@inproceedings{HaefnerEckardtKoenke2003,
  author    = {H{\"a}fner, Stefan and Eckardt, Stefan and K{\"o}nke, Carsten},
  title     = {A geometrical inclusion-matrix model for the finite element analysis of concrete at multiple scales},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.301},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20111215-3018},
  year      = {2003},
  abstract  = {This paper introduces a method to generate adequate inclusion-matrix geometries of concrete in two and three dimensions, which are independent of any specific numerical discretization. The article starts with an analysis on shapes of natural aggregates and discusses corresponding mathematical realizations. As a first prototype a two-dimensional generation of a mesoscale model is introduced. Particle size distribution functions are analysed and prepared for simulating an adequate three-dimensional representation of the aggregates within a concrete structure. A sample geometry of a three-dimensional test cube is generated and the finite element analysis of its heterogeneous geometry by a uniform mesh is presented. Concluding, aspects of a multiscale analysis are discussed and possible enhancements are proposed.},
  subject      = {Beton},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Eckardt2009,
  author    = {Eckardt, Stefan},
  title     = {Adaptive heterogeneous multiscale models for the nonlinear simulation of concrete},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1416},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20100317-15023},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2009},
  abstract  = {The nonlinear behavior of concrete can be attributed to the propagation of microcracks within the heterogeneous internal material structure. In this thesis, a mesoscale model is developed which allows for the explicit simulation of these microcracks. Consequently, the actual physical phenomena causing the complex nonlinear macroscopic behavior of concrete can be represented using rather simple material formulations. On the mesoscale, the numerical model explicitly resolves the components of the internal material structure. For concrete, a three-phase model consisting of aggregates, mortar matrix and interfacial transition zone is proposed. Based on prescribed grading curves, an efficient algorithm for the generation of three-dimensional aggregate distributions using ellipsoids is presented. In the numerical model, tensile failure of the mortar matrix is described using a continuum damage approach. In order to reduce spurious mesh sensitivities, introduced by the softening behavior of the matrix material, nonlocal integral-type material formulations are applied. The propagation of cracks at the interface between aggregates and mortar matrix is represented in a discrete way using a cohesive crack approach. The iterative solution procedure is stabilized using a new path following constraint within the framework of load-displacement-constraint methods which allows for an efficient representation of snap-back phenomena. In several examples, the influence of the randomly generated heterogeneous material structure on the stochastic scatter of the results is analyzed. Furthermore, the ability of mesoscale models to represent size effects is investigated. Mesoscale simulations require the discretization of the internal material structure. Compared to simulations on the macroscale, the numerical effort and the memory demand increases dramatically. Due to the complexity of the numerical model, mesoscale simulations are, in general, limited to small specimens. In this thesis, an adaptive heterogeneous multiscale approach is presented which allows for the incorporation of mesoscale models within nonlinear simulations of concrete structures. In heterogeneous multiscale models, only critical regions, i.e. regions in which damage develops, are resolved on the mesoscale, whereas undamaged or sparsely damage regions are modeled on the macroscale. A crucial point in simulations with heterogeneous multiscale models is the coupling of sub-domains discretized on different length scales. The sub-domains differ not only in the size of the finite elements but also in the constitutive description. In this thesis, different methods for the coupling of non-matching discretizations - constraint equations, the mortar method and the arlequin method - are investigated and the application to heterogeneous multiscale models is presented. Another important point is the detection of critical regions. An adaptive solution procedure allowing the transfer of macroscale sub-domains to the mesoscale is proposed. In this context, several indicators which trigger the model adaptation are introduced. Finally, the application of the proposed adaptive heterogeneous multiscale approach in nonlinear simulations of concrete structures is presented.},
  subject      = {Beton},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Bode2009,
  author    = {Bode, Kay-Andr{\´e}},
  title     = {Aspekte der koh{\"a}siven und adh{\"a}siven Eigenschaften von PCC},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1385},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20090513-14696},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2009},
  abstract  = {Die Abk{\"u}rzung PCC bezieht sie sich hier auf Polymer modified Cement Concrete, also mit Kunststoffen modifizierte M{\"o}rtel und Betone. Hierf{\"u}r hat sich diese Abk{\"u}rzung auch international durchgesetzt. Sie bezeichnet Baustoffe, die neben dem mineralischen Bindemittel Zement auch Kunststoffe enthalten. Zement und Kunststoff erzielen im sp{\"a}teren M{\"o}rtel bzw. Beton eine gemeinschaftliche Bindemittelwirkung. Wiederholter Gegenstand von Schadensf{\"a}llen ist das Versagen des Haftverbundes zu anderer Bausubstanz. Da PCC h{\"a}ufig als d{\"u}nne Schutzschicht auf vorhandenen Beton aufgetragen werden, f{\"u}hrt ein Versagen der Adh{\"a}sion fr{\"u}her oder sp{\"a}ter auch zu einem Versagen dieser Schutzfunktion. Umgekehrt kann ein Versagen des Schutzes infolge von Rissen im PCC auch im Nachhinein zum Abl{\"o}sen der Beschichtung f{\"u}hren. Urs{\"a}chlich f{\"u}r dieses koh{\"a}sive Versagen sind dabei i. d. R. die Auswahl falscher bzw. nicht aufeinander abgestimmter Baustoffsysteme oder schlicht Verarbeitungsfehler. Das Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, welchen Einfluss die koh{\"a}siven und adh{\"a}siven Eigenschaften von PCC auf deren Dauerhaftigkeit, insbesondere bei der Anwendung als Beschichtungsmaterial, haben. Dazu wurden vier maßgebliche Schwerpunkte bearbeitet. Eine zentrale Rolle f{\"u}r die Dauerhaftigkeit eines Beschichtungsmaterials spielt dessen L{\"a}ngen{\"a}nderungsverhalten. Der Betrag der positiven und negativen L{\"a}ngen{\"a}nderungen ist bestimmend f{\"u}r die Spannungen, die im Beschichtungsmaterial entstehen k{\"o}nnen. Sind die auftretenden Spannungen h{\"o}her als die Zugfestigkeit des PCC erfolgt der Spannungsabbau durch Risse. Es kommt also zum Koh{\"a}sionsversagen im M{\"o}rtel. Wird der PCC als Beschichtungsmaterial genutzt, werden die Spannungen im Idealfall {\"u}ber die Verbundebene zum Beschichtungsuntergrund {\"u}bertragen. {\"U}bersteigen dabei diese Spannungen die maximal aufnehmbaren Verbundspannungen, kommt es zum Adh{\"a}sionsversagen zwischen Beschichtung und Untergrund. In Modellversuchen werden die Effekte des L{\"a}ngen{\"a}nderungsverhaltens kunststoffmodifizierter Zementsteine auf den Haftverbund zu einer Gesteinsk{\"o}rnung untersucht. Dadurch werden R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Koh{\"a}sion innerhalb der PCC durch die Beschreibung des adh{\"a}siven Verbundes zwischen Zementsteinmatrix und Gesteinsk{\"o}rnung gezogen. Neben der L{\"a}ngen{\"a}nderung sind auch die Festigkeitseigenschaften der PCC bedeutsam f{\"u}r deren Dauerhaftigkeit. Es werden die Festigkeitseigenschaften kunststoffmodifizierter M{\"o}rtel und Betone nicht nur von der mechanischen Seite betrachtet. Der Focus liegt vielmehr auf der Beschreibung der durch die Kunststoffe beeinflussten koh{\"a}siven Eigenschaften bei mechanischer Belastung. Es wird das Verhalten der polymeren Matrix nach einer Kurzzeitbelastung untersucht. Damit werden die Vorg{\"a}nge, die letztlich zu einer Beeinflussung der Festigkeitseigenschaften f{\"u}hren, dargestellt. In diesem Zusammenhang wird auch der Einfluss der Temperatur auf die Festigkeit der PCC betrachtet. Die Untersuchung des Frost-Taumittel-Widerstandes mittels CDF- bzw. CIF-Verfahrens ist eine gute M{\"o}glichkeit, neben der Beurteilung der Dauerhaftigkeit auch R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die koh{\"a}siven als auch, im mikroskopischen Maßstab betrachtet, die adh{\"a}siven Eigenschaften der PCC zu ziehen. Damit ist gemeint, dass die Koh{\"a}sion von PCC durch deren adh{\"a}sive Eigenschaften zwischen kunststoffmodifizierter Zementsteinmatrix und Gesteinsk{\"o}rnern maßgeblich bestimmt wird. Einerseits kann bei starkem Abfall des relativen dynamischen E-Moduls von einer geringeren Koh{\"a}sion des PCC ausgegangen werden. Dies w{\"u}rde dann bei einem M{\"o}rtel eher zu Rissen f{\"u}hren, {\"u}ber die wiederum betonaggressive Medien eindringen k{\"o}nnen. Im Gegensatz dazu deutet ein konstant bleibender relativer dynamischer E-Modul auf eine hohe Koh{\"a}sion und damit, bei Anwendung des PCC als Beschichtungsmaterial, auf ein h{\"o}heres adh{\"a}sives Versagensrisiko der Beschichtung hin. Andererseits stellt eine h{\"o}here Abwitterung, also sozusagen das schichtenweise koh{\"a}sive Versagen, eine Gefahr bei d{\"u}nnen Beschichtungen dar. Dies k{\"o}nnte noch durch die Anwendung anderer Taumittel (z. B. organischer) verst{\"a}rkt werden. Unter diesen Gesichtspunkten wurden Untersuchungen auf der Basis des CDF-Testes sowie zur L{\"o}sungsaufnahmef{\"a}higkeit der PCC durchgef{\"u}hrt. Der adh{\"a}sive Verbund von PCC zu Beton ist von vielen Faktoren abh{\"a}ngig. Bisher kaum betrachtet wurde die Art des Aufbringens oder der Einfluss der Probengeometrie bei Laborversuchen. Diese sowie der Einfluss einer Salzbelastung des Untergrundes bzw. der Beschichtung wurden untersucht. Ein Teil der durchgef{\"u}hrten Untersuchungen wurde im Rahmen des Teilprojektes B3 „Dauerhaftigkeit polymermodifizierter M{\"o}rtel und Betone" des von der DFG gef{\"o}rderten Sonderforschungsbereiches 524 „Werkstoffe und Konstruktionen f{\"u}r die Revitalisierung von Bau-werken" realisiert.},
  subject      = {Betonzusatz},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Tartsch2008,
  author    = {Tartsch, Enrico},
  title     = {Bewertung der Dauerstandfestigkeit von dampfgeh{\"a}rtetem Porenbeton auf der Grundlage von Kurzzeitversuchen},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1230},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20080213-12926},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2008},
  abstract  = {Im Rahmen der Arbeit wird das Tragverhalten von dampfgeh{\"a}rtetem Porenbeton unter einachsiger Druckbeanspruchung untersucht. Ziel ist es, einen Zusammenhang zwischen makroskopischen Spannungs-Dehnungs-Beziehungen, beanspruchungsbedingten Struktur{\"a}nderungen und der Dauerstandfestigkeit herzustellen. Die Dauerstandfestigkeit stellt im Sinne der Arbeit eine elementare Gef{\"u}geschwelle dar, durch sie wird das stabile vom instabilen Tragverhalten abgegrenzt. Der Zusammenhang zwischen Struktur{\"a}nderungen und Spannungs-Dehnungs-Verhalten wird anhand mechanischer Modelle analysiert. Diese Untersuchungen liefern die konzeptionelle Orientierung f{\"u}r die durchzuf{\"u}hrenden Laborversuche. Die experimentelle Basis der Arbeit bilden Kurzzeit- und Langzeitversuche an Porenbetonzylindern unter einachsiger Druckbeanspruchung. Es werden Probek{\"o}rper von drei Porenbetonwerken untersucht. Um den Einfluss der Lastgeschichte aufzuzeigen, wird die Versuchsdauer zwischen einer Sekunde und mehreren Wochen variiert. Die Versuche werden mit unterschiedlichen Lastregimen durchgef{\"u}hrt: sowohl mit monoton gesteigerter Beanspruchung bis zum Versagen bzw. bis zum vorgesehenen Beanspruchungsniveau als auch mit niederzyklischer Beanspruchung. Die Messdaten werden unter Einbeziehung der dreidimensionalen Ans{\"a}tze der Spannungs- und Deformationstheorie hinsichtlich des sph{\"a}rischen und des deviatorischen Anteils des Spannungs- und Verformungszustandes ausgewertet. Diese auf die separate Betrachtung der Volumen- und Gestalt{\"a}nderung gest{\"u}tzte Auswertung liefert zus{\"a}tzliche Erkenntnisse hinsichtlich der Zuordnung von reversiblen und irreversiblen Verformungen zu den Teiltensor{\"a}quivalenten. Entsprechend den Versuchsergebnissen {\"a}ndert sich die Kompressibilit{\"a}t des Porenbetons belastungsabh{\"a}ngig. Bereits kurzzeitige {\"U}berlastungen oberhalb der experimentell ermittelten Dauerstandgrenze sind von signifikanten {\"A}nderungen der Kompressionssteifigkeit begleitet. Das qualitative Tragverhalten des Porenbetons, das bei Beanspruchungen oberhalb der Dauerstandfestigkeit grunds{\"a}tzliche {\"A}nderungen erf{\"a}hrt, l{\"a}sst sich so bereits im Kurzzeitversuch abgrenzen. Zus{\"a}tzliche Auswertungen f{\"u}r Normalbeton und selbstverdichtenden hochfesten Beton weisen auf analoges Verhalten hin. Auf der Basis der durchgef{\"u}hrten Untersuchungen werden Konzepte vorgestellt, mit denen die Dauerstandfestigkeit im Kurzzeitversuch, das heißt mit einer Versuchsdauer von wenigen Stunden, prognostiziert werden kann. Damit k{\"o}nnen Untersuchungen zur Dauerstandfestigkeit, die eine grundlegende Gr{\"o}ße zur Beurteilung der Tragf{\"a}higkeit darstellt, routinem{\"a}ßig durchgef{\"u}hrt werden.},
  subject      = {Porenbeton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Truemer,
  author    = {Tr{\"u}mer, Andr{\´e}},
  title     = {Calcinierte Tone als Puzzolane der Zukunft - Von den Rohstoffen bis zur Wirkung im Beton},
  isbn      = {978-3-00-065011-6},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4096},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20200214-40968},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {222},
  abstract  = {Vor dem Hintergrund einer stetig wachsenden Nachfrage an Beton wie auch ambitionierter Reduktionsziele beim in der Zementproduktion anfallenden CO2 gelten calcinierte Tone als derzeit aussichtsreichste technische Neuerung im Bereich nachhaltiger Bindemittelkonzepte. Unter Ausnutzung ihrer Puzzolanit{\"a}t soll ein erheblicher Teil der Klinkerkomponente im Zement ersetzt werden, wobei der zu ihrer Aktivierung notwendige Energiebedarf vergleichsweise niedrig ist. Wesentliche Vorteile der Tone sind ihre weltweit nahezu unbegrenzte Verf{\"u}gbarkeit sowie der {\"a}ußerst geringe rohstoffbedingte CO2-Ausstoß w{\"a}hrend der Calcinierung. Schwierigkeiten auf dem Weg der Umsetzung bestehen allerdings in der Vielseitigkeit des Systems, welches durch eine hohe Variet{\"a}t der Rohtone und des daraus folgenden thermischen Verhaltens gekennzeichnet ist. Entsprechend schwierig ist die {\"U}bertragbarkeit von Erfahrungen mit bereits etablierten calcinierten Tonen wie dem Metakaolin, der sich durch hohe Reinheit, einen aufwendigen Aufbereitungsprozess und eine entsprechend hohe Reaktivit{\"a}t auszeichnet. Ziel der Arbeit ist es daher, den bereits erlangten Kenntnisstand auf andere, wirtschaftlich relevante Tone zu erweitern und deren Eignung f{\"u}r die Anwendung im Beton herauszuarbeiten. In einem mehrstufigen Arbeitsprogramm wurde untersucht, inwieweit großtechnisch nutzbare Tone aktivierbar sind und welche Eigenschaften sich daraus f{\"u}r Zement und Beton ergeben. Die dabei festgestellte Reihenfolge Kaolinit > Montmorillonit > Illit beschreibt sowohl die Reaktivit{\"a}t der Brennprodukte als auch umgekehrt die H{\"o}he der optimalen Calciniertemperatur. Auch wandelt sich der Charakter der entstandenen Metaphasen in dieser Abfolge von r{\"o}ntgenamorph und hochreaktiv zu glasig und reaktionstr{\"a}ge. Trotz dieser Einordnung konnte selbst mit dem Illit eine mit Steinkohlenflugasche vergleichbare Puzzolanit{\"a}t festgestellt werden. Dies best{\"a}tigte sich anschließend in Parameterversuchen, bei denen die Einfl{\"u}sse von Rohstoffqualit{\"a}t, Calcinierung, Aufbereitung und Zement hinsichtlich der Reaktivit{\"a}tsausbeute bewertet wurden. Die Bandbreite der erzielbaren Qualit{\"a}ten ist dabei immens und gipfelt nicht zuletzt in stark unterschiedlichen Wirkungen auf die Festbetoneigenschaften. Hier machte sich vor allem die f{\"u}r Puzzolane typische Porenverfeinerung bemerkbar, sodass viele von Transportvorg{\"a}ngen abh{\"a}ngige Schadmechanismen unterdr{\"u}ckt wurden. Andere Schadex-positionen wie der Frostangriff ließen sich durch Zusatzmaßnahmen wie dem Eintrag von Luftporen beherrschen. Zu bem{\"a}ngeln sind vor allem die schlechte Verarbeitbarkeit kaolinitischer Metatone wie auch die f{\"u}r Puzzolane stark ausgepr{\"a}gte Carbonatisierungsneigung. Wesentliches Ergebnis der Arbeit ist, dass auch Tone, die bisher als geringwertig bez{\"u}glich des Aktivierungspotentials galten, nutzbare puzzolanische Eigenschaften entwickeln k{\"o}nnen. So kann selbst ein stark verunreinigter Illit-Ton die Qualit{\"a}t von Flugasche erreichen. Mit stei-gendem Tonmineralgehalt sowie bei Pr{\"a}sens thermisch instabilerer Tonminerale wie Mont-morillonit und Kaolinit erweitert sich das Spektrum nutzbarer Puzzolanit{\"a}ten bis hin zur hochreaktiven Metakaolin-Qualit{\"a}t. Damit lassen sich gute bis sehr gute Betoneigenschaften erzielen, sodass die Leistungsf{\"a}higkeit etablierter Kompositmaterialien erreicht wird. Somit sind die Voraussetzungen f{\"u}r eine umfangreiche Nutzung der erheblichen Tonmengen im Zement und Beton gegeben. Entsprechend k{\"o}nnen Tone einen effektiven Beitrag zu einer gesteigerten Nachhaltigkeit in der Baustoffproduktion weltweit leisten.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Tatarin,
  author    = {Tatarin, Ren{\´e}},
  title     = {Charakterisieren struktureller Ver{\"a}nderungen in zementgebundenen Baustoffen durch akustische zerst{\"o}rungsfreie Pr{\"u}fverfahren},
  publisher = {Cuvillier Verlag},
  address   = {G{\"o}ttingen},
  isbn      = {978-3-7369-7575-0},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4592},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220215-45920},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {293},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wird das Charakterisieren struktureller Ver{\"a}nderungen zementgebundener Baustoffe durch zwei auf dem Ultraschall-Transmissionsverfahren beruhenden Methoden der zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fung (ZfP) mit mechanischen Wellen vorgenommen. Zur kontinuierlichen Charakterisierung der Erstarrung und Erh{\"a}rtung frischer zementgebundener Systeme wird ein auf Ultraschallsensoren f{\"u}r Longitudinal- und Scherwellen basierendes Messsystem in Kombination mit zugeh{\"o}rigen Verfahrensweisen zur Datenauswertung konzipiert, charakterisiert und angewandt. Gegen{\"u}ber der bislang {\"u}blichen alleinigen Bewertung der Verfestigung anhand indirekter Ultraschallparameter wie Ausbreitungsgeschwindigkeit, Signalenergie oder Frequenzgehalt der Longitudinalwelle l{\"a}sst sich damit eine direkte, sensible Erfassung der sich w{\"a}hrend der Strukturbildung entwickelnden dynamischen elastischen Eigenschaften auf der Basis prim{\"a}rer physikalischer Werkstoffparameter erreichen. Insbesondere Scherwellen und der dynamische Schubmodul sind geeignet, den graduellen {\"U}bergang zum Festk{\"o}rper mit {\"U}berschreiten der Perkolationsschwelle sensibel und unabh{\"a}ngig vom Luftgehalt zu erfassen. Die zeitliche Entwicklung der dynamischen elastischen Eigenschaften, die Strukturbildungsraten sowie die daraus extrahierten diskreten Ergebnisparameter erm{\"o}glichen eine vergleichende quantitative Charakterisierung der Strukturbildung zementgebundener Baustoffe aus mechanischer Sicht. Dabei lassen sich typische, oft unvermeidbare Unterschiede in der Zusammensetzung der Versuchsmischungen ber{\"u}cksichtigen. Der Einsatz laserbasierter Methoden zur Anregung und Erfassung von mechanischen Wellen und deren Kombination zu Laser-Ultraschall zielt darauf ab, die mit der Anwendung des konventionellen Ultraschall-Transmissionsverfahrens verbundenen Nachteile zu eliminieren. Diese resultieren aus der Sensorgeometrie, der mechanischen Ankopplung und bei einer Vielzahl von Oberfl{\"a}chenpunkten aus einem hohen pr{\"u}ftechnischen Aufwand. Die laserbasierte, interferometrische Erfassung mechanischer Wellen ist gegen{\"u}ber Ultraschallsensoren rauschbehaftet und vergleichsweise unsensibel. Als wesentliche Voraussetzung der scannenden Anwendung von Laser-Ultraschall auf zementgebundene Baustoffe erfolgen systematische experimentelle Untersuchungen zur laserinduzierten ablativen Anregung. Diese sollen zum Verst{\"a}ndnis des Anregungsmechanismus unmittelbar auf den Oberfl{\"a}chen von zementgebundenen Baustoffen, Gesteinsk{\"o}rnungen und metallischen Werkstoffen beitragen, relevante Einflussfaktoren aus den charakteristischen Materialeigenschaften identifizieren, geeignete Prozessparameter gewinnen und die Verfahrensgrenzen aufzeigen. Unter Einsatz von Longitudinalwellen erfolgt die Anwendung von Laser-Ultraschall zur zeit- und ortsaufgel{\"o}sten Charakterisierung der Strukturbildung und Homogenit{\"a}t frischer sowie erh{\"a}rteter Proben zementgebundener Baustoffe. W{\"a}hrend der Strukturbildung wird erstmals eine simultane ber{\"u}hrungslose Erfassung von Longitudinal- und Scherwellen vorgenommen. Unter Anwendung von tomographischen Methoden (2D-Laufzeit¬tomo¬graphie) werden {\"u}berlagerungsfreie Informationen zur r{\"a}umlichen Verteilung struktureller Gef{\"u}gever{\"a}nderungen anhand der longitudinalen Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. des relativen dynamischen Elastizit{\"a}tsmoduls innerhalb von virtuellen Schnittebenen gesch{\"a}digter Probek{\"o}rper gewonnen. Als beton-sch{\"a}digende Mechanismen werden exemplarisch der kombinierte Frost-Tausalz-Angriff sowie die Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion (AKR) herangezogen. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Verfahren der zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fung bieten erweiterte M{\"o}glichkeiten zur Charakterisierung zementgebundener Baustoffe und deren strukturellen Ver{\"a}nderungen und lassen sich zielgerichtet in der Werkstoffentwicklung, bei der Qualit{\"a}tssicherung sowie zur Analyse von Schadensprozessen und -ursachen einsetzen.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hanna,
  author    = {Hanna, John},
  title     = {Computational Fracture Modeling and Design of Encapsulation-Based Self-Healing Concrete Using XFEM and Cohesive Surface Technique},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4746},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20221124-47467},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {125},
  abstract  = {Encapsulation-based self-healing concrete (SHC) is the most promising technique for providing a self-healing mechanism to concrete. This is due to its capacity to heal fractures effectively without human interventions, extending the operational life and lowering maintenance costs. The healing mechanism is created by embedding capsules containing the healing agent inside the concrete. The healing agent will be released once the capsules are fractured and the healing occurs in the vicinity of the damaged part. The healing efficiency of the SHC is still not clear and depends on several factors; in the case of microcapsules SHC the fracture of microcapsules is the most important aspect to release the healing agents and hence heal the cracks. This study contributes to verifying the healing efficiency of SHC and the fracture mechanism of the microcapsules. Extended finite element method (XFEM) is a flexible, and powerful discrete crack method that allows crack propagation without the requirement for re-meshing and has been shown high accuracy for modeling fracture in concrete. In this thesis, a computational fracture modeling approach of Encapsulation-based SHC is proposed based on the XFEM and cohesive surface technique (CS) to study the healing efficiency and the potential of fracture and debonding of the microcapsules or the solidified healing agents from the concrete matrix as well. The concrete matrix and a microcapsule shell both are modeled by the XFEM and combined together by CS. The effects of the healed-crack length, the interfacial fracture properties, and microcapsule size on the load carrying capability and fracture pattern of the SHC have been studied. The obtained results are compared to those obtained from the zero thickness cohesive element approach to demonstrate the significant accuracy and the validity of the proposed simulation. The present fracture simulation is developed to study the influence of the capsular clustering on the fracture mechanism by varying the contact surface area of the CS between the microcapsule shell and the concrete matrix. The proposed fracture simulation is expanded to 3D simulations to validate the 2D computational simulations and to estimate the accuracy difference ratio between 2D and 3D simulations. In addition, a proposed design method is developed to design the size of the microcapsules consideration of a sufficient volume of healing agent to heal the expected crack width. This method is based on the configuration of the unit cell (UC), Representative Volume Element (RVE), Periodic Boundary Conditions (PBC), and associated them to the volume fraction (Vf) and the crack width as variables. The proposed microcapsule design is verified through computational fracture simulations.},
  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}
}
@phdthesis{Mansfeld2008,
  author    = {Mansfeld, Thomas},
  title     = {Das Quellverhalten von Alkalisilikatgelen unter Beachtung ihrer Zusammensetzung},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1375},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20090106-14572},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2008},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden {\"u}ber verschiedene Herstellungsverfahren 48 Gelproben erzeugt und auf ihr Quellverhalten untersucht. Dabei wurde eine Wiederholbarkeit der Messungen mit anderen Bearbeitern {\"u}berpr{\"u}ft und nachgewiesen. Es zeigt sich in den Quellversuchen, dass hohe Alkaligehalte in den Gelproben bei einer niedrigen L{\"o}slichkeit (durch geringe Mengen Calcium in der Probe hervorgerufen) hohe Quelldr{\"u}cke erzeugen. Ein Einfluss des Natrium-Kalium-Verh{\"a}ltnisses (Alkaliverh{\"a}ltnis) auf das Quellverhalten der Gelproben ist nicht zu erkennen. Der Einfluss des Calciums im Gel zeichnet sich deutlich ab, ohne Calcium bauen die Proben keine Quelldr{\"u}cke auf, bei zu hohen Calciumgehalten entstehen nicht quellf{\"a}hige Alkali-Calcium-Silikat-Hydrate. Ein quellf{\"a}higer Bereich kann von ca. 5 \% bis zu ca. 30 \% Calciumanteil im Gel angegeben werden. Neben dem Einfluss des Calciumgehaltes auf das Quellverhalten der Gele ist auch ein Einfluss des Alkali-Silika-Verh{\"a}ltnisses in den Proben nachweisbar. Wird dieses Verh{\"a}ltnis in den Proben stark Richtung Kiesels{\"a}ure verschoben, d. h. niedrige Alkalianteile im Gel, kommt es zu keinen Quellerscheinungen. Somit kann die Wirkung von AKR-vermeidenden Zus{\"a}tzen (FA, Silika usw.) mit diesen Messungen best{\"a}tigt werden. Es kann gezeigt werden, dass die ermittelten Quelldr{\"u}cke eines Alkalikiesel-Gels ein Gesteinskorn oder/und die umgebende Matrix zerst{\"o}ren k{\"o}nnen. Aus diesen oben genannten Erkenntnissen wird ein Bereich einer quellf{\"a}higen Zusammensetzung eines Gels in einem Dreistoffdiagramm angegeben und es k{\"o}nnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden: •Ein Quelldruck kann in einem AK-Gel nur bei einer bestimmten Menge an eingebautem Calcium aufgebaut werden. •Diese Quelldr{\"u}cke k{\"o}nnen deutlich Werte {\"u}ber 10 N/mm² erreichen. •Die im Beton verwendeten Gesteinsk{\"o}rnungen und auch die sie umschließende M{\"o}rtelmatrix k{\"o}nnen mit Quelldr{\"u}cken in den hier bestimmten Gr{\"o}ßenordnungen zerst{\"o}rt werden. •Die bekannten Modelle zur Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion m{\"u}ssen um den Einbau des Calciums in ein entstandenes AK-Gel erweitert werden.},
  subject      = {Alkalil{\"o}sliche Kiesels{\"a}ure},
  language  = {de}
}
@inproceedings{MuellerLudwigSchulteSchreppingetal.,
  author    = {Mueller, Matthias and Ludwig, Horst-Michael and Schulte-Schrepping, Christoph and Breitenb{\"u}cher, Rolf},
  title     = {Dauerhafte Betonfahrbahndecken durch Verwendung unterschiedlicher Bindemittel in Ober- und Unterbeton},
  series = {Tagungsband 19. Ibausil - 19. Internationale Baustofftagung, 16. - 18.09.2015, Weimar. Band 2},
  booktitle = {Tagungsband 19. Ibausil - 19. Internationale Baustofftagung, 16. - 18.09.2015, Weimar. Band 2},
  editor    = {Ludwig, Horst-Michael},
  organization    = {F.A.Finger-Institut f{\"u}r Baustoffkunde, Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  isbn      = {978-3-00-050225-5 (Bauhaus-Universit{\"a}tsverlag Weimar)},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4871},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20240507-48711},
  pages     = {2536-2543},
  abstract  = {Gem{\"a}ß dem Regelwerk f{\"u}r Betonstraßen muss f{\"u}r zweischichtige Betonfahrbahndecken derselbe Zement in Ober- und Unterbeton verwendet werden. Weiterhin ist die Anrechnung von Flugasche auf den w/z-Wert nicht gestattet. Durch eine flexiblere Handhabung der Bindemittel k{\"o}nnten sich Vorteile f{\"u}r die Betonbauweise ergeben. So k{\"o}nnte z.B. der st{\"a}rker durch Frost beanspruchte Oberbeton mit CEM I hergestellt werden, w{\"a}hrend Zemente mit h{\"o}heren H{\"u}ttensandgehalten nur im Unterbeton angewendet werden. Im Unterbeton k{\"o}nnten dann Gesteinsk{\"o}rnungen eingesetzt werden, die in einer herk{\"o}mmlichen CEM I-Rezeptur als AKR-kritisch eingestuft w{\"u}rden. Anhand von AKR-Performance-Pr{\"u}fungen konnte die hohe Wirksamkeit h{\"u}ttensandhaltiger Zemente sowie auch von Flugasche auf die AKR-Verminderung aufgezeigt werden. Schon mit einem CEM II/B-S wurden AKR-kritische Rezepturen in den unkritischen Bereich verschoben. Der Frost-Tausalz-Widerstand der Betone wurde bei hohen Gehalten an H{\"u}ttensand bzw. H{\"u}ttensand + Flugasche verringert, bewegte sich aber in jedem Fall noch im g{\"u}nstigen Bereich. Um eine Beeintr{\"a}chtigung der baupraktischen Umsetzbarkeit zu vermeiden, sollte sich die Festigkeitsentwicklung von Ober- und Unterbeton im jungen Alter nicht zu stark unterscheiden. Modellberechnungen zur Festlegung einer Mindestfestigkeit f{\"u}r die fr{\"u}he Belastung sind derzeit noch in Bearbeitung.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}