Sanitär- und Kommunaltechnik; Umwelttechnik
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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.
The life span of a building product is a key Parameter when it comes to Life Cycle Assessment (LCA) performance. Nevertheless, many uncertainties affect this parameter due to a lack of long-term performance data. The sensitivity of the LCA outcomes to this parameter has been studied within the framework of the FP7 project H-House (Healthier Life with Eco-innovative Components for Housing Constructions) funded by the European Commission.
The paper Features two comparative studies conducted within the scope of this project: one for new construction and another for renovation. An innovative precast sandwich panel made of Textile Reinforced Concrete (TRC) and Foamed Concrete (FC), used for external walls in new construction, is compared with a steel reinforced concrete (SRC) wall of the same thermal resistance. For renovation, a novel halfsandwich panel made of Ultra-High-Performance-Concrete (UHPC) and Autoclaved Aerated Concrete (AAC) is compared with cladding having the same thermal performance. The Evaluation was conducted using a multi-criteria basis according to the LCA methodology (ISO 14040- 44). In each case, an identical life span for both scenarios leads to the fact that H-House components have a better environmental performance. The ISO 15686 and ist relevant parts have been considered for the estimation of the service life span. The sensitivity analysis shows the link between the impact savings of the innovative walls and the life span of the walls and their components. In particular, it was found that since both scenarios need to fulfil the same service during an identical reference period, and since some maintenance and replacement of materials are necessary over time for standard Solutions compared to the innovative ones, the chosen life span of the components plays a role of utmost importance. The sensitivity analysis discloses the effect of the assumptions on these aspects.
This paper presents the development of ultra-high performance concrete (UHPC) for façade elements with self-cleaning properties. For creating self-cleaning surfaces two different approaches are proposed. One approach is based on the photocatalytic activation of the external UHPC shell by incorporation of TiO2 particles. The second approach consists of the modification of the UHPC surface by micro structuring in combination with the application of hydrophobic agents to create durable super hydrophobicity. In the framework of the H-HOUSE Project funded by the European Commission the experimental investigations were performed with UHPC based on Dyckerhoff Nanodur® technology. The special properties of this material enable the precise reproduction of any micro structure without flaws. The current results obtained from laboratory and outdoor weathering tests are promising and demonstrate the feasibility of the approaches.
The aim of this study was to develop a lightweight composite façade element for refurbishment of existing façades. It was crucial to minimize the thermal bridges and to undercut the thermal requirement of the system existing façade new element. The awareness of the environmental impact of the building sector is increasing. In this context, ultra-high performance concrete (UHPC) materials are shown to be promising alternatives with advantages such as lower embodied energy and reduced environmental impact. Predictions suggest that UHPC composite elements for building envelopes could have other benefits such as an increased service life, optimized use of building area due to thinner elements and minimized maintenance due to the absence of reinforcement or use of non-corrosive reinforcing materials such as carbon fibers. In this framework, composite elements have been developed combining an autoclaved aerated concrete insulation layer with an external UHPC supporting layer. The results show that the lightweight composite element has a good performance in term of thermal transmittance and minimization of thermal bridges.
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.
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.
Die größten Ressourcenverbraucher unserer Zeit sind die Gebäude oder Behausungen des Menschen sowohl in der Phase der Errichtung als auch im Betrieb. Der Gebäudesektor und damit auch die Architektur verbrauchen in Deutschland ca. 50 % der fossilen Energieressourcen und verursachen ca. 60 % des gesamten Müllaufkommens mit dem zugehörigen Bedarf an Ressourcen in der Errichtung. Öl, Stahl und Beton haben uns Glauben gemacht die natürlichen Begebenheiten bei der Gestaltung von Gebäuden wenig beachten zu müssen. Immer neue Techniken zum Betrieb und zur Klimatisierung von Gebäuden waren die Zukunft. Der Klimawandel und die Ressourcenknappheit sind Aufforderungen zur Veränderung. Das Voranschreiten der Reform des Bauwesens hat somit zentrale Bedeutung zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele und um unsere Gesellschaft zukunftsfähig zu machen. Klimaangepasste Architekturkonzepte und die Verwendung von klimaaktiven Naturbaustoffen werden einen wesentlichen Beitrag zum Ressourcenschutz erbringen.
Die Anwendung von modernen Lehmbaustoffen hat in den letzten Jahren überdurchschnittliche Wachstumsraten erreicht. Für Bauherren und Planer ausschlaggebend ist häufig ihr extrem niedriger CO2-Äquivalentkennwert. Entsprechend wurden Lehmplatten in einem Projekt mit Pilotcharakter für den Umbau des alten Abgeordnetenhauses in Bonn zum Gebäude des Klimareferats der Vereinten Nationen verwendet. Bei der Entscheidung für die Bauweise mit Lehmplatten standen vor allem raumklimatische und schallschutztechnische, das heißt gesundheitliche Aspekte, aber auch der Wunsch nach erhöhter Nachhaltigkeit im Vordergrund. Durch das Fehlen einer Norm entstehen im Vergleich zu geregelten Bauprodukten jedoch noch deutliche Wettbewerbsnachteile für Produzenten von Lehmplatten. Planer und Anwender sehen aufgrund fehlender Prüfzertifikate nicht selten von der Anwendung dieser Lehmbaustoffe ab. Wie schon für Lehmsteine und Lehmmörtel sollen deshalb jetzt auch für Lehmplatten an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in dem Projekt StandardBoard Grundlagen für eine Produktnorm geschaffen werden. Darin ist als Projektpartner der Hersteller Conluto beteiligt. Zweck des in Erarbeitung befindlichen Regelwerks ist es, über die Festlegung von Qualitätsanforderungen und Prüfvorschriften die Gebrauchstauglichkeit von Lehmplatten sicherzustellen und somit einerseits Sicherheit für Planer und Anwender und andererseits Vergleichbarkeit und damit Konkurrenzfähigkeit zu konventionellen Plattenprodukten für gleiche Einbaubereiche zu erreichen. Darüber hinaus stellt sie ein Instrument dar, um die besonderen ökologischen und bauphysikalischen Eigenschaften der Lehmbaustoffe hervorzuheben. Die Erarbeitung des Regelwerks erfolgt in enger Abstimmung mit dem Dachverband Lehm e. V. (DVL).
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.
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.
Earth, timber, fibre boards and insulation materials based on wooden and other natural fibres offer a variety of properties beneficial for eco innovative constructions that are able to improve the energy and resource efficiency of buildings.
Due to their porosity, natural building materials are vapour active and are able to buffer moisture. In combination with highly insulated and airtight but vapour permeable building envelopes, modern earth-timber constructions provide stable indoor humidity levels and can therefore be naturally ventilated while achieving highest energy efficiency standards. Experimental evidence suggests that monitored pilot buildings in Berlin do show healthy indoor air humidity levels (around 50%) in wintertime, while mechanically ventilated buildings demonstrate significantly lower values (around 25%), which have to be considered as uncomfortable and unhealthy.
The application of building materials being poor in chemical emissions, particularly volatile organic compounds (VOC) and radon, improves the indoor air quality further, so that intermittent ventilation twice a day will be sufficient to provide healthy indoor air quality. The air quality in critical rooms (e.g. small bedrooms), demonstrating a smaller air volume, should be monitored if appropriate ratios of room size to occupancy level cannot be realised.
Through night time ventilation in summer, vapour active earth-timber constructions provide evaporative cooling (humidity adsorption at night time and desorption during the day). As a result, indoor temperatures of earth-timber buildings range around 8 °C below the outside temperature peak, when an appropriate glazing ratio is reflected. The EU funded research project H-house is investigating various construction materials regarding water vapour adsorption as well as emission and absorption of harmful substances. Based on this investigation new wall constructions are designed to provide a healthier indoor environment.
This paper presents an innovative way to combine an external ultra-high performance concrete (UHPC) supporting layer with an insulation layer of autoclaved aerated concrete (AAC) or cellular lightweight concrete (CLC) to create light-weight façade elements, which are improved in functionality and in energy efficiency. The durability of the façade elements is improved by developing UHPC with self-cleaning properties. One approach is based on the photocatalytic activation of the external UHPC shell by incorporation of TiO2 particles. The second approach consists of the modification of the UHPC surface by micro structuring in combination with the application of water-repellent agents to create durable super hydrophobicity. The current results obtained from laboratory testing are promising and demonstrate the feasibility of the approaches.