieses Prüfverfahrens wurden, basierend auf dem Entwurf des FGSV-Merkblatts zur statistischen Auswertung von Prüfergebnissen, mit einem breit aufgestellten Ringversuch die statistischen Kennwerte an Labor- und Bestandsbetonen unter Vergleich- und Wiederholbedingungen ermittelt. Zur möglichst guten statistischen Absicherung nahmen an dem Ringversuch dreizehn erfahrene Prüfstellen teil, die vorab einem Audit unterzogen wurden. Zur Abdeckung des vielschichtigen Einsatzes des Prüfverfahrens erfolgte der Ringversuch an acht Prüflosen, die sowohl die Erst-/ Eignungsprüfung und Übereinstimmungskontrolle bei Neubaumaßnahmen, als auch die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahnplatten berücksichtigen. Zur Bewertung des Materialeinflusses wurde zusätzlich ein Prüflos mit Labormörtel untersucht.
Die Probenvorbereitung erfolgte zentral an der BAM. Zur Sicherstellung einheitlicher Prüfbedingungen bei den Prüfstellen wurde zusätzlich eine detaillierte Standardarbeitsanweisung erarbeitet, die partiell bereits Eingang in das Normenwerk gefunden hat. Bei der Plausibilitätsprüfung aller prüflosspezifischen Einzelwerte der Spaltzug- und Druckfestigkeit wurden vereinzelt sowohl Ausführungsfehler als auch Übertragungs- und Tippfehler festgestellt. Der sich anschließende Lilliefors-Test zeigt, dass die ermittelten Einzelwerte bis auf wenige Aus-nahmen normalverteilt sind und damit die Voraussetzungen für die statistische Auswertung gegeben sind.
Mittels grafischer Darstellung der Mandel’s h- und k-Werte wurden die Auffälligkeiten hinsichtlich der Mittelwerte und Varianzen prüflosspezifisch für die einzelnen Prüfstellen visualisiert und anschließend einige von ihnen mittels Grubbs- und Cochran-Test als Ausreißer identifiziert. Nach Ausreißerelimination wurde mit dem klassischen Verfahren bei der Spaltzugfestigkeit der geringste Variationskoeffizient unter Vergleich- und Wiederholbedingungen bei der Erst-/Eignungsprüfung mit 6,2 und 6,4 Prozent ermittelt. Bei einer Verminderung des Materialeinflusses durch die Verwendung eines Labormörtels verbessern sich die statistischen Kennwerte auf 4,5 und 5,3 Prozent. Mit 8,2 und 9,5 Prozent beziehungsweise 8,6 und 9,5 Prozent werden bei der Restsubstanzbewertung von Wasch- und Unterbetonen die höchsten Werte bestimmt.
Das robuste Auswerteverfahren (ohne Eliminierung der Ausreißer) nach dem Entwurf des FGSV-Merkblatts zur statistischen Auswertung von Prüfergebnissen erwies sich in der Form als ungeeignet und bedurfte einer Überarbeitung. Bezüglich der vergleichend mit klassischen und robusten Verfahren gewonnenen Kennwerte ist festzustellen, dass bei sehr homogenen Messergebnissen eines Prüfloses beide Verfahren nahezu die gleichen statistischen Kennwerte liefern. Bei der Eliminierung von Ausreißern sind die Ergebnisse des robusten Verfahrens in der Regel etwas größer als die des klassischen Verfahrens.
Die begleitenden vertiefenden Untersuchungen bei der Spaltzugprüfung mit innovativen Prüftechniken lieferten wertvolle Erkenntnisse zur Bewertung der Prüfeinflüsse.
Die Forderung, für repräsentative Bauwerke wie Botschaften und Flughäfen auch außergewöhnliche Lasten aus Explosion zu berücksichtigen, wurde in jüngerer Vergangenheit zunehmend gestellt. Das aufgrund dieser Lasten zu erwartende Schadensausmaß kann durch den Einsatz von energiedissipierenden Schutzbauteilen in der Fassadenbefestigung begrenzt werden. Die Dissipation der Explosionsenergie in den Schutzbauteilen kann beispielsweise über ein Crashmaterial erfolgen. In diesem Aufsatz werden Untersuchungen an zementgebundenen Materialien, die diesem Zweck dienen sollen, vorgestellt. Der Einfluss unterschiedlicher Zusätze auf die für ein Crashmaterial maßgebenden Eigenschaften wird in einer Parameterstudie untersucht. Als besonders geeignet wird ein Material identifiziert, bei dem die Zugabe eines Gasbildners das Matrixgefüge im Hinblick auf das gewünschte Kraft-Verformungs-Verhalten positiv verändert. Dynamische Versuche mit diesem Material geben Aufschluss über dessen Komprimierungsverhalten bei hohen Stauchraten.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In the past few years public awareness of the need to protect structures against blast effects has risen. Energy dissipating protective components placed at the façade connectors allow protecting people in the building as well as the primary building structure from damage due to blast loads. One possibility to dissipate the blast energy is using protective components with crash material. This paper presents tests on cementitious crash materials studying the effect of different additives to the compression-behavior of the material. Additional experiments enable analyzing the material behavior under static and dynamic test conditions.
It is important to protect critical buildings (shopping centres, government buildings and embassies), infrastructure and utilities, train and underground stations against being damaged, destroyed or disrupted by deliberate acts of terrorism, criminal activity and malicious behaviour. Normal regulations and building guidelines do not generally take into account these threats. The introduction of regulations or guidelines should support the resilience of the buildings and infrastructure against explosive incidents. In order to protect the infrastructure, methods are required to quantify the resistance of structural elements against explosive loading and to assess the hazards resulting from failure of an element. The applicable state-of-the-art techniques may be either experimental or numerical methods, or a combination of both. Therefore, the thematic group (TG) on the resistance of structures to explosion effects was formed in order to bring the required expertise together, make it commonly available and to find and define harmonised methods and solutions which can be provided to the decision-makers responsible for critical infrastructure protection. This first report of the TG gives a comprehensive summary of the existing methods which can be used to analyse and test the resistance of glazing and windows under blast-loading conditions. Within this context, the experimental methods of testing using high explosives and testing using blast simulators called shock tubes is presented and explained. In addition, the potential of numerical simulations is highlighted in terms of their applicability to the different glass materials. A short, comprehensive theoretical background is given for each method. Based on this, each method is described with its requirements, realisation and the related measurement techniques. Furthermore, an interpretation of the measurements is highlighted. For the numerical simulations, the basic discretisation and calculations schemes are presented in combination with the available constitutive material descriptions for the different significant materials. Finally the chances for verification and validation of the numerical results are presented. Hence the report builds the basis for an actual evaluation of the different test methods and their applicability to certain problems, and provides helpful information for critical infrastructure stakeholders, owners and operators considering the structural resistance of the infrastructure to the effects of explosion in a comprehensive document.
Introduction of a monitoring system for Bingham fluids in additive manufacturing with concrete
(2022)
Freeform additive manufacturing of concrete structures is a rising technology in civil engineering with several fascinating advantages. Nonetheless, to ensure reliability and structural integrity, standards and quality control are required in the future to bring this technology into the market. As the concrete is manufactured continuously, continuous quality control of the printing process is also required, i.e. comprehensive process monitoring. At BAM, a test rig will be installed, enabling the printing of concrete structures with a maximum size of 2 m x 1 m x 1 m (l x w x h). Here, process monitoring is the focus of the test rig. In this study, we show the results of the first pump tests, including the measurement of several parameters such as temperature and pressure along the supply system, i.e. from the concrete pump to the printer head.
The bond between polymer fibers and the surrounding cementitious matrix is essential for the development of concrete reinforcement. The single fiber pull-out test (SFPT) is the standard characterization technique for testing the bond strength. However, the different phases of debonding cannot be distinguished by the SFPT. This study investigates the debonding of different polymer fibers from the surrounding cementitious matrix with a modified SFPT and proposes methods to change the SFPT setup to generate more valuable information on the debonding mechanism. The SFPT was equipped with linear variable differential transformers (LVDT), digital image correlation (DIC) and acoustic emission (AE) analysis. The results demonstrate that the modified SFPT allows a better understanding of the different phases of debonding during fiber pull-out. Furthermore, bond strength values calculated by different methods reveal that the chemical bond of the investigated polymers is not different as reported by previous studies. Deformation measurements performed using LVDTs and DIC are suitable measuring techniques to characterize the debonding mechanism in SFPT. A correlation between recorded AE and debonding phases was not found.
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.
Grouts have numerous applications in construction industry such as joint sealing, structural repair, and connections in precast elements. They are particularly favoured in rehabilitation of structures due to penetrability and convenience of application. Grouts for repair applications typically require high-performance properties such as rapid strength development and superior shrinkage characteristics. Sometimes industrial by-products referred as supplementary cementitious materials (SCM) are used with neat cement due to their capabilities to provide binding properties at delayed stage. Micro silica, fly ash and metakaolin are such SCMs, those can modify and improve properties of cement products. This study aims at investigating long-term mass loss and linear shrinkage along with long-term compressive and flexural strength for grouts produced from ultrafine cement and SCMs. A series of mixtures were formulated to observe the effect of SCMs on these grout properties. Properties were determined after 365 days of curing at 23oC and 55% relative humidity. The effect of SCMs on the properties are characterised by statistical models. Response surfaces were constructed to quantify these properties in relation to SCMs replacement. The results suggested that shrinkage was reduced by metakaolin, while micro silica and fly ash had positive effects on compressive and flexural strength, respectively.
Repair is an indispensable part of the maintenance of structures over their lifetimes. Structural grouting is a widely used remediation technique for concrete components, trenches, mine subsidence, dam joints, restoration of masonry structures, and geological stabilizations. A structural grout system should be injectable in narrow spaces and hence include ingredients with finer particles. Ultrafine cements are ideal for these type of demanding grouts due to their superior properties compared to that of the less expensive, but coarser ordinary Portland cement (OPC). Supplementary cementitious materials (SCMs) are often used to replace OPC clinker based binder in order to modify certain properties and to reduce costs. The most commonly used SCMs are fly ash (FA), and ground granulated blast furnace slag (GGBS). For various special applications microsilica (MS), and metakaolin (MK) are also used. Identifying the optimum replacement contents of OPC by SCMs are a challenge during the design of such grouts. The aim of this experimental study is to investigate the effect of the selected SCMs (FA, MS and MK) on the slump flow, time of efflux, viscosity, shrinkage, and compressive and flexural strength of ultrafine cement based grouts with constant water-binder ratio and superplasticizer content. The test program was formulated using Box-Behnken design principles. Maximum percentages of replacement with ultrafine cement was 6% by volume of cement for MS and 16% for FA, and MK. The results suggest that most investigated grouts have the potential to be used for structural applications. The appropriate quadratic models are then formulated through statistical tools and presented as response surfaces. The trends indicate that fly ash improves the rheological properties, whereas microsilica and metakaolin positively affect shrinkage and mechanical properties to some extent. Based on the influence of SCMs and priorities among the properties, Decision Matrix Analysis (DMA) is carried out to select the most suitable ones among the SCMs. The analysis suggests that microsilica and fly ash are more suitable as SCMs than metakaolin without affecting the properties.
Grouting is a universal repair and strengthening technique, which is constantly used for structural remediation of concrete components, trenches, mine subsidence, dam joints, restoration of masonry structures, and geological stabilizations. Having an extremely small particle size of only few microns, ultrafine cements are ideal for grouting applications due to their superior permeability and compressive strength properties of the hardened cement paste compared to that of the less-expensive, but coarser ordinary Portland cements. Supplementary cementitious materials (SCMs) are often used to replace ultrafine cement in order to modify certain properties and to reduce costs. The aim of this experimental study is to investigate the effect of three supplementary materials: microsilica (MS), fly ash (FA), and metakaolin (MK) on the workability, and mechanical properties of an ultrafine cement based grout with a constant water-binder ratio and constant superplasticizer content. Maximum percentages of replacement with ultrafine cement were 6% by volume of cement for MS and 16% for FA, and MK. In general, results suggest that the workability is improved by addition of FA, whereas is reduced, when modified with MS and MK. The compressive strength of grout after cement replacement remains comparable to that of pure cement grout. However, there is a tendency of the MS to positively affect the compressive strength opposite to FA, whereas flexural strength is positively affected by FA. Based on the results, it is evident that grouts with Hägerman cone flow more than 500 mm and compressive strength of more than 90 MPa after 28 days can be produced.
Superplasticizer and Shrinkage Reducing Admixture Dosages for Microfine Cement in Grout Systems
(2019)
Grouts have numerous applications including crack repair as maintenance in construction industries. Microfine cements are intensively used for high strength mortar and grout products. They are ideal for injection grouting in structural repair. Such grouts should have suitable rheological properties to be injectable, especially those used in repair and rehabilitation. The use of superplasticizers (SP) in these products is thus becoming increasingly crucial to achieve favorable workability and viscosity properties. A difficulty in such grouts is the plastic shrinkage due to finer particles used. It is thus necessary to determine optimum SP and shrinkage reducing admixture (SRA) dosages for a microfine cement based grout. In this study, a saturation dosage was decided from two Polycarboxylate ether (PCE) based SPs in relation to neat cement using slump flow and rheological parameters. A range of grout mixtures was formulated containing micro silica (MS) and fly ash (FA), and tested for suitable rheological and mechanical parameters. Based on the results, a grout mixture with MS and FA was selected to determine optimum SRA content. According to the results, a SP dosage of 3% by weight of neat cement is sufficient to achieve saturation. The grout material including MS and FA can produce comparable properties to neat cement grout. MS is found to improve compressive strength within the range considered, whereas a higher FA content provides favourable rheological properties. Finally, a SRA dosage of 4%, which could reduce the shrinkage by about 43% after 28d days, is determined for the grout system.
Current trend suggests that global energy consumption will increase in the future. This growing energy demand and advancement of technology lead to explore all potential offshore fossil and non-fossil energy sources, necessitating erection of exploration and production structures, rigs, platforms and towers, which are susceptible to adverse environmental conditions along with their maintenances. Cylindrical grouted joints provide suitable connections between steel substructure and foundation in these offshore platforms and wind structures especially monopiles for ease of installation. However, these are composite connections with exterior sleeve, interior pile and infill grout. The capacity of these connections is affected by number of factors. The literature over last four decades by numerous researchers has shown the development of these connections with increasingly higher capacities and influences on these capacities due to various factors. This paper provides a comprehensive review on the factors affecting the connection capacity along with technical challenges for the future. Critical aspects and shortcomings of the current connection systems and potential solutions may be sought after for these issues are also discussed.
At present, Wind Turbine Generators (WTGs) operating in onshore and offshore wind farms are primary sources of renewable energy around the world. Cylindrical grouted sleeve connections are usually adopted in these WTG structures to connect the upper structure and foundation for ease of installation. These structures including grouted connections experience considerable adverse loading during their lifetimes. Settlements were reported inside similar connections used in energy structures especially oil and gas platforms, which were installed in last three decades. Thus, repair and rehabilitation of such connections in existing wind structures should also be planned ahead to keep them operating in the future. The nature of failure and crack generation in grouted connections are crucial prior to adopt a strengthening strategy. This pilot study is carried out to actualize the failure mechanism in the grouted connection, when subjected to axial loading. A novel reusable scaled cylindrical grouted connection with shear keys was designed and tested for its load bearing behaviour. The mechanical test was accompanied by classical measuring techniques (e.g. displacement transducer) as well as non-destructive measuring techniques (e.g. digital image correlation (DIC), acoustic emission analysis (AE)). The failure mechanism incorporating slippage of the shear keys and cracking of the grout was investigated. The capacity and applicability of such test mould were also discussed. The knowledge is expected to pave way towards repair of deteriorated grouted connections with similar geometry and failure pattern.
Additive manufacturing of concrete structures is a novel and emerging technology. Freecontouring in civil engineering, which allows for entirely new designs, is a significant advantage. Inthe future, lower construction costs are expected with increased construction speeds and decreasingrequired materials and workers. However, architects and civil engineers rely on a certain quality ofexecution to fulfil construction standards. Although several techniques and approaches demonstratethe advantages, quality control during printing is highly challenging and rarely applied. Due to thecontinuous mixing process commonly used in 3D concrete printing, it is impossible to exclude varia-tions in the dry mixture or water content, and a test sample cannot be taken as a representative samplefor the whole structure. Although mortar properties vary only locally, a defect in one layer duringprinting could affect the entire integrity of the whole structure . Therefore, real-time process monitor-ing is required to record and document the printing process.At the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) a new test rig for the additive man-ufacturing of concrete is built. The primary purpose is measuring and monitoring the properties of amortar during the printing process.The following study investigates an approach for calculating yield stress and plastic viscosity based onexperimentally recorded pressure data. The calculations assume that fresh mortar behaves as a Bing-ham fluid and that the Buckingham-Reiner-equation is applicable. A test setup consisting of rigid pipeswith integrated pressure sensors at different positions is utilized.Monitoring the printing process with different sensors is crucial for the quality control of an ongoingprocess.
Waste sludge, a solid recovered from wastewater of photovoltaic-industries, composes of agglomerates of nano-particles like SiO2 and CaCO3. This sludge deflocculates in aqueous solutions into nano-particles smaller than 1 µm. Thus, this sludge constitutes a potentially hazardous waste when it is improperly disposed. Due to its high content of amorphous SiO2, this sludge has a potential use as supplementary cementitious material (SCM) in concrete. In this study the main properties of three different samples of photovoltaic's silica-rich waste sludge (nSS) were physically and chemically characterized. The characterization techniques included: scanning electron microscopy (SEM), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), nitrogen physical adsorption isotherm (BET method), density by Helium pycnometry, particle size distribution determined by laser light scattering (LLS) and zeta-potential measurements by dynamic light scattering (DLS). In addition, a dispersability study was performed to design stable slurries to be used as liquid additives for the concrete production on site. The effects on the hydration kinetics of cement pastes by the incorporation of nSS in the designed slurries were determined using an isothermal calorimeter. A compressive strength test of standard mortars with 7% of cement replacement was performed to determine the pozzolanic activity of the waste nano-silica sludge. Finally, the hardened system was fully characterized to determine the phase composition. The results demonstrate that the nSS can be utilized as SCM to replace portion of cement in mortars, thereby decreasing the CO2 footprint and the environmental impact of concrete.