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The high resource demand of the building sector clearly indicates the need to search for alternative, renewable and energy-efficient materials. This work presents paper-laminated sandwich elements with a core of corrugated paperboard that can serve as architectural components with a load-bearing capacity after a linear folding process. Conventional methods either use paper tubes or glued layers of honeycomb panels. In contrast, the folded components are extremely lightweight, provide the material strength exactly where it is statically required and offer many possibilities for design variants. After removing stripes of the paper lamination, the sandwich can be folded in a linear way at this position. Without the resistance of the missing paper, the sandwich core can be easily compressed. The final angle of the folding correlates with the width of the removed paper stripe. As such, this angle can be described by a simple geometric equation. The geometrical basis for the production of folded sandwich elements was established and many profile types were generated such as triangular, square or rectangular shapes. The method allows the easy planning and fast production of components that can be used in the construction sector. A triangle profile was used to create a load-bearing frame as supporting structure for an experimental building. This first permanent building completely made of corrugated cardboard was evaluated in a two-year test to confirm the efficiency of the developed components. In addition to the frame shown in this paper, large-scale sandwich elements with a core of folded components can be used to fabricate lightweight ceilings and large-scale sandwich components. The method enables the efficient production of linearly folded cardboard elements which can replace normal wooden components like beams, pillars or frames and bring a fully recycled material in the context of architectural construction.

Ziel der Arbeit war das Adsorptionsverhalten ausgewählter schutzkolloidstabilisierter Polymerpartikel mit variierender chemischer Basis im zementären System zu beschreiben und basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen das Konkurrenzverhalten beim Angebot unterschiedlicher mineralischer Oberflächen zu klären. Sowohl die Destabilisierung der Polymerpartikel im alkalischen Milieu, welche eine Voraussetzung für derartige Adsorptionsprozesse ist, als auch die Veränderung von Oberflächeneigenschaften verschiedener mineralischer Partikel durch Hydratations- und Ionenadsorptionsprozesse, wurden u. a. mit Hilfe elektrokinetischer Experimente erfasst. Die spektralphotometrische Erstellung von Adsorptionsisothermen ermöglichte zudem die Ermittlung der jeweiligen adsorbierten Polymermenge zu verschiedenen Zeitpunkten der frühen Hydratation. Weiterhin wurde die Polymeradsorption an Partikeln ausgewählter Zusatzstoffe in Abhängigkeit von der Ionenstärke der Flüssigphase beschrieben. Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen cryo-präparierter polymermodifizierter Zementleimproben ermöglichten es außerdem deren Mikrostruktur im suspensiven Zustand zu visualisieren. Diese Aufnahmen, ebenso wie die Ergebnisse grundlegender hydratationskinetischer Untersuchungen wurden in Wechselbeziehung zu den Ergebnissen der Adsorptionsuntersuchungen gebracht. Maßgelbliche intermolekulare und interpartikuläre Wechselwirkungen, infolge derer sich die Stabilitätsverhältnisse im Zementleim ändern und die Polymerpartikel adsorbieren sind im Wesentlichen die Desorption des Schutzkolloids von der Polymerpartikeloberfläche, die Ionisation funktioneller Gruppen der Polymerpartikel und der Schutzkolloidmakromoleküle im alkalischen Milieu und infolgedessen die Komplexbildung mit Ionen der Zementleimporenlösung. Die Auswirkungen dieser Vorgänge auf die Lösungs- und Fällungskinetik des Zementleimes wurden erfasst und mit der chemischen Zusammensetzung der polymeren Systeme korreliert.

Rice husk ash (RHA) is classified as a highly reactive pozzolan. It has a very high silica content similar to that of silica fume (SF). Using less-expensive and locally available RHA as a mineral admixture in concrete brings ample benefits to the costs, the technical properties of concrete as well as to the environment. An experimental study of the effect of RHA blending on workability, strength and durability of high performance fine-grained concrete (HPFGC) is presented. The results show that the addition of RHA to HPFGC improved significantly compressive strength, splitting tensile strength and chloride penetration resistance. Interestingly, the ratio of compressive strength to splitting tensile strength of HPFGC was lower than that of ordinary concrete, especially for the concrete made with 20 % RHA. Compressive strength and splitting tensile strength of HPFGC containing RHA was similar and slightly higher, respectively, than for HPFGC containing SF. Chloride penetration resistance of HPFGC containing 10–15 % RHA was comparable with that of HPFGC containing 10 % SF.

Das Hauptziel der Arbeit war es zu klären, ob alkalihaltige Enteisungsmittel eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) auslösen und/oder beschleunigen können und was die dabei ggf. zugrunde liegenden Mechanismen sind. Die Untersuchungen dazu ergaben, dass die auf Verkehrsflächen eingesetzten alkalihaltigen Enteisungsmittel auf Basis von Natriumchlorid (Fahrbahndecken) bzw. auf Basis der Alkaliacetate und -formiate (Flugbetriebsflächen) den Ablauf einer AKR in Betonen mit alkalireaktiven Gesteinskörnungen auslösen und mitunter stark beschleunigen können. Dabei nimmt die AKR-fördernde Wirkung der Enteisungsmittel in der Reihenfolge Natriumchlorid - Alkaliacetate - Alkaliformiate erheblich zu. Es zeigte sich, dass im Fall der Alkaliacetate und -formiate nicht allein die Zufuhr von Alkalien von Bedeutung ist, sondern dass es außerdem zu einer Freisetzung von OH-Ionen aus dem Portlandit und folglich zu einem Anstieg des pH-Wertes in der Porenlösung kommt. Dadurch wird der Angriff auf alkalireaktives SiO2 in Gesteinskörnungen verstärkt und der Ablauf einer AKR beschleunigt. Unter äußerer NaCl-Zufuhr kommt es hingegen nicht zu einem Anstieg des pH-Wertes, was der Grund für die weniger stark AKR-fördernde Wirkung von NaCl ist. Von Bedeutung sind hier die zugeführten Na-Ionen und offenbar ein sich andeutender, direkter Einfluss von NaCl auf das SiO2-Löseverhalten. Sind pH-Wert und Na-Konzentration in der Porenlösung ausreichend hoch, wird sich thermodynamisch bedingt AKR-Gel bilden. Die Bildung von FRIEDEL’schem Salz ist dabei nur eine Begleiterscheinung, aber keine Voraussetzung für den Ablauf einer AKR unter äußerer NaCl-Zufuhr. Es zeigte sich weiter, dass sich mit der FIB-Klimawechsellagerung als Performance-Prüfung das AKR-Schädigungspotential von Betonen für Fahrbahndecken und Flugbetriebsflächen zuverlässig beurteilen lässt. Die Vorteile der FIB-Klimawechsellagerung liegen in der Prüfung kompletter, projektspezifischer Betonzusammensetzungen unter Beachtung aller praxisrelevanten klimatischen Einwirkungen und vor allem in der Berücksichtigung einer äußeren Alkalizufuhr. Innerhalb von 36 Wochen kann das AKR-Schädigungspotential einer Betonzusammensetzung für eine Nutzungsdauer von 20-30 Jahren in der Praxis sicher beurteilt werden.

Die Arbeit zeigt die wesentlichen Gründe auf, warum betahalbhydratreiche Niederbranntgipsbinder (industriell als Stuckgips bezeichnet) oft sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Der Anteil an Halbhydrat, welches aus dem stark hygroskopischen Anhydrit III (A III) durch die Reaktion mit Luftfeuchtigkeit entsteht, stellt einen erheblichen, bislang vollkommen unbeachteten Einfluss dar. Dieses Halbhydrat aus A III zeigt andere Oberflächeneigenschaften und ein Reaktionsverhalten, das von frisch gebranntem Betahalbhydrat abweicht. Es zeigt sich, wie weitreichend der Einfluss physiko-chemischer Oberflächenprozesse wie Adsorption und Kondensation ist. Hierdurch wird nicht nur die Oberflächenenergie der Partikel abgebaut, sondern auch eine Verminderung der Hydratationswärme verursacht. Somit wirken sich physikalische Vorgänge thermodynamisch aus. Einwirkende und resultierende Parameter einer Alterung wirken wie folgt äußerst komplex zusammen: Die dominierenden Bindemitteleigenschaften Abbindeverhalten und Wasseranspruch verändern sich durch eine Alterung sowohl aufgrund der Phasenumwandlungen als auch infolge der Veränderungen der Kristallite. Ebenso einflussreich ist die Veränderung der Oberflächencharakteristik. Die Auswirkung der Alterung auf die Reaktivität geht deutlich über den Abbau von Anhydrit III, die Dezimierung von abbindefähigem Material und die beschleunigende Wirkung von Alterungsdihydrat hinaus. Das Wachstum der Kristallite von Halbhydrat und die Verringerung der inneren Energie sowie die energetisch günstige spontane Beladung der Kristallgitterkanäle kleinster Anhydrit III-Kristallite mit dampfförmigem Wasser müssen als maßgebliche Ursachen für die Abnahme der Reaktivität infolge der Alterung herausgestellt werden. Die Abnahme der spezifischen Oberfläche und der Oberflächenenergie wirken sich außerdem auf den Lösungs- und den Hydratationsprozess aus. Der auf der Oberfläche von Anhydrit III kristallisierte Anhydrit II wirkt sich auch nach der Umwandlung von A III in Halbhydrat lösungshemmend aus. Infolge der alterungsbedingten Dihydratbildung, die bei anhaltender Feuchteeinwirkung einsetzt, wird diese Wirkung aufgehoben bzw. vermindert. Obgleich Dihydrat für seinen Beschleunigungseffekt bekannt ist, entfaltet Alterungsdihydrat infolge seiner besonderen Ausbildung innerhalb der wenige Moleküllagen umfassenden Kondenswasserschicht nur eine geringe keimbildende Wirkung. Eine wesentliche Erkenntnis betrifft den Bindungscharakter des Überstöchiometrischen Wassers. Diesbezüglich ist eine rein physikalische Bindung nachweisbar. Das in der Arbeit als stärker adsorptiv gebunden bezeichnete Wasser kommt neben der Freien Feuchte ausschließlich bei Anwesenheit von Halbhydrat vor. Dieser Zusammenhang wird erstmalig hergestellt und mit Hilfe der kristallchemisch bedingten höheren Oberflächenenergie von Halbhydrat erklärt.