Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Filtern
Erscheinungsjahr
Dokumenttyp
- Beitrag zu einem Tagungsband (7)
- Zeitschriftenartikel (3)
- Posterpräsentation (2)
- Buchkapitel (1)
- Forschungsbericht (1)
Schlagworte
- Blended cement (2)
- Cultural heritage (2)
- Earth masonry (2)
- Einzelfaserdurchzugsversuch (2)
- Fasermodifikation (2)
- Fibres (2)
- Grenzflächenaktive Verbindung (2)
- Impregnation (2)
- Lichtmikroskopie (2)
- Material test (2)
Organisationseinheit der BAM
- 7 Bauwerkssicherheit (5)
- 7.1 Baustoffe (5)
Die geringe Zugfestigkeit von zementgebundenen Materialien kann durch die Zugabe von Fasern maßgeblich verbessert werden. Ziel eines gemeinsamen Verbundprojekts mit einem Industriepartner war die Erhöhung der Leistungsfähigkeit von kurzen Polymer- und Carbonfasern durch eine Verbesserung des Verbundes zwischen Faseroberfläche und Zementsteinmatrix.
Von der IONYS AG wurde dazu eine spezielle Funktionalisierung entwickelt, die über eine Hydrophilisierung der Faseroberfläche eine chemische Anbindung an die Zementsteinmatrix gewährleistet. Aufgabe der BAM war es, die Effizienz der neuen Beschichtung bezüglich der Erhöhung der Nachrissbiegezugfestigkeit und der Reduzierung der Schwindrissbildung während der Erhärtungsphase zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Funktionalisierung die Neigung zur Schwindrissbildung für die Carbonfasern und in noch stärkerem Maße für die Polymerfasern reduziert.
Eine Erhöhung der Nachrissbiegezugfestigkeit konnte dagegen nur für die deutlich steiferen Carbonfasern nachgewiesen werden.
The low tensile strength of cement-based materials can be improved by the addition of fibres. In a joint research project, an industrial partner designed special coatings for polymer and carbon fibres by integrating surfactants and hydrophilic compounds. Aim of the developed functionalization was to ensure an even coverage of the fibre surfaces and to anchor them chemically in the cement-based matrix. Task of the BAM was to quantify the effect of the improved bond. In a first step a workable mortar adjusted to the strength of the tested fibres was developed and the fibre distribution assessed by light microscopy and computed tomography. To test the new coating for its efficiency to prevent cracking during hardening and to improve the loadbearing behaviour new test setups were developed or existing methods were adjusted.
The experiments showed that the functionalization leads to a reduction of the crack area measured after the exposure of the wet mortar to strong drying conditions in the wind channel. Regarding the Efficiency to mitigate shrinkage cracks the functionalisation turned out to be more efficient for fibres made from polyacrylonitrile (PAN) than for carbon fibres. An improvement of the tensile strength after cracking of the cementitious matrix could only be documented for the coated carbon fibres. It could be quantified, however, only in the three-point bending tests because the fibres turned out to be too brittle for the applied single fibre pull-through test.
Im Gegensatz zur Druckfestigkeit weisen zementgebundene Werkstoffe i. a. nur geringe Zugfestigkeiten auf. Ein Weg, Zugfestigkeiten zementgebundener Werkstoffe zu erhöhen und Rissbildung aufgrund von Zugspannungen zu verringern, besteht in der Einarbeitung von Fasern, die diese Spannungen aufnehmen. Häufig eingesetzt werden Stahlfasern, obwohl synthetische Polymerfasern leichter und meist beständiger gegenüber chemischen Angriffen und Korrosion sind. Die Polymerfasern zeigen allerdings meist einen deutlich schwächeren Haftverbund, was an der hydrophoben Faseroberfläche liegt. Um nun eine Anbindung der Fasern an die mineralische Matrix zu erreichen, müssen die Faseroberflächen modifiziert werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Eine Herausforderung besteht somit in einer Oberflächenmodifikation durch eine schonende Behandlung der Fasern zur Erzeugung von anbindungsfähigen Gruppen. Durch eine Behandlung von modifizierten Fasern mit geeigneten Polymerlösungen werden die Oberflächeneigenschaften verändert und erlauben eine Anbindung an die Zementsteinmatrix. Der Einsatz von Tensiden als grenzflächenaktive Verbindungen ermöglicht in diesem Zusammenhang eine Vermittlung zwischen Polymeroberflächen und mineralischen Werkstoffen.
Im Gegensatz zur Druckfestigkeit weisen zementgebundene Werkstoffe i. a. nur geringe Zugfestigkeiten auf. Ein Weg, Zugfestigkeiten zementgebundener Werkstoffe zu erhöhen und Rissbildung aufgrund von Zugspannungen zu verringern, besteht in der Einarbeitung von Fasern, die diese Spannungen aufnehmen. Häufig eingesetzt werden Stahlfasern, obwohl synthetische Polymerfasern leichter und meist beständiger gegenüber chemischen Angriffen und Korrosion sind. Die Polymerfasern zeigen allerdings meist einen deutlich schwächeren Haftverbund, was an der hydrophoben Faseroberfläche liegt. Um nun eine Anbindung der Fasern an die mineralische Matrix zu erreichen, müssen die Faseroberflächen modifiziert werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Eine Herausforderung besteht somit in einer Oberflächenmodifikation durch eine schonende Behandlung der Fasern zur Erzeugung von anbindungsfähigen Gruppen.
Durch eine Behandlung von modifizierten Fasern mit geeigneten Polymerlösungen werden die Oberflächeneigenschaften verändert und erlauben eine Anbindung an die Zementsteinmatrix. Der Einsatz von Tensiden als grenzflächenaktive Verbindungen ermöglicht in diesem Zusammenhang eine Vermittlung zwischen Polymeroberflächen und mineralischen Werkstoffen.
Die Probenpräparation ist ein Teil im Prozess der Baustoffuntersuchung und muss dementsprechend sorgfältig geplant werden. Die Probenpräparation ist letztendlich der Grundstein für alle folgenden Untersuchungen, somit wirken sich alle hier getroffenen Entscheidungen direkt auf die Qualität der Ergebnisse aus.
This study assesses the structural vulnerability of part of a later medieval earthen building at
Ambel (near Zaragoza, Spain), once a preceptory or monastic house belonging to the Military
Orders. An inspection of its morphology and materials coupled with the results of an extensive
campaign of static monitoring reveals marked structural inhomogeneities, the product of more
than a thousand years of construction, failure, and repair from the 10th century to the present
day. Building materials are inappropriately juxtaposed, there are discontinuities between construction
phases and fundamental concerns remain over the long-term stability of the structure.
The current condition of the structure is mainly influenced by structural discontinuities introduced
at the time of construction, the unintended consequences of repair and modification and the
material decay that has affected the base of the rammed earth walls. The overall findings of the
static monitoring show that there is no related damage, variations in crack widths are related to
the building seasonal cycle. While static analysis is an essential prerequisite before a suitable
maintenance program can be fully defined, this study argues that no evaluation of the structural
behavior of any historic building can afford to ignore its archaeological “biography” of modification
and repair.
This study presents diagnostic techniques to assess the structural vulnerability of earthen buildings. Medieval structures at Ambel (near Zaragoza, Spain), once a preceptory or monastic house belonging to the Military Orders, provide a useful case study. After more than a thousand years of construction, failure and repair from the 10th century to the present day, Ambel preceptory today is characterised by marked inhomogeneities: construction materials and structural typologies are juxtaposed, with structural discontinuities at the interfaces between construction phases. This paper argues that, while static analysis is an essential prerequisite before a suitable maintenance program can be defined, no evaluation of the structural behaviour of any historic building can ignore an understanding of the building’s history.
Concrete is the most applied building material in modern times. It is present in all kinds of structures and no other material secms to rcplace concrete as the most selected building material in the near future. The prime advantages are the high performance, the easy production and a facile processability. The sustainability and durability are important requirements to concrete. Even if concrete is significantly less susceptible against factors promoting a damage, compared to other materials, there are still mechanisms affecting it. In particular, high-ways and hydraulic structures made of concrete worldwide show cases of alkali-silica reaction (ASR) damages. This article refers to experience at BAM Federal InstituteforMaterials Research and Testing for several decades to ASR research and darnage assessment. ASR is a severe darnage mechanism that can occur in concrete, when certain conditions related to composition and cxposition arise in a critical combination. The chemical reaction is based on the alkalis and the silica in the concrete and was first identified by Stanton in highway structures in California (Stanton, 1940). Actually three components are needed to initiate ASR: alkali-sensitive siliceous aggregates, alkalis coming from internal (cement or other components) or external sources (de-icing salt or sea water) and water. If all of these components are sufficiently present an alkali-silica gel could be formed (Hobbs, 1988). This gel itself needs additional space when it is formed. Furthermore it is able to swell in the presence of humidity, both processes generating an expansion pressure inside the concrete. As a consequence of intensive expansion, cracks can occur, which significantly lowers thc strength of the material. Parameters like amount and chemical composition of the gel as weil as the pattern and width of cracks can help to classify the ASR darnage (Swamy, 1992). The objective of this article is to demoostrate the microscopic work on ASR affected concrete samples, carried out to assess the damaging process or to evaluate various alkali-sensitive aggregates. It will explain the approach of ASR investigation from the macroscale to microscale, starting briefly with the condition assessment, over treatment and investigations of samples in the laboratory, to the use of different microscopical and analytical techniques. In the main part the characteristic features for identifying ASR in concrete are presented by using microscopic images. Especially the emphasis lies on the role of the aggregate.
The paper presents the results of a study dealing with the performance of water repellents on hardened blended cement pastes. Since on the European market Portland cement does not play the dominant role anymore and due to the new national and European policies concerning Greenhouse Gases and sustainability, cement manufacturers produce more and more blended cements (CEM IICEM V). Nevertheless, the majority of experience concerning the efficacy of water repellents is gained from Portland cement; therefore knowledge in regard to the interactions of blended cement with water repellent agent is minimal. Two silane-based products were applied on 'fresh' and carbonated cement substrates containing limestone, fly ash, slag and trass, and were investigated in terms of their functionality. The evaluation of the treatments' performance and effectiveness were assessed using various laboratory measurements. Hydrophobicity, water absorption, colour changes and the penetration depth of silanes into the substrate were evaluated before and after artificial aging experiments. Moreover, the outdoor weathering test was performed to shed light on treated surface appearance in a 'real' outdoor environment. The results showed that surface wettability was independent on water ingress or colour variations, especially for cement specimens artificially aged by accelerated carbonation. Cement pastes containing slag and trass seemed to more distinctly affect the water repellents' surface performance.
Structural performances of earthen building materials. A comparison between different typologies
(2011)
Traditional construction techniques utilizing earthen materials are often seen as inferior compared to modern ways of building. Structural earthen elements are perceived as vulnerable towards environmental influences (moisture, frost) and in particular towards the load scenarios during earthquakes. In comparison to the recent advances in research on stone and brick masonry, knowledge on the structural performance of earthen building construction is limited and scattered. Consequently the confidence in the performance of these earthen buildings constructed in the traditional techniques during earthquakes is fairly low. The research presented here aims to make a comparison of mechanical behavior between different earth masonry material typologies, consisting of earth block masonry, rammed earth and cob. The paper has been developed in the framework of a larger research program called NIKER. BAM and other seventeen research partners from the Mediterrean area are jointly involved to develop and validate innovative materials and technologies for the systemic improvement of the seismic behavior of Cultural Heritage assets
The paper has been developed in the framework of a larger EC‐research program called NIKER, in which BAM and other seventeen research partners from the Mediterrean area are jointly involved. It aims to develop and validate innovative materials and technologies for the systemic improvement of the seismic behavior of Cultural Heritage assets. The death tolls brought about by recent catastrophes in
developing countries where many inhabitants lived in earthen dwellings (Gujarat, India 2001, Bam, Iran 2003 and Concepción, Chile 2010 Earthquakes, Tamil Nadu 2004 Tsunami) have brought about research studies aimed at improving earth construction in terms of strength, seismic resistance and speed of construction.
In comparison to the recent advances in research on stone and brick masonry, knowledge on the material properties and failure mechanisms of earthen Building construction is limited and scattered.
The research presented here by aims making a comparison of mechanical behaviour between different earth masonry material typologies, consisting of earth block masonry, rammed earth and cob.
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.
Das Ziel des Forschungsvorhabens „Zerstörungsfreie Ortung von Gefügestörungen in Betonbodenplatten“ bestand in der Entwicklung eines Untersuchungskonzepts zur sicheren Ortung und Erfassung von Gefügestörungen in einseitig zugänglichen Betonplatten durch den kombinierten Einsatz verschiedener zerstörungsfreier Prüfverfahren. Hierfür wurde die Leistungsfähigkeit der folgenden Messverfahren hinsichtlich ihrer Aussageschärfe, Anwendungsgrenzen und Messgeschwindigkeit bei praxisnahen Randbedingungen untersucht:
- Impakt-Echo, manuelle Impaktauslösung
- Impakt-Echo, automatisierte Impaktauslösung
- Ultraschall-Echo mit multistatischem Array
- Impuls-Thermografie
- Radar
Als Versuchskörper dienten sechs liegend hergestellte Betonplatten der Abmessungen 200/200/30 cm aus zwei verschiedenen Betongüten und mit unterschiedlichem Bewehrungsgehalt (Bewehrungsgrade 0 %, 0 ,9 %, 2 ,6 %), von denen vier Platten auf trockenem und zwei Platten auf ständig nass gehaltenem Sand gelagert waren. Alle sechs Platten enthielten jeweils dieselben künstlich eingebrachten Fehlstellen: vier quadratische Kiesnester in unterschiedlicher Tiefe mit Kantenlängen zwischen 10 und 15 cm sowie drei oberflächennahe Hohlstellen (Ø 4/6/8 cm). Zur Erfassung eines möglichen Einflusses des Betonalters wurden die Messungen 4 Tage, 28 Tage sowie 180 Tage nach Herstellung der Platten durchgeführt.
Um aus den Untersuchungen einen breiten Nutzen für die Praxis zu erzielen, basierten die eingesetzten Messverfahren auf handelsüblichen Geräten, welche jedoch bezüglich ihres Messprinzips und insbesondere der Datenerfassung und -auswertung weiterentwickelt wurden. Die Fehlstellengröße wurde bewusst klein gewählt.
Mit Ausnahme des manuellen Impakt-Echo-Verfahrens, mit welchem unter Verwendung der Originalsoftware des Herstellers keine Fehlstellen nachweisbar waren, zeigten sich alle Messverfahren geeignet, unter verschiedenen Randbedingungen Gefügestörungen zu lokalisieren. Insgesamt wurde jeder Fehlstellentyp von zumindest einem Verfahren bei mindestens zwei Versuchskörpern detektiert. Es konnten jedoch an keiner Betonplatte mit einem einzelnen Messverfahren alle vorhandenen Fehlstellen an allen Messterminen geortet werden.
Am häufigsten wurden die beiden großen oberflächennahen Fehlstellen (Hohlstelle Ø 8 cm, Kiesnest 10 cm) erkannt. Am schwersten zu lokalisieren waren die kleine Hohlstelle mit 4 cm Durchmesser sowie die beiden auf der Unterseite gelegenen Kiesnester.
Die Untersuchungen zeigen, dass für eine erfolgreiche Anwendung zerstörungsfreier Messverfahren in der Praxis die Auswahl des am besten geeigneten Verfahrens bzw. einer Kombination verschiedener Verfahren jeweils auf die vorliegende Problemstellung abgestimmt sein muss.
Für Betonbodenplatten mit hohem Feuchtegehalt (junger Beton) oder starker Bewehrung ist entweder das Ultraschall- oder das Impakt-Echo-Verfahren geeignet. Das Ultraschall-Verfahren wird von hohen Bewehrungsgehalten zwar stärker beeinflusst als das Impakt-Echo-Verfahren, besitzt aber eine bessere Auflösung und ermöglicht auch im oberflächennahen Bereich eine quantitative Bestimmung der Fehlstellentiefe. Das Impakt-Echo-Verfahren kann wegen der niederfrequenten Impulsanregung Fehlstellen erst in größeren Tiefen und mit schlechterer Auflösung nachweisen, ist aber ideal geeignet zur Bestimmung der Plattendicke aufgrund seines signifikanten Rückwandechos. Sowohl das Radar-Verfahren als auch die Impuls-Thermografie können bei hohen Feuchte- und Bewehrungsgehalten nur sehr oberflächennah eingesetzt werden.
Bei trockenem Beton und geringen bis mittleren Bewehrungsgehalten liefert das Radar-Verfahren sehr gute Ergebnisse. In kurzer Zeit ermöglicht es eine flächendeckende Ortung der Tiefenlage und Größe von Inhomogenitäten bei guter Auflösungsgenauigkeit. Vorhandene Bewehrung wird deutlich abgebildet, kann aber darunterliegende Fehlstellen verschatten. Alternativ kann die Impuls-Thermografie für die Ortung oberflächennaher Gefügestörungen eingesetzt werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere bei Oberflächen, die nicht direkt zugänglich sind, da zwischen Infrarotkamera und Messobjekt nur Sichtkontakt bestehen muss.
Die Betongüte hatte bei keinem eingesetzten Verfahren einen erkennbaren Einfluss auf die Messergebnisse. Streng genommen ist dies jedoch nur für den Einfluss des Wasserzementwertes, der Zementart und des Zementgehalts bei gleichbleibender Sieblinie und gleicher Kornart gültig. Bei Verwendung von Leichtzuschlag sind abweichende Ergebnisse denkbar.
In der BAM wurde als Gemeinschaftsvorhaben der Fachgruppe „Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren“ ein rechnergesteuerter Messabtaster für Bauwerksteile (Baustellenscanner) entwickelt. Es handelt sich um ein auf Schienen verfahrbares modulares System mit einem multifunktionalen Messkopf für mehrere zerstörungsfreie Prüfverfahren. Mit dem Baustellenscanner können Objekte wie Brücken oder Fundamentplatten schneller und genauer als bisher bei gleichzeitig reduziertem Personalaufwand untersucht werden.