Proceedings of the RILEM Spring Convention and Conference 2024

Inhaltsverzeichnis

1. 3D Concrete/Rheology/Digital Innovations

   1. Frontmatter

   2. Toward 3D Printable Low Carbon Mortar. Method and Application

      Victor De Bono, Nicolas Ducoulombier, Sarena Loulha, Romain Mesnil, Jean-François Caron

      Das Kapitel befasst sich mit dem innovativen Einsatz des komprimierbaren Verpackungsmodells zur Herstellung kohlenstoffarmer Mörtel, die für den 3D-Druck geeignet sind. Durch die strategische Anpassung von Materialproportionen und Partikelgrößen zielt die Forschung darauf ab, den Zementgehalt zu minimieren und den ökologischen Fußabdruck zu verringern. Die Methodik wird durch umfangreiche Experimente validiert, die die Machbarkeit und überlegene Leistung der entwickelten Mischungen belegen. Die Studie hebt auch das Potenzial der Einbeziehung zusätzlicher zementartiger Materialien und die Anpassungsfähigkeit des Modells an verschiedene Baumaterialien hervor und setzt damit einen neuen Standard für nachhaltige Baupraktiken.

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   3. DiNaBau: Integrating Digital Building Models for Teaching Sustainable Construction with Renewable Resources

      Dominik Schöne, Katharina Meyer, Aline Gruner, Florian Kopf, Michael Engelmann, Katharina Kleinschrot

      Das Kapitel "DiNaBau: Integrating Digital Building Models for Teaching Sustainable Construction with Renewable Resources" befasst sich mit dem innovativen Einsatz von Building Information Modeling (BIM), um zukünftige Bauexperten in nachhaltigen Praktiken zu schulen. Er beginnt damit, die dringende Notwendigkeit der Nachhaltigkeit in der Bauindustrie aufgrund ihrer erheblichen Abfallerzeugung zu unterstreichen. Das Forschungsprojekt DiNaBau zielt darauf ab, BIM in den Lehrplan zu integrieren und Studierenden die Planung und Evaluierung nachhaltiger Gebäudekonzepte beizubringen. Das Kapitel skizziert die Vorteile von BIM, wie etwa die Früherkennung von Konflikten, Variantenanalysen und Nachhaltigkeits-KPI-Überprüfungen, und diskutiert die Herausforderungen und Grenzen, vor denen die Umsetzung steht. Es enthält auch einen detaillierten Plan zur Integration von BIM in Bildungswerkstätten, um die Studenten auf digitale und nachhaltige Baupraktiken in der realen Welt vorzubereiten. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Bedeutung dieses Ansatzes für die Zukunft der Bauwirtschaft und positioniert DiNaBau als Pionierprojekt in der nachhaltigen und digitalisierten Bauerziehung.

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   4. Magnetorheological Properties of Fayalite Slag Incorporated Cement Mixtures

      Mert Yücel Yardimci, Dengwu Jiao, Geert De Schutter

      Das Kapitel untersucht die Eigenschaften von Fajalitschlacke, einem Nebenprodukt der Kupferproduktion, und ihr Potenzial als magnetisch reagierendes Material in Zementmischungen. Darin werden die Reaktivität und mineralogische Zusammensetzung von Fajalitschlacke sowie ihre Anwendung in Ultrahochleistungsbeton (UHPC) und Geopolymerbeton diskutiert. Die Studie präsentiert vorläufige Ergebnisse zu den magnetorheologischen Eigenschaften von Fajalitschlacke enthaltenen Zementgemischen und zeigt das Potenzial dieses Abfallmaterials bei der Erzeugung intelligenter, magnetisch reagierender Zementgemische für die Zukunft des digitalisierten Bauens auf.

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   5. Automated Workflows for Concrete Additive Manufacturing for Design, Optimization, and Fabrication of Parametrized Elements

      Yuxiang He, Annika Robens-Radermacher, Sakiko Noda, Christoph Wolf, Jörg F. Unger, Inka Mai

      Das Kapitel stellt einen automatisierten Workflow für den 3D-Betondruck vor, der den Prozess vom Entwurf bis zur Herstellung rationalisiert. Es integriert mehrere Softwaretools, reduziert den manuellen Datentransfer und verbessert die Effizienz. Der Workflow wird anhand eines parametrisierten Wandelements demonstriert und zeigt, wie unterschiedliche Füllungsstrukturen die Steifigkeit und Leistung gedruckter Elemente beeinflussen. Sowohl numerische Simulationen als auch experimentelle Tests werden durchgeführt, um die Leistung von Zickzack- und Wabenfüllungsstrukturen zu vergleichen, was wertvolle Erkenntnisse bei der Optimierung von 3D-gedruckten Betonelementen liefert.

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   6. Rheological and Pumpability Analysis of Sustainable 3D Printing Mortars Incorporating Recycled Sand

      Jentel De Vlieger, Özlem Cizer, Karel Lesage, Frederik Desplentere, Elke Gruyaert

      Die globale Bauindustrie setzt auf innovative und nachhaltige Materialien, allen voran 3D-Betondruck. Die extensive Nutzung von natürlichem Sand stellt die Umwelt jedoch vor Herausforderungen. Dieses Kapitel konzentriert sich auf die rheologische und Pumpfähigkeitsanalyse von 3D-Druckmörteln mit recyceltem Sand, mit dem Ziel, die Materialeigenschaften zu optimieren und nachhaltige Baupraktiken zu fördern. Die Studie untersucht, wie der Einbau von Recyclingsand die Pumpfähigkeit von Mörtelmischungen beeinflusst und wie Schwankungen im Verhältnis von Aggregat zu Bindemittel die Pumpfähigkeit beeinflussen. Durch den Einsatz fortschrittlicher rheologischer Tests und des Sliding Pipe Rheometers (SLIPER) liefert die Forschung wertvolle Erkenntnisse über die Materialeigenschaften und das rheologische Verhalten von 3D-Druckmörteln, die recycelten Sand enthalten. Die Ergebnisse unterstreichen die Auswirkungen der unregelmäßigen Form und groben Morphologie des recycelten Sandes auf die strukturelle Erholung und den thixotropen Wert des Mörtels. Darüber hinaus zeigt die Studie, dass eine Verringerung des Aggregat-Bindemittel-Verhältnisses die Pumpfähigkeit der Mischungen verbessern kann, indem sie die Menge an Paste erhöht, die für strömungsinduzierte Partikelmigration zur Verfügung steht. Dieses Kapitel bietet ein umfassendes Verständnis der Materialeigenschaften und des rheologischen Verhaltens von 3D-Druckmörteln mit recyceltem Sand und trägt zur Entwicklung nachhaltigerer Baumethoden bei.

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   7. Improving the 3D Printability of High-Volume Fly Ash Mixtures Through Addition of Mineral Admixtures

      Shaghayegh Sadeghzadeh Benam, Ilgin Sandalci, Burhan Kara, Ozkan Bebek, Zeynep Basaran Bundur

      Das Kapitel geht den Herausforderungen und Lösungen zur Verbesserung der 3D-Druckbarkeit großvolumiger Flugaschegemische (HVFA) nach, die für nachhaltiges Bauen von entscheidender Bedeutung sind. Durch die Einbeziehung mineralischer Zusätze wie gelöschtem Kalk, ungelöschtem Kalk und Sepiolith verbessert die Studie die rheologischen Eigenschaften, die für einen erfolgreichen 3D-Druck notwendig sind. Die Forschung konzentriert sich auf die Optimierung statischer und dynamischer Streckbeanspruchung, Thixotropie und Baubarkeit und zeigt das Potenzial von HVFA-Mörtel in der modernen Baupraxis auf. Die Ergebnisse bieten einen vielversprechenden Ansatz zur Verringerung der Umweltauswirkungen der Zementproduktion bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung qualitativ hochwertiger struktureller Leistung.

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   8. Beyond Theory: Pioneering AI-Driven Materials Design in the Sustainable Building Material Lab

      Christoph Völker, Elisabeth John, Rafia Firdous, Tamino Hirsch, Daria Kaczmarek, Kevin Ziesak, Anja Buchwald, Dietmar Stephan, Sabine Kruschwitz

      Das Kapitel geht den Herausforderungen bei der Gestaltung nachhaltiger Baumaterialien, insbesondere alkali-aktivierter Materialien, unter Verwendung sekundärer Ressourcen nach. Es unterstreicht das Potenzial von KI-getriebenem datengetriebenem Design (DDD) bei der Beschleunigung des experimentellen Entwicklungsprozesses und der Verbesserung der Qualität des endgültigen Mischdesigns. Die Studie vergleicht DDD mit der herkömmlichen Versuchsplanungsmethode (DOE) und zeigt die Vorteile von DDD im Umgang mit komplexen Materialzusammensetzungen und beim Erreichen leistungsfähiger Formulierungen auf. Die Forschung unterstreicht die Notwendigkeit systematischer Ansätze, um den Verbrauch von Primärressourcen zu reduzieren und den Einsatz von Sekundärressourcen zu erhöhen und damit einen Beitrag zu den Zielen nachhaltiger Entwicklung der Vereinten Nationen zu leisten.

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   9. REINCARNATE: Shaping a Sustainable Future in Construction Through Digital Innovation

      Sabine Kruschwitz, Christoph Völker, Ghezal Ahmad Jan Zia, Benjami Moreno Torres, Timo Hartmann

      Das von Horizon Europe finanzierte Projekt REINCARNATE steht an vorderster Front bei der Förderung der Kreislaufwirtschaft im Bau- und Abbruchsektor. Das Kapitel geht auf die Ziele, Methoden und Hauptergebnisse des Projekts ein und betont den Einsatz digitaler Innovationen wie der Circular Information Management Platform (CP-IM) und künstlicher Intelligenz für zerstörungsfreie Tests und Materialrecycling. Diese Innovationen zielen darauf ab, die Umweltauswirkungen zu verringern, die Kreislaufwirtschaft zu fördern und die Bauindustrie in ein nachhaltigeres System umzuwandeln. In diesem Kapitel werden auch die Konsortialpartner, Forschungsaktivitäten und Demonstrationsprojekte des Projekts diskutiert und praktische Anwendungen dieser Innovationen in realen Szenarien dargestellt. Das Projekt REINCARNATE, das sich den Herausforderungen der Abfallwirtschaft und Ressourceneffizienz stellt, bietet einen vielversprechenden Weg in eine nachhaltige Zukunft im Bauwesen.

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   10. Mechanical Properties and Sustainability Assessment of Cementitious Mortars Reinforced with Recycled Glass Fibers from Wind Turbine Blades

       Costantino Menna, Vittorio Capozzi, Chiara Ciriello, Francesco Colella

       Das Kapitel geht dem kritischen Thema des End-of-Life-Managements für Windkraftanlagen nach, die eine Lebensdauer von etwa 20-25 Jahren haben. Angesichts der zunehmenden Anzahl stillgelegter Windkraftanlagen besteht dringender Bedarf, die ökologischen Herausforderungen zu bewältigen, die die Entsorgung von Materialien wie faserverstärkten Polymeren (FVK) mit sich bringt. Die Studie konzentriert sich auf das mechanische Recycling glasfaserverstärkter Polymere (GFK) aus Rotorblättern von Windkraftanlagen und zielt darauf ab, sowohl die mechanische Leistung als auch die ökologische Nachhaltigkeit von faserverstärkten Mörteln aus recycelten Materialien zu bewerten. Die Autoren stellen eine detaillierte Methodik zur Verarbeitung und Integration von Recyclingfasern in zementbasierte Mischungen vor, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Optimierung des Mahl- und Rückgewinnungsprozesses zur Verbesserung der Biege- und Druckfestigkeit liegt. In diesem Kapitel werden auch die potenziellen Vorteile dieses Ansatzes diskutiert, einschließlich des teilweisen Austauschs von Neuaggregaten und der Verringerung von Abfällen, die auf Deponien entsorgt werden. Durch die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften und Nachhaltigkeitsaspekte recycelter glasfaserverstärkter Mörtel bietet das Kapitel wertvolle Einblicke in die Entwicklung nachhaltigerer Baumaterialien und Abfallwirtschaftspraktiken im Sektor der erneuerbaren Energien.

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   11. An Indirect Methodology to Evaluate the Rheological Properties of a Digitally Fabricated Concrete Incorporating Corrosion Inhibitors

       Francesco Soave, Giovanni Muciaccia, Liberato Ferrara

       Das Kapitel vertieft sich in die innovative Methodik zur Bewertung der rheologischen Eigenschaften von 3D-gedrucktem Beton mittels eines indirekten Ansatzes. Es unterstreicht die Bedeutung von Korrosionsinhibitoren bei der Verbesserung der Haltbarkeit bewehrter Strukturen, insbesondere in aggressiven Umgebungen. Die Studie stellt eine umfassende Analyse des Fließtischtests als zuverlässiges Instrument zur Beurteilung der statischen Streckbeanspruchung von Beton dar und bietet eine praktische und kostengünstige Alternative zur Laborrheometerprüfung. Die Forschung untersucht auch die Auswirkungen von Korrosionsinhibitoren auf die rheologischen Eigenschaften zementartiger Mischungen und zeigt, dass diese Zusätze die Streckgrenze sogar leicht erhöhen können. Die Schlussfolgerungen unterstreichen das Potenzial dieser Methode, den Bereich der 3D-gedruckten Zementverbundwerkstoffe voranzutreiben, und bieten eine solide Grundlage für zukünftige Forschung und Anwendungen.

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   12. Experimental and Numerical Assessment of Layer Deformation in a 3D Printed Concrete Element

       Gagan Gowri Sreenivas, Giacomo Rizzieri, Shantanu Bhattacherjee, Smrati Jain, A. V. Rahul, Massimiliano Cremonesi, Liberato Ferrara

       Das Kapitel befasst sich mit dem komplizierten Prozess des 3D-Betondrucks (3DCP), der Roboterpräzision und digitales Design nutzt, um die Konstruktion zu revolutionieren. Sie konzentriert sich auf die entscheidende Herausforderung der Schichtverformung in gedruckten Betonelementen, die für die Gewährleistung der strukturellen Integrität und Qualität von 3D-gedruckten Strukturen unverzichtbar ist. Die Studie verwendet einen Gantry-basierten 3D-Drucker, um rechteckige Elemente zu drucken und sie rheologischen Tests und Bildanalysen zu unterziehen, um die Verformung der Schichten zu beurteilen. Zur Vorhersage und Validierung der experimentellen Ergebnisse werden numerische Simulationen mit der Particle Finite Element Method (PFEM) eingesetzt, die ein komplexes Zusammenspiel zwischen Materialeigenschaften und Druckparametern aufzeigen. Die Ergebnisse verdeutlichen signifikante Schichtdeformationen, insbesondere wenn nachfolgende Schichten abgeschieden werden, was die Notwendigkeit fortgeschrittener numerischer Modelle zur Vorhersage und Kontrolle dieser Deformationen unterstreicht. Das Kapitel schließt mit der Betonung des Potenzials komplexerer rheologischer Modelle und fortschrittlicherer Messtechniken zur Verbesserung der Genauigkeit numerischer Vorhersagen, die den Weg für zuverlässigere und effizientere 3DCP-Prozesse ebnen.

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