Baustoff und Konstruktion

Waren Architekt und Bauingenieur ebenso wie Werkstoff und Konstruktion lange Zeit eine Einheit, haben sich diese im Laufe der Zeit mit steigenden Ansprüchen und technischen Möglichkeiten auseinanderentwickelt. Für die Konstruktionsplanung existieren Werkstoffe im Bauwesen primär als Rechenkennwerte. In jüngster Zeit sind Anforderungen an Gebäude und Bauteile bzw. Bauprodukte sprunghaft angestiegen, weshalb den Wechselwirkungen von Werkstoff und Konstruktion vermehrt Beachtung zu schenken ist. Die Gründe dafür sind nicht zuletzt in der künftig erforderlichen ganzheitlichen, lebenszyklusorientierten Planung zu suchen. Dieser ganzheitliche Ansatz muss künftig auch verstärkt in die Lehre Eingang finden, wenn die Universitäten ihrer Verantwortung gerecht werden wollen.

Der Beitrag bietet einen Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen der Verkehrsinfrastruktur.

Doch nach welchem Standard, nach welcher Methodik geht man vor? Schon die am Markt verfügbaren Bewertungssysteme weisen eine unglaubliche Vielfalt auf. Soll man ein deutsches oder ein international eingeführtes System wählen, welche Vorstellung zur Qualität, zum baulichen Standard hat der Kunde, hat der Nutzer? Diese müssen dann noch mit den öffentlichen Anforderungen und den künftigen Entwicklungen der Gesetzgebung und Normung korrespondieren

Für das Erhaltungsmanagement von Infrastrukturanlagen werden zunehmend stochastische Prozessmodellierungsmethoden, wie beispielsweise Gamma-Prozesse, in Betracht gezogen. Gamma-Prozessansätze können für Strukturen auf klassische Informationen aus visuellen Inspektionen, wie z.B. Rissbildung, Durchbiegungen, aber auch auf oberflächennahe Dehnungs- oder Spannungsentwicklungen angewandt werden, und erlauben die Entwicklung von Prognosemodellen als effektive Entscheidungsbasis für optimierte Inspektionsintervalle und Erhaltungsmaßnahmen. In diesem Beitrag wird unter anderem auf Basis der Analysen der Materialeigenschaften während und nach dem Abbruch einer Spannbetonbrücke die Möglichkeiten der Gamma-Prozessansätze (in Bezug auf visuelle Inspektionen) zur Erfassung der inneren mechanischen Veränderungen, wie z.B. aufgrund von Spannstahl-Korrosionsprozessen, geprüft. Eine ausgeprägte Korrelation zwischen den Gamma-Prozessansätzen und den inneren mechanischen Eigenschaften der Struktur bildet die Basis für (a) eine quantitativ gut erfassbare Restlebensdauer, (b) die Optimierung der Inspektionszeiträume, (c) die Identifizierung für den Gesamtzustand kritischer Bauteile, und (d) somit eine wirtschaftliche Erhaltung.

This paper presents an approach for optimum structural damage detection planning under uncertainty. The uncertainties associated with damage occurrence, propagation and inspection are considered in the proposed approach. Optimum damage detection plan is a solution of a bi-objective optimization under uncertainty consisting in simultaneously minimizing the damage detection delay and the total inspection cost. The Pareto solution associated with optimum damage detection planning under uncertainty provides the optimum type of inspections and inspection times. The proposed approach can be applied to a wide rang of civil infrastructure systems under various deterioration mechanisms including corrosion and fatigue.

Industrienationen benötigen große Mengen an elektrischer Energie. Deren Erzeugung sollte wirtschaftlich, zuverlässig sowie in hohem Maße ökologisch nachhaltig sein. Bei allen modernen Kraftwerkstechniken spielen Bauleistungen eine wichtige Rolle. Das energiearme Deutschland wird nach dem Ausstiegsbeschluss aus der Kernenergie noch lange bedeutende Anteile seiner Elektrizität (Grundlast!) aus fossilen Brennstoffen generieren. Hierbei benötigt man Naturzugkühltürme zur Erzielung hoher Gesamtwirkungsgrade, sie sorgen für die umweltverträglichste Abführung der Restwärme. Eine völlig andere Energiebasis werden sich Industrieländer im Wüstengürtel der Erde schaffen müssen: Solarstrom. Für sie liefern solare Aufwindkraftwerke nach heutigem Kenntnisstand die wirtschaftlichste Elektrizität, ohne ökologisch nachteilige Folgen. Einen Beitrag der Bautechnik zu beiden Kraftwerksarten skizziert dieser Aufsatz.

Anhand von Ergebnissen aus einer langjährigen Prüf- und Forschungstätigkeit auf dem Gebiet der Betonstähle wird das aktuelle Qualitätsniveau der praxisrelevanten Werkstoffeigenschaften vorgestellt und nach der neuen DIN 488 : 2009-08 bewertet. Es werden Produkte unterschiedlicher Herstellung und Lieferform erfasst. Im Besonderen werden die Ergebnisse von Dauerschwingversuchen hinsichtlich der Absolutwerte, der betonstahlspezifischen Einflussgrößen und schließlich hinsichtlich des statistischen Aus- und ewertungsverfahren diskutiert.

Nichtrostende Bewehrung wird in zunehmendem Maße eingesetzt, um besonders hohe Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ausgewählter Stahlbetonkonstruktionen zu erfüllen. Dies gilt beispielsweise für Infrastrukturbauten, die für eine Lebensdauer von mehr als 100 Jahren ausgelegt werden, und die gleichzeitig speziellen Umweltbeanspruchungen durch Salze ausgesetzt werden. Sofern die Anwendung gezielt auf die am stärksten exponierten Bauteile begrenzt ist, können reduzierte Totalkosten (,,life-cycle-costs”) erwartet werden, obwohl dieser Stahltyp im Ausgangspunkt wesentlich teurer ist.Der Beitrag gibt einen Überblick zu Material und zum Stand der Normung. Weiterhin wird auf Besonderheiten hinsichtlich der Anwendung hingewiesen.

Der Einfluss der Feuerverzinkung auf die Schwingfestigkeit von Stahl ist gravierend. Eine Auswertung hier erzielter Versuchsergebnisse entsprechend gültigem Regelwerk liefert ertragbare Schwingweiten, die an der Grenze des durch die Wöhlerlinie der Baunorm abgedeckten Bereichs liegen. Ein Korrosionsschutz durch Feuerverzinkung schwingbelasteter Stahlbauteile erscheint daher nicht ratsam, zumindest dann nicht, wenn nicht nachgewiesen ist, dass das Zusammenwirken von Schmelze, Werkstoff und Spannungszustand zu keiner Schädigung des Oberflächenzustands führt.

Die chloridinduzierte Korrosion von Stahl in Beton stellt nach wie vor eine der vornehmlichsten Einschränkungen für Stahlbetonbauwerke in Hinblick auf Ihre Dauerhaftigkeit dar. Im vorliegenden Beitrag werden Untersuchungen und deren Ergebnisse dargestellt, deren Ziel es ist, eine grundlegende Datenbasis für die Modellierung der aktiven Schädigungsphase des Bewehrungsstahls in chloridkontaminiertem Beton zu schaffen. Im Fokus steht hierbei die zeitliche Veränderung der Oberflächenmorphologie der aktiv korrodierenden anodischen Teilbereiche. Die Untersuchungen zeigen, dass es mit Hilfe modernster Oberflächenanalyseverfahren möglich ist, Aussagen zum zeitlichen Verlauf der korrosionsbedingten Schädigung des Stahls in Abhängigkeit verschiedener Randbedingungen zu treffen. Während für das Wachstum korrodierender Oberflächenbereiche mit einer Spanne von 150 bis 480 mm

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/a eine deutliche Abhängigkeit von den Randbedingungen vorliegt, kann dies für die zeitliche Entwicklung der maximalen Schädigungstiefe nicht eindeutig festgestellt werden.

Aufgrund der sich immer weiter entwickelnden Technik beim maschinellen Vortrieb im Tunnelbau, nimmt der Anteil an Tunneln in Tübbingbauweise stark zu. Der für die Fertigteile einzusetzende Beton muss immer höheren Anforderungen genügen. Wasserdrücke bis 100 m und starker chemischer Angriff sind, neben den sich aus der Verarbeitung und Verdichtung ergebenden Eigenschaften, zu erfüllende Anforderungen aus der modernen Tunnelbautechnik. Am Beispiel eines Großtunnels werden in diesem Beitrag die Besonderheiten der Entwicklung eines Tübbingbetons bezüglich einer Betonrezeptur zur Erzielung von hoher Widerstandsfähigkeit gegen Sulfat, niedriger Hydratationswärme und geringem Schwinden für eine hohe Formtreue zur Einhaltung der erforderlichen Toleranzen, vorgestellt. Zudem konnte mit Hilfe von Kriechversuchen ein Nachweis für den effektiven Elastizitätsmodul dieses Sonderbetons geführt werden, um den Anteil der sich aus der rein elastischen Betrachtung ergebenden Spaltzugbewehrung zu reduzieren. Die gewählten Maßnahmen mündeten erfolgreich in einer Zustimmung im Einzelfall durch den Auftraggeber.

Bei Offshore-Windenergie-Anlagen (OWEA) ergeben sich hohe Anforderungen an Betone gleich in mehrfacher Hinsicht: eine hohe Festigkeit, insbesondere unter Ermüdungsbeanspruchung sowie eine hohe Dauerhaftigkeit, bei Meerwasserbeanspruchung, insbesondere gegen Chloridmigration, müssen auch unter schwierigen Offshore-Betonagebedingungen sicher erreicht werden, wozu eine selbstverdichtende Frischbetonkonsistenz erforderlich ist. Eine besondere betontechnologische Herausforderung stellt die zuverlässige Ausführung von kraftschlüssigen Gussknoten, sogenannte ,,Grouted Joints”, mit Hochleistungsmörteln und -betonen dar. Im folgenden Beitrag werden darüber hinaus auch Fragen andiskutiert, wie die Funktionsfähigkeit solcher Verbindungen überprüft werden kann und wie mit Hilfe mineralischer Systeme die Stahlbauteile vor Korrosion geschützt werden können.

Nach etwas mehr als vier Jahren Bauzeit wurde am 24. November 2005 das phæno Science Center in Wolfsburg eröffnet. Die Architektin Zaha Hadid konzipierte das Bauwerk als begehbare Skulptur mit meist trichterförmigen asymmetrischen Cones, die den Baukörper tragen und teilweise vom Tiefgeschoss über die sogenannte Plaza-Ebene bis in die Ausstellungsebene reichen. Bei der Realisierung dieses Entwurfs kam zum ersten Mal in Deutschland selbstverdichtender Beton (SVB) für ein Großprojekt zum Einsatz. Dafür war eine Zustimmung im Einzelfall erforderlich, die die Oberste Bauaufsichtsbehörde Niedersachsens auf Grundlage eines Fachgutachtens von Prof. Dr.-Ing. Harald Budelmann erteilte.

In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM), Kaiserslautern wurde ein neuartiges Verfahren zur Richtungsanalyse von Fasern in Beton entwickelt. Das Verfahren basiert auf der Analyse von 3D-Computertomographie-Aufnahmen des zu untersuchenden Probekörpers. Neben der Analyse von Fasern ist es möglich, Fehlstellen wie Risse, Luftporen und Faserauszugskanäle zu detektieren.Basierend auf den Erkenntnissen aus ersten Machbarkeitsstudien wurde dieses Verfahren stetig weiterentwickelt und es wurden neue Anwendungsfelder in der Forschung erschlossen.Zur Beobachtung des Faserauszugverhaltens wurde ein neuartiger Versuchsaufbau entwickelt, der eine genauere Untersuchung des Nachrissverhaltens von faserverstärkten Betonen ermöglichen soll.

SHCC ist ein moderner Faser verstärkter Werkstoff, der nach einer Dehnungsverfestigung ein maximales Dehnvermögen von bis zu 5% besitzt. Diese enorme Dehnung wird durch Mikrorissbildung in der zementgebundenen Matrix erreicht. In diesem Beitrag wird gezeigt, dass die mittlere Rissbreite nahezu unabhängig von der aufgezwungenen Dehnung ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass breitere Risse entstehen, steigt aber mit zunehmender Dehnung. Ist ein Bauteil während seiner gesamten Nutzungsdauer einer trockenen, nicht aggressiven Umgebung ausgesetzt, so kann das maximale Dehnvermögen voll genutzt werden. Ist dagegen ein Bauteil ständig oder periodisch einer aggressiven Umgebung ausgesetzt, so ist nur eine verminderte Dehnung zulässig, da Wasser oder salzhaltige wässrige Lösungen in den gerissenen Werkstoff eindringen können. In diesem Beitrag wird eine Relation zwischen der Rissverteilung und der Beständigkeit aus Messdaten ermittelt.

Superabsorbierende Polymere (SAP) verfügen über spezifische Eigenschaften, die ihre Nutzung als neuartige, multifunktionale Betonzusatzmittel ermöglichen. Ein wichtiges Anwendungsfeld ist die innere Nachbehandlung von zementgebundenen Werkstoffen mit geringem Wasser-Bindemittelwert. Über das Betonvolumen verteilte SAP-Partikel geben gespeichertes Wasser an die umgebende, selbstaustrocknende Zementmatrix ab und reduzieren hierdurch das autogene Schwinden sowie die damit einhergehende Rissbildungsgefahr. Des Weiteren können die SAP stabile Luftporensysteme im Betongefüge erzeugen, was zur Steigerung des Frost-Tausalz-Widerstandes des Betons führt. Neben einer Erläuterung dieser möglichen Anwendungsfelder gibt der Aufsatz weitere Beispiele, die das große Potential von SAP als Zusatzmittel für die moderne Betontechnologie verdeutlichen.

Bei der Herstellung handelsüblicher PCC (polymer modified cement concrete) werden Polymerdispersionen auf petrochemischer Basis verwendet. Ziel des vorgestellten Forschungsvorhabens ist der anwendungsorientierte Austausch dieser petrochemischen Bestandteile durch nachwachsende Rohstoffe. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass dies nicht nur möglich ist, sondern bei geeigneter Auswahl der Monomerkombinationen auch zu einer Verbesserung der Festigkeitseigenschaften und insbesondere der Gefügestruktur der PCC führt.

Die Großmarkthalle in Frankfurt am Main ist ein bedeutendes historisches Bauwerk. Die innovative Konstruktion des Daches in Form von Tonnengewölben und die gewaltigen Abmessungen der tragenden Stahlbetonrahmen ermöglichten eine Grundfläche von rund 11.000 m

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bei einer Höhe von bis zu 23 m. Die Großmarkthalle wird im Zuge des Neubaus der Europäischen Zentralbank (EZB) umgenutzt und instand gesetzt, zudem wird sie die öffentlichen Funktionen der EZB aufnehmen, u.a. Lobby, Besucherzentrum, Konferenzbereich, Mitarbeiter-Restaurant, Cafeteria und eine Bibliothek. Außerdem bildet sie den Zugang zu dem 185 m hohen Doppel-Büroturm.

Seit einigen Jahren werden Rissbildungen in Betonfahrbahndecken immer wieder mit Alkali-Kieselsäure-Reaktionen (AKR) in Verbindung gebracht. Für diese Risse kommen jedoch verschiedene Einwirkungen in Betracht, die bei einer ganzheitlichen Betrachtung nicht vernachlässigt werden dürfen. In umfangreichen Untersuchungen an verschiedenen Streckenabschnitten mit und ohne Rissen wurde sowohl anhand von Rissaufnahmen und Recherchen in den Bauwerksakten als auch anhand von einschlägigen Untersuchungen an Bohrkernen den Rissursachen und insbesondere den Einflüssen einer AKR hierauf nachgegangen. Dabei zeigte sich, dass in den meisten Fällen eineÜberlagerung und Interaktion verschiedenster Einflüsse aus thermischen / hygrischen Zwangsbeanspruchungen, Verkehrsbelastung und / oder AKR für die Rissbildung verantwortlich waren.

Hintergrund der im Folgenden vorsorglich durchgeführten Untersuchungen sind Betonschäden an Fahrbahndecken, die etwa in den letzten 10 Jahren bundesweit verstärkt aufgetreten sind und an deren Schadensursache eine schädigende Alkalireaktion (AKR) maßgeblich beteiligt war. Zudem wurde in der letzten Zeit vermehrt über Alkalischäden an Fahrbahndecken berichtet, bei denen ein äußerer Alkalieintrag zur schädigenden Alkalireaktion geführt hat und bei denen man davon ausgeht, dass die Schädigung ohne äußere Alkalizufuhr nicht aufgetreten wäre. An einem süddeutschen Flughafen kommen unter anderem Taumittel auf Acetat- und Formiatbasis zum Einsatz. Diese Taumittel können im Zusammenhang mit dem Ablauf der AKR eine nennenswerte äußere Alkalizufuhr in den Beton darstellen. Im Zusammenwirken mit einer starken dynamischen Beanspruchung der Betonbauteile liegen jedoch keine ausreichenden Erfahrungswerte zur Beurteilung vor, so dass die Alkali-Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) [

1

] im Anwendungsbereich von Flugplätzen zur Bewertung der Einwirkung und zur Festlegung vorbeugender Maßnahmen in jedem Fall die Einschaltung einer besonders fachkundigen Person vorsieht (Gutachterlösung).

Betone aus drei Typen langsam reagierender Gesteinskörnungen wurden in der Nebelkammer bei 40

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C für 560 Tage gelagert. Die Gesteinskörnungen waren Grauwacke, Quarzporphyr und Edelsplitt des Oberrheins. Der verwendete Zement hatte ein Na

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O-Äquivalent von 1,24 M.-%. Der statische und der dynamische Elastizitätsmodul wurden in bestimmten Intervallen gemessen. Es hat sich gezeigt, dass der dynamische E-Modul sich mit der Lagerungsdauer nur wenig ändert, dass aber der statische E-Modul deutlich davon abhängt. Es wird vorgeschlagen, das Verhältnis der zwei Moduln als Maß für die AKR-Schädigung zu verwenden.

Oft werden zur Klärung von Schadensfällen moderne chemisch-mineralogische Analysemethoden herangezogen, da Erkenntnisse aus der Vor-Ort Begehung für die Schadensklärung nicht immer ausreichen. Dieser Beitrag erläutert anhand eines Beispiels Möglichkeiten und Grenzen einiger häufig eingesetzter Analysemethoden. Beim Beispiel handelt es sich um Schäden an einer Fußgängerbrücke. Sie wies weiße Verfärbungen und Risse an der Bodenbeschichtung auf. Es wurde festgestellt, dass Komponenten verwendet wurden, die nicht aufeinander abgestimmt waren. Die weißen Verfärbungen und Risse waren nur in der oberflächennahen Versiegelungsschicht zu finden. Sie sind die Folge von Witterungseinflüssen wie Regen und UV-Licht auf ein nicht abgestimmtes Komponentensystem aus Versiegelung und Grundierung.

Die Erhaltung kulturhistorischer Bausubstanz gewinnt in der heutigen schnelllebigen Zeit zunehmend an Bedeutung. Historische Bauwerke lassen als Folge eines natürlichen atmosphärischen Angriffs sowie durch die Einwirkung anthropogener Luftverunreinigungen Verwitterungserscheinungen, auch verstärkt im Bereich der Mörtelfugen, erkennen. Die Dauerhaftigkeit von Mauerwerksinstandsetzungen, gerade im Bereich der Mörtelfugen, ist abhängig von den physikalisch-mechanischen und mineralogisch-chemischen Eigenschaften der verwendeten Mörtel und deren Verträglichkeit mit der im Objekt vorhandenen Originalsubstanz. Da die in früherer Zeit verwendeten Baustoffe in ihrer ursprünglichen Form nicht mehr verfügbar sind, müssen heute zwangsläufig moderne Mörtelkomponenten für die Herstellung von Instandsetzungsmörteln verwendet werden. Als Mörtelbindemittel wird bei der Instandsetzung historischer Bausubstanz überwiegend auf in EN 459-1 genormte Kalke zurückgegriffen. Die neue genormte Gruppe der Formulierten Kalke (FL) eröffnet durch die Komponentenvielfalt ein breites Anwendungsspektrum.

Die derzeitig übliche Bemessung zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerken erfolgt über die Berücksichtigung deskriptiver Regeln. Diese expositionsabhängig definierten Regeln sind historisch gewachsen, d.h., sie basieren i.d.R. auf Erfahrungswerten. Mit Modellen, die Transportverläufe mit zufriedenstellender Genauigkeit probabilistisch beschreiben, können heute aber die tatsächlich, mit diesen Regeln erzielbaren Zuverlässigkeiten gegenüber dauerhaftigkeitsrelevanter Umwelteinwirkungen berechnet werden. Die berechneten Zuverlässigkeiten zeigen, dass die derzeitigen Regeln z.T. zu unwirtschaftlichen, z.T. aber auch zu unsicheren Konstruktionen führen. Diese Erkenntnisse legen eine kritische überprüfung der derzeitigen deskriptiven Regeln nahe. Am Beispiel der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion wird eine mögliche Anpassung der Regeln vorgeschlagen. Hierbei wird neben der bereits definierten und klassifizierten Einwirkung (= Expositionsklasse) auch der Materialwiderstand definiert und klassifiziert (= Widerstandsklasse). So kann in Abhängigkeit von Sicherheitsbedürfnis, Expositionsklasse und Widerstandsklasse die Betondeckung gewählt werden.

Nachrechnungen bestehender Brückenbauwerke auf Basis des aktuellen Normenstands zeigen in vielen Fällen, dass die rechnerischen Querkrafttragwiderstände entscheidend für die Belastbarkeit des Tragwerks sind. Zur Ermittlung der wahren Tragreserven sind die normativ vorgegebenen Ansätze zur Bestimmung der Querkrafttragfähigkeit jedoch nur bedingt geeignet, da verschiedene brückenbauspezifische Randbedingungen, insbesondere bei vorgespannten Brücken, nicht erfasst werden. In objektspezifischen Untersuchungen ist die Bestimmung der Querkrafttragwiderstände mit erweiterten Ansätzen möglich. Im vorliegenden Beitrag werden hierzu verschiedene rechnerische Ansätze vorgestellt und Unterschiede anhand eines typischen Beispiels aufgezeigt.

Die Wirkungsweise einer aufgeklebten Biegezugverstärkung kann aufgrund der umfangreichen Forschung der letzten Jahrzehnte nun gut beschrieben werden. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei der Verbund zwischen Beton und aufgeklebter Bewehrung, welcher durch die mäßige Zugfestigkeit der oberflächennahen Betonschichten charakterisiert wird. Dieser Aufsatz gibt einen historisch orientierten Abriss der Entwicklung des derzeitigen Kenntnisstands zur mechanischen Beschreibung der Wirkungsweise der aufgeklebten Bewehrung an. Dazu wird zunächst auf das Verbundverhalten der aufgeklebten Bewehrung sowie die übertragung auf das Bauteil und danach auf den weiteren Einfluss des Verbundes auf das Bauteilverhalten eingegangen.

Die Erhöhung der Verbundbruchkraft durch die vorgeschriebene Endverankerung mittels Bügelumschließungen wurde innerhalb eines Forschungsvorhabens am iBMB untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Entkopplung der kohlenstofffaserverstärkten Kunststofflamellen (CFK- Lamelle) von der Umschließung ein selbstinduzierter Anpressdrucks aufgebaut wird, welcher eine Steigerung der Verbundbruchkraft zur Folge hat. Aus experimentellen Versuchen mit unterschiedlichen Umschließungsarten und Lamellengeometrien konnte ein Ingenieurmodell entwickelt werden, mit dem die Steigerung der Verbundbruchkraft berechnet werden kann.

DIN EN 1996-1-1 [

1

] (EC6) ,,Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten - Allgemeine Regeln für bewehrtes und unbewehrtes Mauerwerk” [

1

] soll in Verbindung mit den zugehörigen nationalen Anhang DIN EN 1996-1-1/NA [

2

] Mitte des Jahres 2012 in Deutschland bauaufsichtlich eingeführt werden. Wegen erheblicher Unterschiede von [

1

] und derzeitig gültiger deutscher Regelungen wird in DIN EN 1996-1-1/NA [

2

] für einzelne Anwendungen bewehrten Mauerwerks auf Regelungen allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassungen (ABZ) verwiesen (z. B. [

5

,

6

]). Die inhaltliche Aufnahme dieser Regelungen in [

2

] war nicht möglich, weil von EC6 abweichende bzw. widersprechende Inhalte in [

2

] nicht enthalten sein dürfen. Am Beispiel der rechnerischen Schubtragfähigkeit in Deutschland häufig verwendeter Flach- und Fertigteilstürze aus bewehrtem Mauerwerk werden von EC6 abweichende Regelungsinhalte aufgezeigt und bewertet. Die Ergebnisse werden wie folgt zusammengefasst:

$$\bullet $$

Zur Berechnung der Schubtragfähigkeit bewehrten Mauerwerks mit Druckkräften in Richtung der Lagerfugen, wird die Mauerwerksdruckfestigkeit parallel zu den Lagerfugen

$$f_{k,\Vert }$$

benötigt. Entsprechende Zahlenwerte liegen in Deutschland nur für wenige Stein - Mörtel - Kombinationen vor. Die Angabe weiterer Werte wird dadurch erschwert, dass die Deklaration der festigkeitsbestimmenden Steinlängszugfestigkeit in europäischen Stein-Normen nicht vorgesehen ist (z.B. DIN EN 771-2:2005-05 [

4

]).

$$\bullet $$

Die Konstruktionsregeln von Flachstürzen nach [

1

] fordern wesentlich größere Bauteilabmessungen als die Regelungen der ABZ [

5

], obwohl nach [

5

] herzustellende Flachstürze in Deutschland schon lange erfolgreich eingesetzt werden.

$$\bullet $$

Die Schubtragfähigkeit bewehrter Fertigteilstürze hängt von der Schubschlankheit ab. Dies wird von EC6 [

1

] nicht berücksichtigt. Die Folge sind deutlich geringere rechnerische Schubtragfähigkeiten als nach ABZ (siehe z.B. [

6

]). Bei überarbeitungen von [

1

] sollten bestehende Unstimmigkeiten geprüft und, nach entsprechenden änderungen, zukünftig eindeutige Regelungen geschaffen werden.

Ground Penetrating Radar (GPR) measurements have been conducted on three different massive bridges for their condition survey. Novel methods of data analysis, interpretation and representation have been presented. The results show that GPR measurements provide data useful to detect inner geometrical properties (layer numbers and thicknesses) of massive structural elements accessible only from outside; cleavages, humidity and the presence of chloride ions in massive structural elements in natural stone masonry and concrete. 2D and 3D cartography representations of the extent and depth of cleavages can be produced using GPR results combined with complementary investigation. The application of the peak to peak methodology on the GPR dataset produced three different maps to represent chloride contamination, humidity and concrete cover thickness of a bridge deck slab.

Zur Instandsetzung feuchtegeschädigten Mauerwerks werden Feuchteschutzmaßnahmen gesucht, die der Ursache der Schädigung entgegenwirken. Um den Feuchtezustand betroffener Bauteilbereiche zu erkunden, kommen zumeist die Probenahme mit gravimetrischer Materialfeuchtebestimmung und einfache elektronische Feuchtemessgeräte zum Einsatz. Zur Analyse der sich abhängig von Bodenfeuchteverhältnissen, von Witterung und von Art und Intensität der Nutzung angrenzender Räume einstellenden Feuchteverteilung im Bauteilinnern, bedarf es jedoch aussagekräftigerer Feuchtemessverfahren, mit denen die Feuchtezustände sich auch kontinuierlich erfassen lassen. Kritische Feuchtelasten können dann festgestellt und unverzüglich solche Maßnahmen eingeleitet werden, mit denen die Feuchtezustände in den gefährdeten oberflächennahen Bauteilschichten auf ein akzeptables Niveau gesenkt würden. Hierzu wird seitens der Verfasser das TDR Feuchtemessverfahren eingesetzt, erprobt, auf baupraktische Belange angepasst und in rechnergestützte Monitoringsysteme eingebunden.

Korrosionsmonitoring stellt bei Bauwerken, die einer Chloridbeaufschlagung unterworfen sind, seit vielen Jahren eine bewährte Methode zur Überwachung des Chlorideindringens und zur Prognose des Depassivierungszeitpunkts der Bewehrung dar. Die Messprinzipien des Korrosionsmonitorings können auch auf einen lösenden Angriff infolge Säurebeaufschlagung der Betonoberflächen übertragen werden. In diesem Beitrag werden die Grundlagen des Monitorings der Schädigungstiefe bei Säureangriff erläutert und erste Pilotanwendungen vorgestellt.

Durch geeignete Monitoringmaßnahmen sind dauerhaftigkeitsrelevante Eigenschaften sowie Zustands- und Schädigungsgrößen in Stahl- und Spannbetonbauwerken objektiv, repräsentativ und zuverlässig bestimmbar. Dadurch können geeignete Erhaltungsmaßnahmen rechtzeitig ergriffen und wirtschaftlich optimiert durchgeführt werden. In diesem Beitrag wird ein Messtechnikpaket mit verschiedenen neuartigen sensorbasierten überwachungsmethoden für das Dauerhaftigkeits- und Korrosionsmonitoring von Betontragwerken vorgestellt. überwachungsgrößen sind dabei die Permeabilität, die Feuchte, der freie Chloridgehalt und die Korrosionsgefahr im Beton. Der Schwerpunkt liegt in der Erörterung des aktuellen Standes der Forschung mit den Messgrundlagen, wesentlichen Erkenntnissen und Weiterentwicklungen dieser am iBMB der TU Braunschweig entwickelten Einbausensorik.

Low-strain Integritätsprüfungen nach der Hammerschlagmethode werden heutzutage standardmäßig zur Qualitätssicherung von Betonpfahlgründungen eingesetzt. Durch einen Schlagimpuls eines speziellen Hammers auf die Oberfläche des Pfahlkopfes wird eine Dehnwelle eingeleitet, die in der Folge den Pfahl axial durchläuft und bei Unregelmäßigkeiten an dessen Querschnitt oder Steifigkeitswechsel des Pfahles und/oder des Bodens teilweise reflektiert wird. Aus den Reflektionen der Dehnwelle an Impedanzänderungen des Pfahles können Rückschlüsse auf dessen Ort entlang der Pfahlachse gegeben werden. Diese Laufzeiten der Dehnwelle sind theoretisch als rein materialabhängig definiert. Um Aufschlüsse Über die Laufzeitentwicklung unterschiedlicher Pfahlbetone zu untersuchen, wurden Pfähle mit unterschiedlichen Betonrezepturen hergestellt und beprobt. Zur näheren Untersuchung des Einflusses der Pfahlqualität und des Betonalters auf die Wellengeschwindigkeit wurden zusätzlich labortechnische Untersuchungen (Druckfestigkeit, dyn. E-Modul, usw.) an Laborproben durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass eine Einteilung von Ortbetonpfählen in Ergebnisklassen bei Integritätsprüfungen stark vom Hydratationsgrad des verwendeten Pfahlbetons abhängt und die Einschätzung der Gebrauchstauglichkeit nach den Empfehlungen des Arbeitskreises Pfähle einer ingenieurwissenschaftlichen Interpretation bedarf.

In diesem Beitrag werden Untersuchungsergebnisse vorgestellt, die den Einfluss von Mikrosilica auf die Selbstaustrocknung und das damit verbundene autogene Schwinden der Bindemittelmatrix von Hochleistungsbetonen beschreiben. Die dadurch hervorgerufenen Schädigungsprozesse wurden mit Hilfe von zerstörungsfreien Prüfmethoden verfolgt. Dabei zeigte sich, dass eine durch äußeren Zwang bedingte Mikrorissbildung durch Schallemissionsanalyse detektiert werden kann.

Ein neu entwickelter Versuchsaufbau wurde zusammen mit einer optimierten Schalung genutzt, um auf das Verbundverhalten glatter dünner Stahlfasern zu studieren. Den Schwerpunkt der Untersuchung bildeten Versuche zu verschiedenen betontechnologischen Einflüssen wie Wasserzementwert, Flugaschegehalt und die verwendete Gesteinskörnung. Letztere ruft neben dem Wasserzementwert die deutlichsten Unterschiede hervor.

Die zunehmende Bedeutung der Zerstörungsfreien Prüfung im Kontext von Qualitätssicherung und Nachhaltigkeit erfordert neue Konzepte der Ausbildung an den deutschen Hochschulen. Der Artikel beschreibt den Rahmen, in dem sich diese Ausbildung bewegen muss und insbesondere die Anforderungen an Universitätsabsolventen im Vergleich zum nicht-akademischen Prüfpersonal. Interfakultative Lehrveranstaltungen (beispielsweise für Studierende des Bau- oder Maschinenwesens) befördern den interdisziplinären Charakter des Faches. Die Einrichtung des neuen Lehrstuhls für Zerstörungsfreie Prüfung an der Technischen Universität München im Jahr 2010 bot die Gelegenheit, neue Konzepte zu entwickeln und umzusetzen. Die Abbildungen in diesem Artikel dienen lediglich der Illustration und zeigen typische Geräte und Prüfaufgaben.

The building industry is a big consumer of raw materials and energy. Therefore, industrial activities have a huge environmental impact. Growing and developing societies and economies, however, do need buildings and infrastructure. The question is how the needs of these societies and economies can be accomplished without compromising the ability of future generations to meet their needs [

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]. In this paper the urgency of the situation is explained. Comprehensive models, with which the entire building cycle can be simulated, would enable engineers to analyze the building and construction process with respect to the demand for raw materials and energy, maintenance and repair, renovation and retrofitting and, finally, recycling and reuse of materials and/or structural components. Multiscale modeling of the entire building process has the potential to contribute substantially to sustainable solutions of this societal problem.

Im Bauwesen ist die Ermittlung von Versagenswahrscheinlichkeiten heute Stand von Wissenschaft und Technik. Tatsächlich wurden und werden aber auch in anderen Ingenieurbereichen Versagenswahrscheinlichkeiten in veränderter Form ermittelt. In der Nukleartechnik spricht man häufig von Fragilities. Im Rahmen dieses Beitrages sollen beide Verfahren, also die direkte Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeiten im Bauwesen und die vereinfachte Ermittlung der Fragilities, verglichen werden. Dieser Vergleich wird abschliessend bewertet.

Dieser Aufsatz verfolgt das Ziel, der Fachwelt nahezubringen, warum immer wieder neue Kriechmodelle in der Literatur und in Normen auftauchen und warum das Kriechen von Beton, allen Anstrengungen zum Trotz, immer noch nicht erschöpfend erforscht ist. Dabei wird der Bogen von den Anfängen vor über 100 Jahren bis heute gespannt. Es wird gezeigt, wie und warum sich bestimmte Modellansätze entwickelt haben und später wieder verworfen wurden. Aber auch der aktuelle Kenntnisstand wird dargestellt und diskutiert. Alle angegebenen Beziehungen sind dabei bewusst einfach und gut nachvollziehbar gehalten, um nicht, wie häufig beim Thema Kriechen, das Interesse des Lesers zu verlieren. Dieses Thema ist nämlich gleichermaßen wichtig für die Praxis wie spannend für die Wissenschaft. Obwohl der mit diesem Aufsatz Geehrte wie nur wenige in der Materie steckt, hofft der Verfasser, auch einige Aspekte dargelegt zu haben, die zumindest im aufgezeigten Kontext selbst dem Jubilar neu sind.

Im folgenden Aufsatz wird ein Modell entwickelt, mit dem die numerische Analyse von Transport- und Reaktionsprozessen möglich ist, die die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauwerken beeinflussen. Das hier vorgestellte Modell beschreibt das mechanische Verhalten bei vorgegebenen Einwirkungen, die Transportmechanismen, die chemische Reaktionen sowie deren Kopplung. Hiermit ist die Untersuchung von ausgewählten Alterungsprozessen und die Prognose der Zustandsentwicklung infolge einzelner oder mehrerer kombinierter Degradationsmechanismen möglich. Neben dem schematischen Aufbau des Modells werden die Erhaltungsgleichungen sowie die verwendeten Materialmodelle vorgestellt. An einem Fallbeispiel wird der Chlorideintrag in einen Stahlbetonbrückenquerschnitt numerisch simuliert, um die Einsatzmöglichkeiten des Modells aufzuzeigen.

In Deutschland liegen z.Zt. alle Deponien für sehr gefährliche Abfälle in ehemaligen Salzbergwerken. Wenn in solche Bauwerke Lösungen eindringen, können vorhandene mineralische Baustoffe, z.B. Salzbeton, angegriffen werden. Wegen der langen Zeiträume, über die der Abfall abgeschirmt werden muss, kann das Korrosionsverhalten entsprechender Bauteile nicht ohne die Hilfe von rechnerischen Simulationsverfahren prognostiziert werden. Der Beitrag beschäftigt sich zuerst mit der rechnerischen Dauerhaftigkeitsprognose für Bauteile aus mineralischen Baustoffen. Dargestellt wird die Struktur entsprechender transport-reaction Modelle, die Schwerpunkte aktueller Forschung und die speziellen Anforderungen bei Simulationsberechnungen in salinaren Systemen. Dauerhaftigkeitssimulationen müssen mit experimentellen Untersuchungen kombiniert werden, um die korrekte Funktion der Algorithmen und der zugrundeliegenden Daten in dem jeweiligen System aus Baustoff und angreifendem Medium nachzuweisen. Im zweiten Teil des Beitrages werden deshalb zunächst eine Reihe von Untersuchungen vorgestellt, die durchgeführt wurden um zu prüfen, ob das Simulationsverfahren Transreac geeignet ist, Korrosionsreaktionen von Salzbeton im Kontakt mit salinaren Lösungen zu simulieren. Dies umfasst die Simulation der chemischen Zusammensetzung der sogenannten IP21-Lösung, Simulationen mit verschiedenen Mischungsmodellen für die C-S-H-Phase, die Simulation des Ausgangs-Phasenbestandes von unkorrodiertem Salzbeton, die Simulation des Reaktionspfades von Salzbeton mit IP21-Lösung im Kaskadenversuch der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit und die Simulation von Labor-Korrosionsversuchen mit Salzbeton und IP21- bzw. Q-Lösung. Abschließend werden Ergebnisse von Simulationen zum Langzeitverhalten von Salzbeton in salinarer Umgebung vorgestellt. Dies umfasst zunächst Berechnungen der Korrosionstiefe bei diffusivem Eindringen salinarer Lösung über 10 000 Jahre. Desweiteren wurde die Veränderung der Permeabilität von Abdichtbauwerken aus Salzbeton bei Durchströmung mit IP21-Lösung, gesättigter NaCl-Lösung und halbgesättigter NaCl-Lösung über einen Zeitraum von 25 000 Jahren untersucht.

Die Kombination moderner numerischer Simulationsverfahren und CAE-gestützter Optimierungsmethoden ermöglicht eine sehr effiziente virtuelle Produktentwicklung. Die Untersuchung verschiedener Variationen von Eingangsparametern ist per Simulation in einem Bruchteil des vergleichbaren experimentellen Aufwands durchführbar. Der vorliegende Beitrag zeigt an Hand eines ausgewählten Beispiels den Einsatz simulationsbasierter Optimierungsverfahren und Sensitivitätsanalysen bei der Entwicklung von Bauprodukten auf. Die Dynardo GmbH hat hierfür die Optimierungsplattform optiSLang für Sensitivitätsanalysen, Robustheitsbewertung, Ein- und Mehrzieloptimierung und stochastische Analyse entwickelt.

Ultrahochfester Beton (UHPC) ist ein innovativer Baustoff mit einer hohen Druckfestigkeit und guten Dauerhaftigkeitseigenschaften. Durch Kombination von Stabstahl- und Stahlfaserbewehrung können Zugkräfte effektiv aufgenommen und gleichzeitig sprödes Versagen verhindert werden. Zur Ermittlung der Traglast von Balken werden, aufbauend auf den an Dehnkörpern gewonnenen Erkenntnissen, die Faserwirkung und die Interaktion der Bewehrungselemente für den maßgebenden gerissenen Querschnitt in einem eigenen Berechnungsansatz beschrieben. Eigene Versuchsergebnisse wie auch das mechanisch begründete Modell zeigen, dass die Duktilität im Traglastbereich mit steigendem Fasergehalt abnimmt. Darauf basierend wird die anzusetzende Mindestbewehrung diskutiert und ein Ingenieurmodell zur Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit vorgestellt.

Derzeit bestehen noch erhebliche Kenntnislücken hinsichtlich der thermischen und mechanischen Materialkennwerte von UHPC unter Brandeinwirkung. Auch das Abplatzverhalten von UHPC im Brandfall ist kritisch, sodass Lösungsansätze zur Vermeidung zerstörender Abplatzungen gefunden werden müssen. In diesem Bericht werden Ergebnisse aus dem laufenden Forschungsvorhaben ,,Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung und Optimierung des Brandverhaltens von ultrahochfestem Beton” vorgestellt. Dabei wird insbesondere auf die thermischen Materialkennwerte für die Berechnung der Bauteilerwärmung und die mechanischen Materialkennwerte für den Nachweis des Trag- und Verformungsverhaltens im Brandfall eingegangen, die in Anlehnung an Eurocode 2 Teil 1-2 temperaturabhängig hergeleitet werden.

Bei erhöhter Temperaturbeanspruchung besteht bei hoch- und ultrahochfesten Betonen (UHPC) das Risiko explosiven Abplatzens. Polypropylen-Fasern (PP) haben sich in hoch- und ultrahochfesten Betonen bewährt, um das Risiko explosiven Abplatzens zu vermindern und damit den Brandwiderstand zu verbessern. Experimentelle Untersuchungen mit unterschiedlichen Aufheizgeschwindigkeiten, Lagerungsarten sowie variierenden Kunststofffasergehalten und Faserarten sollen einen Ansatz zur Erklärung der Wirkmechanismen auf die o. g. Parameter des Abplatzverhaltens geben. Die Fasern unterscheiden sich vor allem in Bezug auf den Schmelzpunkt und den Schmelzindex. Erste Ergebnisse zeigen, dass der Schmelzindex als Faserparameter einen entscheidenden Einfluss auf das Verformungsverhalten, auf die Abplatzintensität und -häufigkeit von UHPC nimmt, während der Schmelzpunkt als Faserparameter in Bezug auf das Abplatzverhalten eine untergeordnete Relevanz besitzt.

Es werden zunächst bekannte Zusammenhänge zwischen Verformung, Dehnungsbehinderung, Zwangsspannung und Rissneigung beschrieben. Ausgehend vom Braunschweiger Ingenieurmodell für die frühe Rissbildung in Massenbeton werden die methodischen Probleme erörtert, die mit der Entwicklung eines vergleichbaren Modells für die Rissneigung von ultrahochfesten Betonen verbunden sind. Bei diesen Betonen können die Zwangsspannungen infolge autogenen Schwindens bereits in der Phase des Erstarrens einen kritischen Wert erreichen. In diesem ,,sehr frühen Alter” gestaltet sich die Untersuchung der relevanten Eigenschaften und Vorgänge noch schwieriger als im für Massenbeton maßgeblichen ,,frühen Alter”. Es wird dargelegt, mit welchen Verfahren die für ein Modell wesentlichen Parameter untersucht werden können.

Ultra-Hochfester Beton (UHPC = Ultra High Performance Concrete) ist hervorragend geeignet für vorgespannte Bauteile. Um eine sichere und dennoch wirtschaftliche Bemessung von vorgespannten Trägern mit sofortigem Verbund vornehmen zu können, muss das Verankerungsverhalten der Litzen bekannt sein. Die hohen Verbundfestigkeiten führen zu kurzen Übertragungslängen und verbessern dadurch die Querkrafttragfähigkeit. Der vorliegende Beitrag stellt ein Verbundmodell zur Ermittlung der Übertragungslänge bei UHPC vor. Das Modell baut auf den experimentellen Ergebnissen aus [

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] auf und wurde in [

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] vorgestellt.

Im folgenden Beitrag wird ein Überblick über das Verhalten von Beton unter hochdynamischen Belastungen gegeben. Zuerst werden die grundlegenden Zusammenhänge und Einflüsse dynamischer Einwirkungen auf das Materialverhalten von Beton skizziert. Es werden mögliche Versuchsmethoden zur Bestimmung von dynamischen Materialeigenschaften vorgestellt und die Besonderheiten verschiedener Betone unter dynamischer Beanspruchung mit Ergebnissen aus jüngster Forschung aufgezeigt.

Bei einer Tragwerksanalyse für den Lastfall Erdbeben wird üblicherweise angenommen, dass die verschiedenen Fundamentpunkte des Tragwerkes durch eine steife Basis verbunden sind. Diese Annahme ist nur gerechtfertigt, wenn die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle so groß ist, dass der sich aus der räumlichen Distanz ergebende Zeitversatz klein ist, verglichen mit den Schwingungsperioden relevanter Schwingungsmoden. Bei abgespannten Masten kann die räumliche Distanz der Fundamentpunkte mehrere hundert Meter betragen. In diesem Beitrag wird über numerische Untersuchungen zum Einfluss der Wellengeschwindigkeit auf die Beanspruchung eines abgespannten Mastes berichtet. Es zeigt sich für den Fall des Mexiko-Erdbebens von 1985, dass sich die Beanspruchungen mit abnehmender Wellengeschwindigkeit tendenziell verringern, verglichen mit der Annahme simultaner Erregung aller Basispunkte.

In Verbundversuchen unter schwingender Beanspruchung kann gezeigt werden, dass Oberlasten von bis zu 80 % der statischen Belastung ohne Entkopplungserscheinungen bis zu 2 Mio. Lastwechseln aufgebracht werden können, wenn die Unterlast entsprechend groß, bzw. die Schwingbreite entsprechend klein gewählt wird. Um eine Verbundschädigung zu verhindern, muss für zunehmende Lastspielzahlen und eine ansteigende Unterlast die Schwingbreite reduziert werden. Mit dem in diesem Beitrag vorgestellten Bemessungsansatz lässt sich die aufnehmbare Schwingbreite in Abhängigkeit der Lastspielzahl und der Unterlast auf einfache Weise berechnen.