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- 7.4 Baustofftechnologie (5)
- 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung (4)
- 7.7 Modellierung und Simulation (2)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 7.0 Abteilungsleitung und andere (1)
- 7.2 Ingenieurbau (1)
Paper des Monats
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Eingeladener Vortrag
- nein (22)
Unsere Industriegesellschaft ist auf den ständigen Abbau und Verbrauch von Rohstoffen und Energie angewiesen. Der Bausektor zählt dabei zu den größten Verursachern von Stoffströmen in Deutschland. Zum einen ist das Bauen mit einem hohen Bedarf an materiellen und energetischen Ressourcen sowie finanziellen Aufwendungen verbunden. Zum anderen sind nahezu 50 % des deutschen Abfallaufkommens dem Bausektor zuzurechnen, Die Beschränktheit natürlicher Ressourcen, die zunehmenden negativen Umweltauswirkungen sowie die Verteuerung und Verknappung von Deponieraum führten in den letzten Jahren zu einem Umdenken in der Bau- und Abfallwirtschaft hin zu einer Kreislaufwirtschaft. Im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft sind die im Bausektor anfallenden Restmassen zukünftig möglichst einem Recycling zuzuführen. Bei der Wahl der geeigneten Recyclingoption spielen technische, ökologische und ökonomische Fragestellungen eine Rolle. Für den Bereich Mauerwerksrecycling existiert bisher keine umfassende Methodik zur ganzheitlichen Eignungsbewertung (Technik, Ökologie, Ökonomie) mit einem vertretbaren Arbeitsaufwand. Grundlegende strukturierte und strukturierende Informationen für das Recycling von Mauerwerksbruch fehlen bislang. Aus diesem Grunde wird derzeit mit dem Ziel eines möglichst hochwertigen Mauerwerksrecyclings eine umfassende und praxisorientierte Methodik entwickelt. Diese Methodik soll eine
ganzheitliche Eignungsbewertung unterschiedlicher potenzieller Recyclingbereiche für Mauerwerksbruch ermöglichen. Im vorliegenden Beitrag werden erste Ansätze dieser Bewertungsmethode vorgestellt.
Despite the numerous possibilities to influence the properties of repair mortars by modifications of the mixture proportioning, it is almost impossible to change an individual property without influencing other mortar properties. When optimising a mixture, it has to be decided for each individual case, which of the mortar properties needs to be treated with the highest priority. Most properties can be altered by several different measures, which may vary in effectiveness, side effects and cost efficiency. As the prevention of shrinkage induced constraining cracks is crucial for the durability and Service life of a concrete repair task, in the presented paper special attention is paid to the influences on the mortar’s shrinkage behaviour. On the basis of parameter studies it is shown, how it may be beneficial in certain cases to accept the worsening of some general properties if by this measure another property, which is essential for the individual application task, can be enhanced significantly. In general a tailor-made approach for the mixture proportioning seems beneficial but due to the complexity of the constituents’ interactions in repair mortars, it bears a high risk of unexpected malfunctions.
Concrete is by far the most common building material in the world. Due to its good durability it is widely used in building envelopes. One major part of the embodied energy in concrete comes from the production of Portland cement that consumes around 3,500 MJ energy per each ton of cement. Globally 2.6 billion tons of Portland cement is produced and the consumption is increasing. Since concrete will be used as main building material also in future construction, it is reasonable to develop concrete building components with lower embodied energy.Using the example of an ultra-high performance concrete (UHPC) façade element, it is demonstrated how the embodied energy can be reduced by application of hydrothermal curing.
Hydraulische Bindemittel
(2008)
Ingress of moisture and harmful ions (e.g. Chloride, sulfate) into cementitious materials is one of the major factors in defining their durability. Modifications of building materials by targeted deposition of surface functional agents that make the surface hydro- and/or oleophobic aim to minimize moisture and ion ingress, and thus extend Service life of the cement based structures. Water repellent and easy-to-clean coatings for inorganic Substrates have gained strong attention during the last few years and various formulations based on silicones or alkylpolysiloxanes have been developed. Cementitious building materials are highly complex Systems with many components and changing properties in the course of a building’s Service life. The interactions between the Chemical agents and the cement based materials depend on many factors. The Chemical properties of the material Substrate appear to be the most important but in the context of their influence on the functionality of silanes and/or siloxanes these characteristics have not been well understood yet. The aim of this study was to evaluate the effect of different blended cements on water repellent agents’ performance. Two organosilicon compounds
were applied on fresh blended cements containing limestone (L), fly ash (F), slag (S) and trass (T), and investigated in terms of their functionality.
The surface properties of functionalized blended cements were studied based on wettability, i.e. contact angle measurements, before and after exposure to artificial and natural weathering. The first results indicate that slag and trass more distinctly affect the water repellent Surface performance after aging.
The complex matter of external sulphate attack on cement-based construction materials is still not completely understood. The concentration of sulphate is a crucial factor for the formation of secondary phases and phase transitions of cement hydrates due to sulphate ingress into the microstructure. The sulphate attack on building materials for high and low sulphate concentrations was monitored by laboratory experiments. Hardened cement paste consisting of ordinary Portland cement (CEM I) were exposed to aqueous solutions of sodium sulphate for 18 months. Three sample compositions were used for this research, including different supplementary cementitious materials (SCM). The phase composition was determined for different time spans by high resolution synchrotron X-ray diffraction. Cross sections of exposed cement prisms were investigated as a representation of the microstructural profile. Based on the data, a temporal and spatial determination of the stages of the sulphate attack and the deterioration course was possible. Cement matrices blended with slag showed the highest resistance against sulphate attack.
ln den letzten Jahren sind im deutschen Bundesautobahnnetz verstärkt Schäden an Betonfahrbahndecken aufgetreten, die mit einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) in Verbindung gebracht werden. Die damit einhergehende oft drastische Reduzierung der Nutzungsdauer der Betonfahrbahndecke führte zu einer starken Intensivierung der Forschung auf diesem Gebiet. Zentraler Forschungsgegenstand war bisher neben der Suche nach geeigneten präventiven betontechnologischen Maßnahmen vor allem die Entwicklung performanceorientierter Prüfverfahren zur AKR-Prävention. Dabei wurden insbesondere die klimatischen Einwirkungen auf die Betonfahrbahndecke und der externe Alkalieintrag zeitraffend simuliert. Die zusätzlich interagierenden mechanischen Einwirkungen aus dem Verkehr fanden bisher keine Berücksichtigung. Vor diesem Hintergrund verfolgt die 2011 eingerichtete und 2015 um weitere drei Jahre verlängerte DFG-Forschergruppe 1498 u. a. das Ziel, den Einfluss einer mechanisch induzierten Vorschädigung (Ermüdungsbeanspruchung) auf den AKR-Schädigungsprozess zu klären. Die hierfür erforderliche Beschreibung der vielfältigen interagierenden Schädigungs- und Transportprozesse erfordert eine enge Verknüpfung von Experimenten mit einer mehrskaligen Modellierung. Die experimentelle Basis bildet die mechanische Vorschädigung (Ermüdung) großformatiger Balken aus einem Fahrbahndeckenbeton mit einem erhöhten AKR-Schädigungspotenzial. Aus diesen Balken werden nach der Ermüdungsbeanspruchung kleinformatige Probekörper gewonnen, an denen die Auswirkungen der mechanischen Vorschädigung auf das Betongefüge und die interagierenden Transport- und Schädigungsprozesse analysiert werden. Das Teilprojekt der SAM hat in diesem Kontext die Aufgabe, ganzheitlich die Rissbildungsprozesse und den interagierenden Eintrag bzw. Auslaugung der Alkalien von der mechanisch induzierten Vorschädigung bis zum AKR-Schädigungsprozess in enger Abstimmung mit den Forschungspartnern zu untersuchen. Den Schwerpunkt dieses Beitrags bildet die Charakterisierung der Rissbildungsprozesse durch die mechanische Vorschädigung und ihrer Auswirkungen auf die interagierenden Transportprozesse. Das schließt die Vorstellung der hierfür angewandten innovative Prüftechniken und Prüfmethodologien ein.
Ultrahochleistungsbeton (UHPC) zeichnet sich durch eine enorme hohe Druckfestigkeit von über 150MPa aus, während er gleichzeitig eine hohe Dichtheit besitzt. Im Schwerpunktprogramm SPP 1182 der DFG sind umfangreiche Untersuchungen zu verschiedensten Aspekten des UHPC durchgeführt worden, sodass die Voraussetzungen für eine breite Anwendung gegeben sind.
Concrete technology results more and more in the development of materiale with enhanced properties, such as high strength, higher durability and increased ecological compatibility. One exceptional example is Ultra-High Performance Concrete (UHPC). Its advantages are very high compressive strength and an improved durability, caused by their dense micro structure. Curing under water vapor Saturation pressure (autoclaving) can improve these properties by affecting the micro structure and better the mechanical properties of UHPC. Autoclaving leads to an enhanced cement hydration and accelerated reaction rate of supplementary cementitious materials (SCM) and mineral additions, Used at the production of aerated autoclaved concrete (AAC) and sand-lime bricks, the process of autoclaving is well known, especially in highly porous Systems. One well known requirement to autoclave effectively is a porosity of at least 10%. There is no sufficient heat transfer and also not enough water available if the porosity is lower, Nevertheless, autoclaving also works in the dense structure of UHPC with porosities lower than 2%, as former investigations have shown. There is only a visible difference between the outer parts of the samples compared to their core. Investigations on the chemistry, the micro structure as well as the mechanical properties where performed to find an explanation to this effect and to explain the functionality of autoclaving UHPC in spite of the low porosity.
Auf Grundlage der Zielsetzung der Forschergruppe 1498 beschäftigt sich dieser Beitrag mit den Auswirkungen einer zyklischen mechanischen Belastung im Vierpunktbiegeversuch auf das Transportverhalten in Betongefüge. Hierzu wurde zunächst die Degradation des Mikrogefüges mittels Ultraschallmessungen sowie rissmikroskopischen Untersuchungen an Dünnschliffen charakterisiert. Mit dem Ziel der numerischen Modellbildung wurden Untersuchungen zum Wassereindringverhalten durchgeführt. Es wurden u. a. das Wassereindringverhalten über die Zeit und der Einfluss von Vorschädigungen experimentell geprüft. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen zu den Einzelprozessen des Ionentransports in poröses Gefüge wurde ein mikromechanisches Mehrskalenmodell entwickelt, welches es ermöglicht, die Wirkung der Vorschädigung auf gekoppelte Feuchte- und Ionentransportprozesse vorherzusagen. Das Modell berücksichtigt die Topologie und räumliche Verteilung der Mikrorisse und deren Einfluss auf die Ionendiffusivität. Die numerische Simulation liefert bei anisotroper Verteilung der Mikrorisse eine erhöhte Alkali-Eindringtiefe. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
According to the goals of the research group 1498, this paper deals with the effects of cyclic flexural loading in a four-point bending test on the fluid transport processes within a concrete structure. Therefore, the degradation of the microstructure is characterized through ultrasonic wave measurements as well as microscopic crack analysis. In order to numerically model these processes, experiments on the penetration behavior of water into the concrete were carried out. The penetration behavior over time as well as the influence of degradation on the water transport were investigated. To predict the influence of concrete degradation on alkali diffusivity, a multi-scale continuum micromechanics model is incorporated into the numerical model, which accounts for the topology and the three-dimensional distribution of microcracks. As expected, the numerical simulation predicts larger alkali-penetration in pre-damaged concrete. Regarding the micro-crack distribution, an anisotropic distribution of micro-cracks tangential to the direction of the alkali and water flux increases their penetration depth.
In Germany, a quantity of more than 10 million metric tons of masonry rubble is generated per year. With regard to a sustainable closed substance cycle waste management, these rest masses have to be recovered if possible. The end-of-life (EOL) phase of masonry includes the planning steps of demolition, processing and application. The choice of the most sustainable solution raises questions regarding material technology, plant engineering, economic efficiency and ecological issues. For this purpose, a methodological concept for a holistic assessment of the EOL phase of masonry is developed within the scope of a doctoral thesis. For the assessment the Cost-Effectiveness Analysis (CEA) is adapted. The assessment concept enables a holistic comparison of different EOL scenarios for masonry while integrating all planning steps. It combines Material Flow Analysis (MFA), Life Cycle Analysis (LCA), Life Cycle Working Environment (LCWE), economic evaluation methods and material testing. In future, various scenarios can be evaluated with regard to the goals of the European and German waste management industry.