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In kalten und gemäßigten Klimazonen kann Beton einem kombinierten Frost-Tausalz-Angriff ausgesetzt sein, der zu Schäden in Form von Abwitterungen führen kann. Daher wurden zahlreiche Prüfverfahren entwickelt, um die Widerstandsfähigkeit von Betonzusammensetzungen gegen diese Art des Angriffs zu bestimmen. Diese Tests simulieren in der Regel einen starken Angriff mit hohen Sättigungsgraden, wie z. B. bei Betonfahrbahnen. Es gibt nur sehr wenige Ansätze für die Prüfung des Widerstands von Betonen, die nur einem mittleren Sättigungsgrad ausgesetzt sind, da solche Betonelemente in der Regel keine nennenswerten Abwitterungen aufweisen. Die zunehmende Verwendung von klinkereffizienten Zementen könnte sich jedoch in gewissem Maße auf den Frost-Tausalz-Widerstand solcher Betonelemente auswirken. Um eine angemessene Dauerhaftigkeit zu gewährleisten ist es daher wünschenswert, ihre Leistungsfähigkeit in einem tatsächlichen Prüfverfahren zu ermitteln, anstatt sich auf Erfahrungswerte zu verlassen. Daher wurden Ansätze für abgeschwächte Prüfverfahren entwickelt, die auf dem Slab-Test bzw. dem CDF-Test beruhen.
In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss der Klinkerzusammensetzung sowie der Sulfatträgerart auf die Leistungsfähigkeit eines Spritzzementes untersucht. Um eine Untersulfatisierung im System mit einen Aluminiumsulfat / -hydroxid Beschleuniger zu vermeiden, sollte ein anhydritbasierter Sulfatträger eingesetzt werden. Dies führt zu einer besseren Festigkeitsentwicklung im jungen Alter.
Die besondere Aggressivität von hochkonzentrierten Magnesiumsulfatlösungen bei Einwirkung auf Beton ist seit vielen Jahrzehnten bekannt. Neben dem Sulfat greift zusätzlich auch das Magnesium den Zementstein an. Bei hohen Lösungskonzentrationen nimmt der Magnesiumangriff gegenüber dem Sulfatangriff sogar eine dominante Rolle ein. Magnesiumgehalte unter 300 mg/l im Grundwasser gelten allerdings bislang als nicht angreifend. In Auslagerungs- und Laborversuchen wurde jedoch festgestellt, dass auch bei praxisrelevanten Magnesium- (<300 mg/l) und Sulfatgehalten (1.500 mg/l) das Magnesium zu einer deutlichen Verschärfung des Sulfatangriffes bei niedrigen Temperaturen führte. Diese Verschärfung trat bei Mörteln und Betonen auf, bei denen der erhöhte Sulfatwiderstand durch einen teilweisen Zementersatz mit 20 % Flugasche zu einem CEM II/A-LL erreicht werden sollte, gemäß der Flugascheregelung nach EN 206-1/DIN 1045-2.
Bei einem teilweisen Zementersatz durch 30 % Flugasche konnte auch in magnesiumhaltigen Sulfatlösungen eine deutliche Verbesserung des Sulfatwiderstandes erreicht werden. Mörtel mit HS-Zement als Bindemittel wiesen keinerlei Schäden auf. Schadensverursachend war eine Kombination mehrerer Einflüsse. Zum einen wurde der Sulfatwiderstand des Zement-Flugasche-Systems durch die unzureichende Reaktion der Flugasche infolge der niedrigen Lagerungstemperatur geschwächt. Zum anderen konnte durch die Einwirkung des Magnesiums in der Randzone vermutlich eine Destabilisierung der C-S-H-Phasen erfolgen, wodurch die Thaumasitbildung an dieser Stelle forciert wurde. Zusätzlich wurde durch den Portlanditverbrauch und die pH-Wert-Absenkung in der Randzone die puzzolanische Reaktion der Flugasche behindert.
Der Nachbehandlung eines Fahrbahndeckenbetons kommt zum Erzielen eines hohen Frost-Tausalz-Widerstandes der fertigen Betondecke eine besondere Bedeutung zu. Bei der Waschbetonbauweise erfolgt die Nachbehandlung in mehreren Schritten. Eine erste Nachbehandlung gewährleistet den Verdunstungsschutz des Betons bis zum Zeitpunkt des Ausbürstens des verzögerten Oberflächenmörtels. Daran schließt sich die zweite Nachbehandlung an, in der Regel durch Aufsprühen eines flüssigen Nachbehandlungsmittels.
Der zweite Nachbehandlungsschritt ist entscheidend für den Frost-Tausalz-Widerstand der Betondecke. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurde daher untersucht, inwiefern durch eine Optimierung der zweiten Nachbehandlung der Frost-Tausalz-Widerstand von Waschbetonoberflächen erhöht werden kann, insbesondere bei Verwendung hüttensandhaltiger Zemente. Schon durch eine einmalige Nassnachbehandlung wurde eine deutlich höherer Widerstand der Waschbetons gegen Frost-Tausalz-Angriff erzielt.
Gemäß dem Regelwerk für Betonstraßen muss für 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 könnten sich Vorteile für die Betonbauweise ergeben. So könnte z.B. der stärker durch Frost beanspruchte Oberbeton mit CEM I hergestellt werden, während Zemente mit höheren Hüttensandgehalten nur im Unterbeton angewendet werden. Im Unterbeton könnten dann Gesteinskörnungen eingesetzt werden, die in einer herkömmlichen CEM I-Rezeptur als AKR-kritisch eingestuft würden.
Anhand von AKR-Performance-Prüfungen konnte die hohe Wirksamkeit hüttensandhaltiger 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 Hüttensand bzw. Hüttensand + Flugasche verringert, bewegte sich aber in jedem Fall noch im günstigen Bereich. Um eine Beeinträchtigung 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 für die frühe Belastung sind derzeit noch in Bearbeitung.
The aim of this study was to investigate the optimization of the strength development of quaternary cements with 50 % clinker by a variation of the particle size distribution of the components GGBFS, fly ash and limestone powder.
By balancing the overall PSD of the cement by using unprocessed fly ash and coarse limestone powder in combination with a very fine GGBFS, the water demand of the resulting quaternary cements remained unaltered, while the compressive strength of the cements was increased significantly after 7d, 28 and 56d. As can be expected, the quaternary cement with 30 wt.% of the fine slag exhibited a stronger strength increase (about 18 % after 28 d) than the cements with only 20 wt.% slag (about 10% after 28d).
Für den Frost-Tausalz-Angriff auf Beton existiert eine Reihe von Schadenstheorien. Drei aktuelle Theorien nehmen für sich in Anspruch, den Schadensmechanismus und insbesondere den Einfluss niedrig konzentrierter Tausalzlösungen auf den Schädigungsgrad gut abbilden zu können. Die Glue Spall-Theorie sowie die Cryogenic Suction-Theorie bieten plausible Ansätze. In Untersuchungen konnten einige Modellvorstellungen bestätigt werden, insbesondere der Prozess des kryogenen Saugens. Ob dieser Vorgang oder die mechanische Glue Spall-Belastung tatsächlich schadensauslösend sind, kann anhand der Untersuchungen jedoch noch nicht zweifelsfrei bestätigt oder ausgeschlossen werden. Die Brine Rejection-Theorie zeigt wichtige Prozesse auf, die für die Schädigung bei einem Frost-Tausalz-Angriff relevant sein können. Als alleinstehendes Modell ist es eher nicht geeignet.
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.
Druckbeanspruchte Bauteile aus Beton können mit zugfesten Umschnürungen von außen verstärkt werden. Mit dieser etablierten Methode konnten axiale Traglast und Duktilität von unzureichend bewehrten Stützen bereits verbessert werden. Es wurde jedoch festgestellt, dass der umschnürte Betonkern dennoch an Festigkeit verliert. Um die Wirksamkeit der Umschnürung zu erhöhen, wird deshalb vorgeschlagen, das umschnürende Material vorzuspannen. Dieser Vorschlag wird insbesondere von der neuen Materialgruppe der Formgedächtnislegierungen inspiriert, die thermisch vorspannbar sind.
Bisher sind die Auswirkungen der Vorspannung einer Umschnürung auf das Tragverhalten von Betondruckgliedern kaum untersucht worden. Diese Lücke wird durch systematische Versuche an Betonzylindern mit vorgespannter Umschnürung aus Stahl und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff geschlossen. Die Abbildung der Versuchsergebnisse durch geeignete Modelle ermöglicht auch Aussagen zum Verhalten von Betondruckgliedern mit Umschnürungen aus anderen Materialien, beispielsweise Formgedächtnislegierungen. Um diese in den Berechnungen zu simulieren, wird eine für das Bauwesen infrage kommende eisenbasierte Legierung in separaten axialen Versuchen charakterisiert und thermisch vorgespannt. Die in der vorliegenden Arbeit entwickelten neuen Modelle orientieren sich im Wesentlichen an zwei Zielen: dem Abbilden des mehraxialen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens des vorgespannt umschnürten Betons und dem Berechnen der Restfestigkeit des Betons.
Die durchgeführten Versuche und Parameterstudien auf Basis der Modelle zeigen: Die Vorspannung der Umschnürung beeinflusst vor allem die Restfestigkeit des Betons wesentlich. Die gewonnenen Erkenntnisse und neuen Methoden können eingesetzt werden, um das Tragverhalten von Betondruckgliedern mit Umschnürungen aus Stahl, faserverstärktem Kunststoff oder Formgedächtnislegierungen zu bewerten.