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Schätzungen zufolge leben und arbeiten zurzeit 30 bis 40 % der Weltbevölkerung in Gebäuden aus Lehm. Darunter befindet sich auch eine nicht unerhebliche Anzahl an Baudenkmälern, davon viele in einem gefährdeten Zustand. Bauwerke aus Lehm erfordern einen hohen Unterhaltungsaufwand, da sie anfällig sind für Erosion bei Regen sowie Abplatzungen und Querschnittsschwächung, wenn Salze kapillar transportiert werden und auskristallisieren. Außerdem sind sie empfindlich gegenüber mechanischen Beanspruchungen. So führen bereits relativ niedrige Zug- oder Druckspannungen zu Schädigungen durch Rissbildung. Einige Lehmbauweisen werden heute nicht mehr ausgeführt und das Wissen über sie ist zumindest teilweise verloren gegangen. Die verschiedenen Lehmbauweisen unterscheiden sich deutlich in Bezug auf die Zusammensetzung des Materials und die Bautechniken.
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.
Das Wissen über die Materialeigenschaften und die Versagensmechanismen bei Lehmbaustoffen ist begrenzt und lückenhaft. Im Rahmen des EU-Projekts NIKER (www.niker.eu) wurden deshalb die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen aus Lehm unter statischer Druck- und Schubbeanspruchung bestimmt. Ziel der Untersuchungen war es, grundlegende Daten zum Verformungs- und Versagensverhalten von Lehmbauteilen zu erhalten und dieses mit einem numerischen Modell zu beschreiben. Die Versuchsergebnisse belegten das spröde Verhalten von Lehmsteinmauerwerk bei uniaxialer Druckbelastung und zeigten, dass das Versagen von Lehmsteinmauerwerk infolge Schubbelastung nach Erstrissbildung in Mörtelfugen und Lehmsteinen durch Gleiten der Lehmsteine entlang der Mörtelfugen erfolgt. Die numerische Makromodellierung erbrachte zwar befriedigende Resultate hinsichtlich des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens, jedoch konnte bei der simulierten Rissbildung keine Übereinstimmung mit den in den Versuchen beobachteten Rissbildern erzielt werden. Bei Lehmsteinmauerwerk ist also eine wesentlich aufwendigere Mikromodellierung notwendig, um das Versagensverhalten korrekt beschreiben zu können.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Knowledge of the material properties and failure mechanisms of earthen materials is limited and scattered. Within the framework of the NIKER project (www.niker.eu) funded by EC, the mechanical properties of earthen material elements were therefore determined under static compression and shear loads. The aim was to obtain fundamental data on deformation behaviour and failure mechanisms of earthen material structural elements and to describe them by means of a numerical model. The test results confirmed the brittle behaviour of earth block masonry under monoaxial compressive load and showed that the failure of earth block masonry under shear load occurs by sliding of the earth blocks along the mortar joints after initial cracking in mortar joints and earth block. Numerical macro modelling showed satisfying results with regard to stress-strain behaviour, but the simulated crack pattern was not consistent with experimental observations. In the case of earth block masonry, it is thus necessary to use micro modelling approaches in order to correctly predict the failure process at local level.
Nanotechnologie im Bauwesen
(2008)
Zu den Zielen der Nanotechnologie gehört die Entwicklung, Produktion und Anwendung von Materialien und Werkstoffen mit völlig neuartigen Leistungsspektren. Für die Baupraxis und die Materialforschung lassen sich über den Einsatz der Nanotechnologie Ziele wie die Optimierung von Baustoffeigenschaften, Vermeidung von Schäden und neue Funktionalitäten definieren. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über mögliche Anwendungsbereiche der Nanotechnologie im Bausektor, wie z. B. zementgebundene Baustoffe, Außen- und Dachfassaden, Fenster und Verglasungen, Brandschutz, Inneneinrichtung und Infrastrukturbau. Zudem werden aktuelle Forschungsarbeiten mit nanowissenschaftlichem und nanotechnologischem Schwerpunkt im Bereich baustoffbezogener Materialien der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin vorgestellt. Die Forschungstätigkeiten beziehen sich zum einen auf die Modifikation der Hydratphasen in Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) und zum anderen auf die Weiterentwicklung von Anti-Graffiti-Systemen.
A comparison of different isotope dilution mass spectrometric (IDMS) procedures using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS) and thermal ionization mass spectrometry (TIMS) was carried out to examine the degree of equivalence between the used procedures in terms of requirements for reference material certification. The comparison was based on the measurement results and their uncertainties. The sample used in this study is a pure zinc metal to be certified by the Bureau Communie de Référence (BCR) for amount contents of different trace elements. This study focuses on cadmium and thallium. The TIMS values contributed to the certified values. To guarantee identical conditions as far as possible for the procedures under investigation, the samples were split into subsamples after spiking and digestion took place. Thus, every IDMS procedure started with an identical set of samples. In total, four different IDMS procedures and one external calibration procedure using internal standardization as an example of routine analysis were applied. The IDMS procedures divide in a group with and a group without trace/matrix separation. Multicollector TIMS (TI-MC-MS) and multicollector ICPMS (ICP-MC-MS) were used in combination with trace/matrix separation, whereas quadrupole ICPMS (ICP-QMS) and ICP-MC-MS were also applied to nonseparated samples. All IDMS results agree well within their combined uncertainties, while some results from the external calibration procedure do not. IDMS results obtained by ICPMS without separation are comparable to those obtained by TI-MC-MS with separation regarding precision and accuracy. The smallest uncertainties were achieved using ICP-MC-MS in combination with trace/matrix separation.
In the beginning of the 1980s earth building has undergone a renaissance, which nowadays leads to an increasing use of load-bearing earth constructions and in particular, earth block masonry. At present, there are no common structural standards according to the semi-probabilistic design concept, which is the state-of-the-art in European standards.
A solid database is needed for the determination of the partial safety factor on the resistance side. Therefore, compressive strength tests were carried out with two types of earth blocks and two types of prefabricated earth mortar. The evaluation showed that the variation of the compressive strength was remarkably less than expected, which seems to indicate high quality standards of the components earth block and mortar with regard to industrial production.
On the basis of these results and together with the reliability method, a partial safety factor for earth block masonry subjected to compression was determined. The main aim of the research was the development of a first valid database for material parameters of earth block masonry with particular regard to statistical characteristics. The results showed that a common calculation method for earth block masonry based on partial safety factors following the valid masonry construction standard is feasible.
In this paper an extensive research campaign aimed to define the mechanical performance of earth block masonry panels is presented. Uniaxial compression and diagonal compression tests were performed. The test results confirmed the brittle behaviour of earth block masonry under uniaxial compressive load and showed that the failure of earth block masonry under shear load occurs by sliding of the earth blocks along the mortar joints after initial cracking in mortar joints and earth blocks. For diagonal compression test results showed that building technique practice is one of the key factors affecting the structural performances. Experimental behaviour was modelled with a non-linear model capable of describing cracking behaviour. Both micro-modelling and macro-modelling implementing isotropic or orthotropic material laws were used to assess the reliability of different modelling strategies. The model calibration was carried out by sensibility analysis of the input parameters to understand the influence of unit strength on the shear behaviour of masonry.
The goal of the present study is to assess the feasibility to develop a first reliable database of materials parameters for Earth Block Masonry (EBM). The database is crucial when defining the materials safety factors. In the first part an experimental campaign of compressive tests were carried out on two types of earth block and two types of earth mortar. The results showed that the mean variation of the compressive strength was remarkably less than expected. This low variation is related to a production with high quality standards of the materials employed. In the second part a partial safety factor for EBM under uniaxial compression was determined through the reliability method. The results proved the reliability of a common calculation method for EBM based on partial safety factors following the current standards.
The study presents the results from the development of a grouting material based on hydrated lime with addition of pozzolana, which is referred to as hydraulic lime, suitable for the repair of cracks in a variety of earthen building techniques. The goal was to develop a material also compatible with earthen structures exposed to dynamic loads. The grouting mortar was designed to be adaptable in strength properties and at the same time to have sufficient robustness for preparation and use on the construction site.
Results showed a satisfactory performance of the grout concerning fresh and hardened mortar properties as well as injectability.
Earth represents one of the oldest construction materials, which is still utilised both in developed and in developing countries. In this paper a comparison of the mechanical performance of structural elements built in three basic techniques, earth block (adobe) masonry, rammed earth and cob, is presented. In order to gain better knowledge on the structural behaviour under static loads an extensive compression and diagonal compression (shear) test campaign was performed. First compression results showed brittle mechanical behaviour in the case of earth block masonry and rammed earth elements, whereas cob exhibited a very different stress–strain pattern: cob can deform beyond the elastic range with a gradual drop in capacity. Despite its low compressive strength, cob thus presents a relatively good performance within the earthen material range as far as shear behaviour is concerned.
The data here reported represents a base for a further investigation on the dynamic behaviour of the three materials considered. The study was carried out within the framework of the project NIKER funded by the European Commission dealing with improving immovable Cultural Heritage assets against the risk of earthquakes.
Water-repellent renders were studied in order to evaluate their suitability for restoration applications. Water repellent admixtures, such as powdered siloxane-based products and metal soaps (zinc and calcium stearates), were mixed with a pozzolana-lime binder similar to historical binders with hydraulic properties. The chemical-physical and structural properties, the effectiveness and the durability of the water-repellent mortars in different environmental conditions were studied. The influence of the water repellent admixtures was evaluated by FT-IR analyses, by testing the mechanical properties and the behaviour in presence of water. The durability of the water-repellent mortars was evaluated after the exposure to artificial weathering (UV-light and water) and to immersion/drying cycles in saturated sodium sulphate solution. The nature of the water-repellent admixtures influenced both the hydration reactions and the chemical-physical properties of the mortars resulting in different resistance to the weathering and to salt crystallization.
The study evaluates Portland limestone cement mortars, natural hydraulic lime mortars and pozzolan-lime mortars modified with water-repellent admixtures (metal soaps and siloxanes) for their use in the maintenance of historic buildings. The chemical-physical characteristics, the durability and the resistance to artificial weathering (exposure to UV light and artificial rain) were examined. The exposure conditions used in the ageing test were chosen in order to simulate outdoor environmental conditions, in particular the processes caused by UV-light and thermal shock induced by rain water.
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.
ln this paper a modelling approach is presented to reproduce the mechanical behaviour of sandwich panels via finite element analysis. Two types of panels were investigated in this scope of work. The first sandwich element was a textile reinforced concrete (TRC) panel with cellular lightweight concrete insulation and the second configuration was an ultra-high performances concrete (UHPC) panel with aerated autoclaved concrete insulation. The goal was to obtain a reliable numerical strategy that represents a reasonable compromise in terms of sufficient accuracy of the element characteristics and the computational costs. The results show the possibility of describing the composite action in a full sandwich panel. The achieved modelling approach will later be used for the optimization of TRC and UHPC panels in terms of minimizing the thickness, identifying the number and location of connectors, as well as evaluating varying anchorage Systems.
The current paper focuses on the determination of reliable numerical models of earth block masonry wallettes under different loading conditions. Uniaxial compression and diagonal compression tests were performed. Experimental behaviour was modelled with a non-linear model able to describe the cracking behaviour. The simplified approach based on macro-modelling shows a satisfactory accuracy and low computational costs. The results reproducing the uniaxial compression are in good correspondence with the post-elastic behaviour observed in the experimental campaign. The micro-modelling approach adopted to reproduce the shear behaviour, even with high computational cost, represents a suitable tool to predict the masonry collapse mechanism.
Water-repellent mortars were prepared using different hydrophobic compounds as admixtures. Calcium and zinc stearates, silane/siloxane products (as liquid solution and powder) were mixed into limestone cement mortars for obtaining in-bulk water-repellent mortars suitable for building protection and resistant to the degrading action of water. The influences of the admixtures on the hydration and structure of the designed mortars were investigated by SEM, TG–DSC, FT-IR, XRD, and isothermal calorimetry. The effectiveness of these agents against water action was evaluated by using techniques and methods such as mercury intrusion porosimetry, water absorption tests and contact angle measurements. Siloxane products conveyed good water-repellent effectiveness, without strongly influencing the setting and hydration of the binder, while the zinc stearates slowed down the hydration reactions.
Die Instandsetzung von Lehmbauwerken ist keine einfache Aufgabe. Der Baustoff Lehm hat vergleichsweise schwache mechanische Eigenschaften. Er ist außerdem anfällig gegenüber eindringendem Wasser, wobei er sehr schnell seinen Zusammenhalt verlieren kann, wenn gewisse Feuchtegehalte überschritten werden. Instandsetzungskonzepte für Bauwerke aus solchen Materialien stellen deshalb eine Herausforderung dar. Historische Lehmbauwerke zeigen oft Schäden in Form von starker Rissbildung, die durch statische oder dynamische Lasten hervorgerufen sein kann. Häufig werden solche Risse wegen mangelnder Fachkenntnis und / oder fehlender Techniken nur ungenügend instandgesetzt. Die Rissinstandsetzung mit Einpressmörteln birgt insbesondere für Lehmbaustoffe eine Herausforderung und erfordert spezifische Anforderungen an den Einpressmörtel, wie z. B. niedriger Wassergehalt, gutes Wasserrückhaltevermögen, niedriges Schwindmaß, an das instandzusetzende Material angepasste Festigkeit und E-Modul sowie eine gute Haftung am Lehmuntergrund. Zusätzlich müssen Einpressmörtel eine ausreichende Fließfähigkeit aufweisen, um kleine Risse und Hohlräume ohne Entmischung zu füllen. Deshalb muss das rheologische Verhalten des Einpressmörtels gut untersucht und kontrolliert werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen. Die Rissinstandsetzung bei Lehmbauwerken erfolgt traditionell durch manuelles Stopfen mit einem Mörtel. Natürlich können auf diese Weise nur Risse mit einer großen Breite verfüllt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass Risse, die durch dickere Wände verlaufen, nicht vollständig mit den für das Stopfen verwendeten Werkzeugen erreicht werden können. Kalkgebundene Einpressmörtel für Lehmbaustoffe werden gewöhnlich für die Wiederbefestigung von Putzen und weniger aus statisch-konstruktiven Gründen eingesetzt.
Aufgrund der Eigenschaften von Lehm, müssen Einpressmörtel auf Basis von hydraulischem Kalk nach EN 459-1 [4] wesentliche Anforderungen an eine Reihe von Eigenschaften erfüllen, die sich auf die Verträglichkeit, die Dauerhaftigkeit und insbesondere die Injektionsfähigkeit beziehen. Das Ziel der vorgestellten Untersuchungen war einen Einpressmörtel zu herzustellen, mit dem die strukturelle Kontinuität in Lehmmauerwerk oder anderen massiven Lehmwänden (Stampf- und Wellerlehm) durch Rissverpressung wiederhergestellt werden kann. Das Material bestand aus Kalkhydrat mit Zusätzen von Puzzolanen und Kalksteinfüller.
In-plane shear behaviour of earthen materials panels strengthened with polyester fabric strips
(2016)
An experimental investigation was carried out to study the in-plane shear behaviour of earthen material Panels strengthened with polyester fabric strips. Strengthened panels were developed to exploit the strength potential of earthen materials and to solve its lack of tensile strength, significantly improving not only strength but also ductility. Three earthen materials were considered: cob, earth block masonry (EBM) and rammed earth (RE). As first approach the strengthening configuration, based on different adhesive materials, was tested only for cob panels. As part of the study the results of a big testing campaign of unstrengthened Panels were considered. Seven strengthened panels were tested in diagonal compression/shear.A unique reinforcement orientation was used. The results of these tests are presented in this paper, and include the load-displacement behaviours, crack patterns, failure modes. The results showed that the reinforcement was the most effective in EBM panels, with increase in strength and ductility observed. In RE and cob panels the reinforcement did not likely contribute significantly to the shear resistance, due to a lack of embedment length of the strips. Instead, in EBM it was likely that the vertical reinforcement acted in tension to restrain shear induced dilation and to restrain sliding.
The main aim of the research was the development of a first valid database for material parameters of earth block masonry (EBM) with particular regard to statistical characteristics. A solid database is needed for the determination of the materials partial safety factor. Therefore, compressive strength tests were carried out with two types of earth blocks and two types of prefabricated earth mortar.
The evaluation has shown that the mean variation of the compressive strength was remarkably less than expected, which indicates high quality standards of the components earth block and mortar with regard to industrial production. Using the reliability method, a partial safety factor for EBM subjected to compression was determined on the basis of these test results. The findings have shown that a common calculation method for EBM based on partial safety factors following the valid masonry construction standard is feasible.
Die Instandsetzung von Lehmbauwerken ist keine einfache Aufgabe. Der Baustoff Lehm hat vergleichsweise schwache mechanische Eigenschaften. Er ist außerdem anfällig gegenüber eindringendem Wasser, wobei er sehr schnell seinen Zusammenhalt verlieren kann, wenn gewisse Feuchtegehalte überschritten werden. Instandsetzungskonzepte für Bauwerke aus solchen Materialien stellen deshalb eine Herausforderung dar. Historische Lehmbauwerke zeigen oft Schäden in Form von starker Rissbildung, die durch statische oder dynamische Lasten hervorgerufen sein kann. Häufig werden solche Risse wegen mangelnder Fachkenntnis und / oder fehlender Techniken nur ungenügend instandgesetzt. Die Rissinstandsetzung mit Einpressmörteln birgt insbesondere für Lehmbaustoffe eine Herausforderung und erfordert spezifische Anforderungen an den Einpressmörtel, wie z. B. niedriger Wassergehalt, gutes Wasserrückhaltevermögen, niedriges Schwindmaß, an das instandzusetzende Material angepasste Festigkeit und E-Modul sowie eine gute Haftung am Lehmuntergrund. Zusätzlich müssen Einpressmörtel eine ausreichende Fließfähigkeit aufweisen, um kleine Risse und Hohlräume ohne Entmischung zu füllen. Deshalb muss das rheologische Verhalten des Einpressmörtels gut untersucht und kontrolliert werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Die Rissinstandsetzung bei Lehmbauwerken erfolgt traditionell durch manuelles Stopfen mit einem Mörtel. Natürlich können auf diese Weise nur Risse mit einer großen Breite verfüllt werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass Risse, die durch dickere Wände verlaufen, nicht vollständig mit den für das Stopfen verwendeten Werkzeugen erreicht werden können. Kalkgebundene Einpressmörtel für Lehmbaustoffe werden gewöhnlich für die Wiederbefestigung von Putzen und weniger aus statisch-konstruktiven Gründen eingesetzt Aufgrund der Eigenschaften von Lehm, müssen Einpressmörtel auf Basis von hydraulischem Kalk nach EN 459-1 wesentliche Anforderungen an eine Reihe von Eigenschaften erfüllen, die sich auf die Verträglichkeit, die Dauerhaftigkeit und insbesondere die Injektionsfähigkeit beziehen. Das Ziel der vorgestellten Untersuchungen war einen Einpressmörtel zu herzustellen, mit dem die strukturelle Kontinuität in Lehmmauerwerk oder anderen massiven Lehmwänden (Stampf- und Wellerlehm) durch Rissverpressung wiederhergestellt werden kann. Das Material bestand aus Kalkhydrat mit Zusätzen von Puzzolanen und Kalksteinfüller.
The repair of earthen structures is not an easy task. Earth as a construction material has comparatively weak mechanical properties. It is also susceptible towards liquid water, were it can lose cohesion very quickly if certain moisture contents are exceeded. Repair concepts of structures built with such materials are therefore challenging. Historical earthen structures often exhibit damages in form of extensive cracking, which may have been caused by static or dynamic loads. Frequently these cracks are insufficiently or inappropriately repaired because of lack of knowledge and / or technology. In particular, the behaviour of crack repair by grouting poses a challenge in earthen materials and demands specific requirements for the grouting mortar, such as low water content, good water retention, low shrinkage. Grouting materials require additional specifications such as compatible strengths and Young’s modulus as well as good adhesion to the earthen substrates. In addition, grouts have to be sufficiently flowable to fill small cracks and voids without segregation or bleeding. Therefore, the rheological behaviour has to be well understood and controlled to gain the desired effects.
The repair of cracks in earthen buildings is traditionally done by stuffing manually mortar into the gap. Naturally, this method is only usable for cracks with large widths. Another disadvantage is that cracks going through thicker walls cannot be completely reached by the tools used for stuffing the mortar into the crack. Lime based grouts for earthen materials were usually used for re-attachment of plasters but less for structural reasons. Due to the nature of earthen materials grouts based on formulated or hydraulic lime (according to the definition in EN 459-1) have to meet considerable demands on a variety of properties, which are related to compatibility, durability and in particular to the ability of being injected. The goal of this study was to create a grout, which can be used to re-establish structural continuity in cracked earthen masonry or other massive earth walls (rammed earth and cob) with the focus on grouting cracks. The grout material was based on hydrated lime (calcium hydroxide) with additions of pozzolana and lime stone filler.
Ziel der vorliegenden Untersuchung war es zu überprüfen, inwiefern eine Bemessungsvorschrift auf Basis von Teilsicherheitsbeiwerten im Lehmmauerwerksbau möglich ist. Bemessungsvorschriften im konventionellen Mauerwerksbau und im Lehmmauerwerksbau waren aufgrund des prinzipiell gleichen Tragverhaltens stets eng miteinander verknüpft. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Druckversuche an Lehmmauermörtel, Lehmsteinen und Lehmmauerwerk konnten zeigen, dass die Streuungen der Festigkeiten von Lehmbaustoffen aufgrund der industriellen Herstellung sehr gering sind. Es konnte festgestellt werden, dass eine Bemessung auf Grundlage des semiprobabilistischen Bemessungskonzeptes in Anlehnung an den konventionellen Mauerwerksbau möglich ist. Neben einem ersten Vorschlag des Teilsicherheitsbeiwertes für den Lastzustand Druck werden Vorschläge für Prüfvorschriften im Lehmbau beziehungsweise deren Modifikation unterbreitet und künftige Forschungsschwerpunkte herausgearbeitet.
In diesem Beitrag werden numerische Analysen der mechanischen Eigenschaften von Lehmsteinmauerwerk unter Druck- und Schubbeanspruchung vorgestellt. Ergebnisse von einachsigen Druck- und Schubversuchen an Wandprüfkörpern lieferten dafür grundlegende mechanische Kennwerte im elastischen Bereich und im nichtelastischen Versagenszustand.Die Testergebnisse zeigten, dass verschiedene Vorlasten keinen wesentlichen Einfluss auf die Schubfestigkeit haben. Außerdem bestätigten die Ergebnisse das spröde Verhalten von Lehmsteinmauerwerk unter einachsiger Druckbelastung und es zeigte sich, dass das Versagen des Lehmsteinmauerwerks unter Scherbelastung entlang der Mörtelfugen erfolgt.
Die experimentellen Ergebnisse wurden verwendet, um das Verhalten von Lehmsteinmauerwerk durch nichtlineare Finite-Elemente-Methoden auf der Basis von Makro- und Mikro-Modellierungsansätzen zu simulieren. Entsprechendes konstitutives Materialverhalten und Zwängungen, die in den Versuchen durch die Art der Lasteinleitung in Form von Stahlprofilen und Stahlschuhen verursacht wurden, wurde in den Modellen berücksichtigt. Es wurde zuerst ein auf der Grundlage der experimentellen Daten kalibriertes Makro-Modell entwickelt, was zu einer brauchbaren Vorhersage des Versagensverhaltens der Mauerwerksprüfkörper führte. Die simulierten Spannungs-Dehnungs-Kurven, berechnet unter einachsiger Druckbelastung, zeigten eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen der geprüften Mauerwerkskörper, sowohl im elastischen als auch im nichtelastischen Bereich. Ein vereinfachter Ansatz, basierend auf der Makro-Modellierung und einem homogenisierten Prüfkörper, kann für die Untersuchung größerer Tragsysteme oder ganzer Gebäude angewendet werden, wobei eine zufriedenstellende Genauigkeit bei geringerem Rechenaufwand erreicht wird. Obwohl das globale Spannungs-Dehnungs-Verhalten zufriedenstellend wiedergegeben wurde, ist ein solches nichtlineares isotropes Kontinuumsmodell für Lehmsteinmauerwerk nicht in vollem Umfang geeignet, um das bei den Versuchen beobachtete Rissbild an den Prüfkörpern zu simulieren.
Eine detailliertere Analyse des mechanischen Verhaltensdes Mauerwerks wurde mit einem Mikro-Modellierungsansatz durchgeführt. Das Modell, in dem ein Wandabschnitt nicht mehr homogenisiert, sondern in konkrete Stein- und Fugenelemente diskretisiert wird, hat sich insbesondere für das Verhalten von Lehmsteinmauerwerk unter Schubbeanspruchung als geeignet erwiesen. Die Auswertung der Spannungsverteilungen bei der nichtlinearen Analyse lieferte Informationen über die tatsächlichen Mechanismen der Lastübertragung zwischen Steinen und Mörtelfugen. Mit dem Mikro-Modell war es möglich, das nichtlineare Verhalten von Lehmsteinmauerwerk vorherzusagen. Es stellt somit ein geeignetes Werkzeug für die Untersuchung der Versagensmechanismen von Lehmsteinmauerwerk dar. Allerdings sind aufgrund der Komplexität des Modells für die Beschreibung der Stein/Mörtel-Schnittstelle und die hohe Anzahl an erforderlichen mechanischen Parametern umfassendere Untersuchungen notwendig. Die zukünftige Forschung wird sich daher einerseits auf die Verfeinerung der numerischen Modelle und andererseits auf die Simulation komplexer Belastungssituationen und Gebäudekomponenten konzentrieren.
An experimental investigation was carried out to study the in-plane shear behaviour of rammed earth structural elements strengthened with polyester fabric strips. The original idea for the retrofitting with polyester fabric strips was to introduce a vertical element for walls in order to take up horizontal loads resulting in a shear response of the building element. It has to be considered that vertical slits into the walls for fixing the strips are points of weakness and have to be mitigated by the adhesive. In this case a base coat mortar was employed. Strengthened elements were tested to exploit the strength potential of earthen materials and to solve its lack of tensile strength, significantly improving not only strength but also ductility. As part of the study results of a testing campaign of unstrengthened structural elements were considered. Strengthened elements were tested in diagonal compression/shear and cyclic shear-compression. A unique reinforcement orientation was used. The results of these tests are presented in this paper and include the load-displacement behaviours, crack patterns, failure modes. The results showed that the reinforcement was the most effective under cyclic shear-compression tests, with increase in load and displacement capacity observed. Under diagonal compression the reinforcement did not likely contribute significantly to the shear resistance, due to a lack of embedment length of the strips.
Industrial byproducts and natural pozzolanas are increasingly being used as supplementary cementitious materials. In the group of natural pozzolanas volcanic ashes are the most prominent. Despite the fact that volcanic pozzolanas were used since Roman times, not much is known about their role in influencing the long term durability of concrete. The paper presents results of the volcanic pozzolana ‘Rhenish trass’, which is quarried in western Germany and its role during an alkali silica reaction (ASR). Field data and laboratory experiments indicate that trass releases alkalis into the pore solution but also changes cement paste chemistry and alkali binding behavior. There seems to be a sensitive balance between alkali release and increase of alkali binding capacity, both mechanisms crucial for the course of an ASR in concrete.
Synergistic multicomponent systems containing melamine poly(metal phosphate)s have been recently proposed as flame retardants. This work focuses on the decomposition pathways, molecular mechanisms and morphology of the fire residues of epoxy resin (EP) flame retarded with melamine poly(zinc phosphate) (MPZnP) to explain the modes of action and synergistic effects with selected synergists (melamine polyphosphate (MPP) and AlO(OH), respectively). The total load of flame retardants was always 20 wt.%. The decomposition pathways were investigated in detail via thermogravimetric Analysis coupled with Fourier transform infrared spectroscopy. The fire residues were investigated via elemental analysis und solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy. The morphology of intumescent fire residues was investigated via micro-computed tomography and scanning electron microscopy.
EP + (MPZnP + MPP) formed a highly voluminous residue that showed structural features of both EP + MPZnP and EP + MPP, resulting in a highly effective protection layer. EP + (MPZnP + AlO(OH)) preserved the entire quantity of phosphorus content during combustion due to the Formation of Zn₂P₂O₇ and AlPO₄.
Melamine poly(metal phosphates) (MPMeP) are halogen-free flame retardants commercialized under the brand Name Safire. Melamine poly(aluminum phosphate) (MPAlP), melamine poly(zinc phosphate) (MPZnP), and melamine poly(Magnesium phosphate) (MPMgP) were compared in an epoxy resin (EP). The thermal decomposition, flammability, burning behavior, and glass transition temperature were investigated using thermogravimetric analysis, pyrolysis combustion flow calorimeter, UL 94 testing, cone calorimeter, and differential scanning calorimetry. While the materials exhibited similarities in their pyrolysis, EP+MPZnP and EP+MPMgP showed better fire behavior than EP+MPAlP due to superior protective properties of the fire residues. Maintaining the 20 wt % loading, MPZnP was combined with various other flame retardants. A synergistic effect was evident for melamine polyphosphate
(MPP), boehmite, and a derivative of 6H-Dibenzo[c,e][1,2]oxaphosphinine-6-oxide. The best overall performance was observed for EP+(MPZnP+MPP) because of the best protection effectiveness of the fire residue. EP +(MPZnP+MPP) achieved V1/V0 in UL 94, and an 80% reduction in the peak heat release rate. This study evaluates the efficiency of MPMeP in EP, alone and in combination with other flame retardants. MPMeP is a suitable flame retardant for epoxy resin, depending on its kind and synergists.
A rigid aromatic phosphorus-containing hyperbranched flame retardant structure is synthesized from 10-(2,5 dihydroxyphenyl)-10H-9-oxa-
10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO-HQ), tris(4-hydroxyphenyl)phosphine oxide (THPPO), and 1,4-terephthaloyl chloride (TPC). The resulting poly-(DOPO-HQ/THPPO-terephthalate) (PDTT) is implemented as a flame retardant into an epoxy resin (EP) at a 10 wt% loading. The effects on EP are compared with those of the monomer DOPO-HQ and triphenylphosphine oxide (OPPh3) as low molar mass flame retardants. The glass transition temperature, thermal decomposition, flammability (reaction to small flame), and burning behavior of the thermosets are investigated using differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, pyrolysis combustion flow calorimetry, UL 94-burning chamber testing, and cone calorimeter measurements.
Although P-contents are low at only 0.6 wt%, the study aims not at attaining V-0, but at presenting a proof of principle: Epoxy resinswith PDTT show promising fire performance, exhibiting a 25% reduction in total heat evolved (THE), a 30% reduction in peak heat release rate (PHRR) due to flame inhibition (21% reduction in effective heat of combustion (EHC)), and an increase in Tg at the same time. This study indicates that rigid aromatic hyperbranched polymeric structures offer a promising route toward multifunctional flame retardancy.