@phdthesis{Ehrhardt,
  author    = {Ehrhardt, Dirk},
  title     = {ZUM EINFLUSS DER NACHBEHANDLUNG AUF DIE GEF{\"U}GEAUSBILDUNG UND DEN FROST-TAUMITTELWIDERSTAND DER BETONRANDZONE},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3688},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20171120-36889},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {235},
  abstract  = {Die Festigkeitsentwicklung des Zementbetons basiert auf der chemischen Reaktion des Zementes mit dem Anmachwasser. Durch Nachbehandlungsmaßnahmen muss daf{\"u}r gesorgt werden, dass dem Zement gen{\"u}gend Wasser f{\"u}r seine Reaktion zur Verf{\"u}gung steht, da sonst ein Beton mit minderer Qualit{\"a}t entsteht. Die vorliegende Arbeit behandelt die grunds{\"a}tzlichen Fragen der Betonnachbehandlung bei Anwendung von Straßenbetonen. Im Speziellen wird die Frage des erforderlichen Nachbehandlungsbedarfs von h{\"u}ttensandhaltigen Kompositzementen betrachtet. Die Wirkung der Nachbehandlung wird anhand des erreichten Frost-Tausalz-Widerstandes und der Gef{\"u}geausbildung in der unmittelbaren Betonrandzone bewertet. Der Fokus der Untersuchungen lag auf abgezogenen Betonoberfl{\"a}chen. Es wurde ein Modell zur Austrocknung des jungen Betons erarbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass in einer fr{\"u}hen Austrocknung (Kapillarphase) keine kritische Austrocknung der Betonrandzone einsetzt, sondern der Beton ann{\"a}hrend gleichm{\"a}ßig {\"u}ber die H{\"o}he austrocknet. Es wurde ein Nomogramm entwickelt, mit dem die Dauer der Kapillarphase in Abh{\"a}ngigkeit der Witterung f{\"u}r Straßenbetone abgesch{\"a}tzt werden kann. Eine kritische Austrocknung der wichtigen Randzone setzt nach Ende der Kapillarphase ein. F{\"u}r Betone unter Verwendung von Zementen mit langsamer Festigkeitsentwicklung ist die Austrocknung der Randzone nach Ende der Kapillarphase besonders ausgepr{\"a}gt. Im Ergebnis zeigen diese Betone dann einen geringen Frost-Tausalz-Widerstand. Mit Zementen, die eine 2d-Zementdruckfestigkeit ≥ 23,0 N/mm² aufweisen, wurde unabh{\"a}ngig von der Zementart (CEM I oder CEM II/B-S) auch dann ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand erreicht, wenn keine oder eine schlechtere Nachbehandlung angewendet wurde. F{\"u}r die Praxis ergibt sich damit eine einfache M{\"o}glichkeit der Vorauswahl von geeigneten Zementen f{\"u}r den Verkehrsfl{\"a}chenbau. Betone, die unter Verwendung von Zementen mit langsamere Festigkeitsentwicklung hergestellt werden, erreichen einen hohen Frost-Tausalz-Widerstand nur mit einer geeigneten Nachbehandlung. Die Anwendung von fl{\"u}ssigen Nachbehandlungsmitteln (NBM gem{\"a}ß TL NBM-StB) erreicht eine {\"a}hnliche Wirksamkeit wie eine 5 t{\"a}gige Feuchtnachbehandlung. Voraussetzung f{\"u}r die Wirksamkeit der NBM ist, dass sie auf eine Betonoberfl{\"a}che ohne sichtbaren Feuchtigkeitsfilm (feuchter Glanz) aufgespr{\"u}ht werden. Besonders wichtig ist die Beachtung des richtigen Auftragszeitpunktes bei k{\"u}hler Witterung, da hier aufgrund der verlangsamten Zementreaktion der Beton l{\"a}nger Anmachwasser abst{\"o}ßt. Ein zu fr{\"u}her Auftrag des Nachbehandlungsmittels f{\"u}hrt zu einer Verschlechterung der Qualit{\"a}t der Betonrandzone. Durch Bereitstellung hydratationsabh{\"a}ngiger Transportkenngr{\"o}ßen (Feuchtetransport im Beton) konnten numerische Berechnungen zum Zusammenspiel zwischen der Austrocknung, der Nachbehandlung und der Gef{\"u}geentwicklung durchgef{\"u}hrt werden. Mit dem erstellten Berechnungsmodell wurden Parameterstudien durchgef{\"u}hrt. Die Berechnungen best{\"a}tigen die wesentlichen Erkenntnisse der Laboruntersuchungen. Dar{\"u}ber hinaus l{\"a}sst sich mit dem Berechnungsmodell zeigen, dass gerade bei langsam reagierenden Zementen und k{\"u}hler Witterung ohne eine Nachbehandlung eine sehr d{\"u}nne Randzone (ca. 500 µm - 1000 µm) mit stark erh{\"o}hter Kapillarporosit{\"a}t entsteht.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mueller,
  author    = {M{\"u}ller, Matthias},
  title     = {Frost-Tausalz-Angriff auf Beton - Neue Erkenntnisse zum Schadensmechanismus},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4502},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20210922-45025},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {226},
  abstract  = {F{\"u}r die Verminderung der betonspezifischen CO2-Emissionen wird ein verst{\"a}rkter Einsatz klinkerreduzierter Zemente bzw. Betone angestrebt. Die Reduzierung des Klinkergehaltes darf jedoch nicht zu einer lebensdauerrelevanten Beeintr{\"a}chtigung der Betondauerhaftigkeit f{\"u}hren. In diesem Zusammenhang stellt der Frost-Tausalz-Widerstand eine kritische Gr{\"o}ße dar, da er bei h{\"o}heren Klinkersubstitutionsraten h{\"a}ufig negativ beeinflusst wird. Erschwerend kommt hinzu, dass f{\"u}r klinkerreduzierte Betone nur ein unzureichender Erfahrungsschatz vorliegt. Ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand kann daher nicht ausschließlich anhand deskriptiver Vorgaben gew{\"a}hrleistet werden. Demgem{\"a}ß sollte perspektivisch auch f{\"u}r frost-tausalzbeanspruchte Bauteile eine performancebasierte Lebensdauerbetrachtung erfolgen. Eine unverzichtbare Grundlage f{\"u}r das Erreichen dieser Ziele ist ein Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Schadensvorg{\"a}nge beim Frost-Tausalz-Angriff. Der Forschungsstand ist jedoch gepr{\"a}gt von widerspr{\"u}chlichen Schadenstheorien. Somit wurde als Zielstellung f{\"u}r diese Arbeit abgeleitet, die existierenden Schadenstheorien unter Ber{\"u}cksichtigung des aktuellen Wissensstandes zu bewerten und mit eigenen Untersuchungen zu pr{\"u}fen und einzuordnen. Die Sichtung des Forschungsstandes zeigte, dass nur zwei Theorien das Potential haben, den Frost-Tausalz-Angriff umfassend abzubilden - die Glue Spall Theorie und die Cryogenic Suction Theorie. Die Glue Spall Theorie f{\"u}hrt die Entstehung von Abwitterungen auf die mechanische Sch{\"a}digung der Betonoberfl{\"a}che durch eine anhaftende Eisschicht zur{\"u}ck. Dabei sollen nur bei moderaten Tausalzkonzentrationen in der einwirkenden L{\"o}sung kritische Spannungszust{\"a}nde in der Eisschicht auftreten, die eine Sch{\"a}digung der Betonoberfl{\"a}che hervorrufen k{\"o}nnen. In dieser Arbeit konnte jedoch nachgewiesen werden, dass starke Abwitterungen auch bei Tausalz¬konzentrationen auftreten, bei denen eine mechanische Sch{\"a}digung des Betons durch das Eis auszuschließen ist. Damit wurde die fehlende Eignung der Glue Spall Theorie aufgezeigt. Die Cryogenic Suction Theorie fußt auf den eutektischen Eigenschaften von Tausalz-l{\"o}sungen, die im gefrorenen Zustand immer als Mischung auf festem Wassereis und fl{\"u}ssiger, hochkonzentrierter Salzl{\"o}sung bestehen, solange ihre Eutektikumstemperatur nicht unter¬schritten wird. Die fl{\"u}ssige Phase im salzhaltigen Eis stellt f{\"u}r gefrorenen Beton ein bisher nicht ber{\"u}cksichtigtes Fl{\"u}ssigkeitsreservoir dar, welches trotz der hohen Salzkonzentration die Eisbildung in der Betonrandzone verst{\"a}rken und so die Entstehung von Abwitterungen verursachen soll. In dieser Arbeit wurde best{\"a}tigt, dass die Eisbildung im Zementstein beim Gefrieren in hochkonzentrierter Tausalzl{\"o}sung tats{\"a}chlich verst{\"a}rkt wird. Das Ausmaß der zus{\"a}tzlichen Eisbildung wurde dabei auch von der F{\"a}higkeit des Zementsteins zur Bindung von Chloridionen aus der Tausalzl{\"o}sung beeinflusst. Zusammenfassend wurde festgestellt, dass die Cryogenic Suction Theorie eine gute Beschreibung des Frost-Tausalz-Angriffes darstellt, aber um weitere Aspekte erg{\"a}nzt werden muss. Die Ber{\"u}cksichtigung der intensiven S{\"a}ttigung von Beton durch den Prozess der Mikroeislinsenpumpe stellt hier die wichtigste Erweiterung dar. Basierend auf dieser {\"U}berlegung wurde eine kombinierte Schadenstheorie aufgestellt. Wichtige Annahmen dieser Theorie konnten experimentell best{\"a}tigt werden. Im Ergebnis wurde so die Grundlage f{\"u}r ein tiefergehendes Verst{\"a}ndnis des Frost-Tausalz-Angriffes geschaffen. Zudem wurde ein neuer Ansatz identifiziert, um die (potentielle) Verringerung des Frost-Tausalz-Widerstandes klinkerreduzierter Betone zu erkl{\"a}ren.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mueller,
  author    = {M{\"u}ller, Matthias},
  title     = {Salt-frost Attack on Concrete - New Findings regarding the Damage Mechanism},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4868},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20230103-48681},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {The reduction of the cement clinker content is an important prerequisite for the improvement of the CO2-footprint of concrete. Nevertheless, the durability of such concretes must be sufficient to guarantee a satisfactory service life of structures. Salt frost scaling resistance is a critical factor in this regard, as it is often diminished at increased clinker substitution rates. Furthermore, only insufficient long-term experience for such concretes exists. A high salt frost scaling resistance thus cannot be achieved by applying only descriptive criteria, such as the concrete composition. It is therefore to be expected, that in the long term a performance based service life prediction will replace the descriptive concept. To achieve the important goal of clinker reduction for concretes also in cold and temperate climates it is important to understand the underlying mechanisms for salt frost scaling. However, conflicting damage theories dominate the current State of the Art. It was consequently derived as the goal of this thesis to evaluate existing damage theories and to examine them experimentally. It was found that only two theories have the potential to describe the salt frost attack satisfactorily - the glue spall theory and the cryogenic suction theory. The glue spall theory attributes the surface scaling to the interaction of an external ice layer with the concrete surface. Only when moderate amounts of deicing salt are present in the test solution the resulting mechanical properties of the ice can cause scaling. However, the results in this thesis indicate that severe scaling also occurs at deicing salt levels, at which the ice is much too soft to damage concrete. Thus, the inability of the glue spall theory to account for all aspects of salt frost scaling was shown. The cryogenic suction theory is based on the eutectic behavior of salt solutions, which consist of two phases - water ice and liquid brine - between the freezing point and the eutectic temperature. The liquid brine acts as an additional moisture reservoir, which facilitates the growth of ice lenses in the surface layer of the concrete. The experiments in this thesis confirmed, that the ice formation in hardened cement paste increases due to the suction of brine at sub-zero temperatures. The extent of additional ice formation was influenced mainly by the porosity and by the chloride binding capacity of the hardened cement paste. Consequently, the cryogenic suction theory plausibly describes the actual generation of scaling, but it has to be expanded by some crucial aspects to represent the salt frost scaling attack completely. The most important aspect is the intensive saturation process, which is ascribed to the so-called micro ice lens pump. Therefore a combined damage theory was proposed, which considers multiple saturation processes. Important aspects of this combined theory were confirmed experimentally. As a result, the combined damage theory constitutes a good basis to understand the salt frost scaling attack on concrete on a fundamental level. Furthermore, a new approach was identified, to account for the reduced salt frost scaling resistance of concretes with reduced clinker content.},
  subject      = {Beton},
  language  = {en}
}
@article{Hanna,
  author    = {Hanna, John},
  title     = {Computational Modelling for the Effects of Capsular Clustering on Fracture of Encapsulation-Based Self-Healing Concrete Using XFEM and Cohesive Surface Technique},
  series = {Applied Sciences},
  volume    = {2022},
  journal   = {Applied Sciences},
  number    = {Volume 12, issue 10, article 5112},
  publisher = {MDPI},
  address   = {Basel},
  doi       = {10.3390/app12105112},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220721-46717},
  pages     = {1 -- 17},
  abstract  = {The fracture of microcapsules is an important issue to release the healing agent for healing the cracks in encapsulation-based self-healing concrete. The capsular clustering generated from the concrete mixing process is considered one of the critical factors in the fracture mechanism. Since there is a lack of studies in the literature regarding this issue, the design of self-healing concrete cannot be made without an appropriate modelling strategy. In this paper, the effects of microcapsule size and clustering on the fractured microcapsules are studied computationally. A simple 2D computational modelling approach is developed based on the eXtended Finite Element Method (XFEM) and cohesive surface technique. The proposed model shows that the microcapsule size and clustering have significant roles in governing the load-carrying capacity and the crack propagation pattern and determines whether the microcapsule will be fractured or debonded from the concrete matrix. The higher the microcapsule circumferential contact length, the higher the load-carrying capacity. When it is lower than 25\% of the microcapsule circumference, it will result in a greater possibility for the debonding of the microcapsule from the concrete. The greater the core/shell ratio (smaller shell thickness), the greater the likelihood of microcapsules being fractured.},
  subject      = {Beton},
  language  = {en}
}