Betondeckenplatten sind material- und energieintensive Biegetragwerke, wenn sie – wie derzeit üblich – ebenflächig und aus einer Betonsorte hergestellt werden. Während der Projektlaufzeit wurde untersucht, in welcher Höhe das Eigengewicht und der Verbrauch an natürlichen Ressourcen reduziert werden kann, indem verschiedene, leistungsfähige Betonsorten sowohl über die Plattenhöhe als auch entlang ihrer Tragrichtung kraftflussgerecht angeordnet werden. Der Schwerpunkt der Forschung lag dabei auf der Entwicklung geeigneter Berechnungsmodelle, der Analyse maßgebender Versagensarten und der experimentellen Nachweisführung an einachsig gespannten, dreischichtigen klein- und großformatigen Deckenplatten.

Bei gekrümmten Bauformen aus Beton bestimmt die Schalung den Aufwand maßgeblich. Formaktive frei geformte Betonstrukturen sind effiziente Tragwerke, werden aber durch hohe Schalungskosten oft unwirtschaftlich. Eine wandelbare Schalung für Ortbetonstrukturen, die mehrmals einsetzbar und computergestützt immer wieder in andere Formen zu bringen ist, wird positive Auswirkungen auf die Umsetzung solcher Tragwerke haben. Dieser Aufsatz fasst die grundlegenden Erkenntnisse der Forschung zu diesen Schalungssystemen zusammen. Beschrieben werden die gefundenen Typologien der Aktuator-Schalhaut-Systeme, ihre verschiedenen Funktionsweisen, Anforderungen und geometrische Gesetzmäßigkeiten. Anhand der Entwicklung eines Materialgefüges wird der Umgang mit dem systemimmanenten Widerspruch behandelt, dass ein adaptives Schalmaterial großen Frischbetondrücken widerstehen muss, gleichzeitig aber zur Umformung ‚weich‘ zu sein hat.

Regelflächen, das sind durch die Bewegung von Geraden erzeugte Flächen, haben für den Betonleichtbau unter den Gesichtspunkten Statik und Herstellung herausragende Eigenschaften: Auch wenn sie doppelt gekrümmt sind, können sie geradlinig bewehrt oder vorgespannt werden. Außerdem kann die Schalung beispielsweise durch Heißdrahtschneiden aus Polystyrol-Hartschaum gewonnen werden. In gängigen CADSystemen ist die Klasse der Regelflächen bislang nicht angemessen repräsentiert und steht deshalb für die Bauteilgestaltung nur eingeschränkt zur Verfügung. Liniengeometrie für den Leichtbau liefert nun ein mathematisches Modell, das Regelflächen und auf sie wirkende Kräfte abbildet, und entwickelt daraus Formfindungswerkzeuge, die in einer vertrauten Entwurfsumgebung das Prinzip form follows force unterstützen.

Vor 42 Jahren veröffentlichte der Club of Rome das Buch „Die Grenzen des Wachstums'. In der Studie wurde ein Szenario entworfen, das sich ereignen könnte, wenn wir unser Verhalten auf globaler Ebene nicht änderten. Ich war 16 Jahre alt und habe das Buch förmlich verschlungen. 40 Jahre später erschien der Bericht „2052 – Eine globale Prognose für die nächsten 40 Jahre“. Seine Lektüre hat mich nicht minder gefesselt. Nach wie vor und mit kaum weniger Schärfe und Deutlichkeit stehen die Themen globale und Generationengerechtigkeit im ökologischen, ökonomischen und sozialen Sinne auf der Agenda der Menschheit. Gefragt sind langfristige Perspektiven für eine Entwicklungspolitik, die zugleich umweltschonend ist. Nachhaltigkeit – ein Prinzip, das erstmals 1713 von dem Sachsen Hans Carl von Carlowitz schriftlich formuliert wurde – gehört heute zur Vision und Philosophie fast jedes Unternehmens, prägt Wissenschaft und Bildung. Wollen wir unseren ökologischen Fußabdruck auf der Erde eingrenzen, müssen wir mit ihren Ressourcen schonender umgehen, die CO2- Emission senken, andere Wege gehen. Die Bedeutung einer nachhaltigen Entwicklung als Leitbild für die Zukunft ist international unbestritten. Das Bauwesen gehört weltweit zu den wachstumsstärksten Branchen und nimmt eine besondere Stellung ein, weil es wesentliche Bedürfnisse des Menschen wie Wohnen und infrastrukturelle Ansprüche befriedigt. Damit verbunden sind große wirtschaftliche und für die Umwelt relevante Aufwendungen. Umweltschutz im Bauwesen impliziert oft ökologisches Bauen, Sparen von Heizenergie oder den Einsatz von Materialien, die die Gesundheit der Bewohnerinnen und Bewohner nicht gefährden. Doch die ökologische Bedeutung des Bausektors erwächst vor allem aus dem Verbrauch von Ressourcen und Energie, der Verarbeitung und dem Transport von Baumaterialien sowie dem Umgang mit Bauabfällen. Welchen Beitrag können wir zum Thema Nachhaltigkeit leisten? Es ist an der Zeit,einen Paradigmenwechsel im Bauwesen herbeizuführen. Das heißt: leichter, effizienter, intelligenter bauen, ressourcenschonend denken und handeln. Einerseits geht es um Ästhetik, eine filigranere und variantenreichere Formensprache für Betonbauten bei gleicher Festigkeit und Steifigkeit. Andererseits geht es um Effizienz – leichter bauen spart Material. Das wiederum reduziert vor allem im Herstellungsprozess, aber auch beim Transport und bei der Verwendung von Beton und Zement den Energieaufwand und den CO2-Ausstoß. Diese Herausforderungen gehen wir aktiv an. Vor drei Jahren haben sich Bauingenieure, Architekten, Maschinenbauer und Mathematiker aus ganz Deutschand im Schwerpunktprogramm Leicht Bauen mit Beton zusammengefunden, um Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit Beton zu erforschen. Die Ergebnisse der 1. Förderphase sind in diesem Band dargestellt. Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Einrichtung des Schwerpunktprogramms 1542, die Unterstützung und die Förderung. Ausdrücklich danken möchten wir auch den Gutachterinnen und Gutachtern, die durch ihre Tätigkeit das Schwerpunktprogramm mit gestaltet haben.

Currently, the maintenance and repair of civil engineering infrastructures (especially bridges and highways) have become increasingly important, as these structures age and deteriorate. Interface between two different mixes or strengths of concrete also appear in large concrete structures involving mass concreting such as dams, nuclear containment vessels, cooling towers etc., since joints between successive lifts are inevitable. These joints and interfaces are potential sites for crack formation, leading to weakening of mechanical strength and subsequent failure. In case of a bi-material interface, the stress singularities are oscillatory in nature and the fracture behavior of a concrete-concrete bi-material interface is much more complicated. A comprehensive experimental work has been undertaken for characterization of the behavior of different concrete-concrete interfaces under static and fatigue loading. The effect of specimen size on the concrete-concrete interfaces is studied and the non-linear fracture parameters such as fracture energy, mode I fracture toughness, critical crack tip opening displacement, critical crack length, length of process zone, brittleness number, size of process zone, crack growth resistance curve and tension softening diagram. These parameters are required for modeling the concrete-concrete interfaces in non-linear finite element analysis. Presently, the advanced non-destructive techniques namely acoustic emission, digital image correlation and micro-indentation have great capabilities to characterize the fracture behavior. The damage in plain concrete and concrete interface specimens is characterized both qualitatively and quantitatively using acoustic emission technique by measuring the width of fracture process zone and width of damage zones. The DIC technique is used to obtain the fracture parameters such as mode I and mode II fracture toughness and critical energy release rate. The micro-mechanical properties are obtained by performing depth-sensing micro-indentation tests on the concrete-concrete interfaces. Civil engineering structures such as long-span bridges, offshore structures, airport pavements and gravity dams are frequently subjected to variable-amplitude cyclic loadings in actual conditions. Hence, in order to understand the fracture behaviour under fatigue loading, the fatigue crack growth in plain concrete and concrete-concrete interface is also studied using the acoustic emission technique. An attempt is made to apply the Paris’ law, which is applicable to mechanical behaviour of metals, for acoustic emission count data. All these studies show that, as the difference in the compressive strength of concrete on either side of the interface increases, the load carrying capacity decreases and the fracture parameters indicate the increase in the brittleness of the specimens. It is concluded that the repair concrete should be selected in such a way that its elastic properties are as those of the parent concrete.

Die vorliegende Thesis befasst sich mit der Mischungsentwicklung eines zementreduzierten Ökobetons für die Verwendung in einem ökologisch verbesserten Deckensystem. Dafür wurden mithilfe eines in Microsoft Excel aufgestellten physikalischen Analysemodells – dem Compaction-Interaction Packing Model nach FENNIS – Rezepturen entwickelt, die durch eine optimierte Packungsdichte einen geringeren Zementleimbedarf aufweisen. Dabei gelang es, Zement teilweise durch feine Kalksteinmehle zu ersetzen und eine CO2-sparende Mischung mit einem reduzierten Zementgehalt von 150 kg je Kubikmeter Beton herzustellen, welche die an sie gestellten Anforderungen erfüllt – u. a. bezogen auf Festigkeit (Festigkeitsklasse C 20/25), Verarbeitbarkeit (Konsistenzklasse C3) und Alkalität (pH-Wert > 10). Diese Eigenschaften wurden experimentell geprüft. Zwar wurden bei der auf empirischen Daten beruhenden Prognose von Festigkeit und Konsistenz im Modell nur teilweise realitätsnahe Werte ermittelt, das Modell stellte sich insgesamt jedoch als zielführendes Instrument bei der Mischungsentwicklung von Ökobetonen heraus.:1 Einleitung 2 Verringerung der Umwelteinwirkungen bei der Betonherstellung 3 Methodik der Mischungsentwicklung zementreduzierter Ökobetone 4 Packungsdichteberechnung mit dem Compaction-Interaction Packing Model nach FENNIS 5 Mischungsentwicklung eines Ökobetons im Rahmen des Forschungsvorhabens GRO-COCE 6 Herstellung der Auswahlmischungen und experimentelle Ermittlung von Betoneigenschaften 7 Eingrenzung einer Zielmischung 8 Diskussion der Ergebnisse 9 Zusammenfassung und Ausblick / The present thesis deals with the mix development of a cement-reduced eco-concrete for the use in an ecologically improved ceiling system. For this purpose, a physical analysis model built in Microsoft Excel – the Compaction-Interaction Packing Model according to FENNIS – was used to develop recipes which, due to an optimised packing density, have a low cement paste requirement. It was possible to partially replace cement with fine limestone powders and to produce a CO2-saving mixture with a reduced cement content of 150 kg per cubic metre of concrete, which meets the requirements placed on it – among other things with regard to strength (strength class C 20/25), workability (consistency class C3) and alkalinity (pH-value > 10). These properties were tested experimentally. Although only partially realistic values were determined in the model for the prediction of strength and consistency based on empirical data, the model turned out to be a suitable instrument for mix developments of eco-concretes.:1 Einleitung 2 Verringerung der Umwelteinwirkungen bei der Betonherstellung 3 Methodik der Mischungsentwicklung zementreduzierter Ökobetone 4 Packungsdichteberechnung mit dem Compaction-Interaction Packing Model nach FENNIS 5 Mischungsentwicklung eines Ökobetons im Rahmen des Forschungsvorhabens GRO-COCE 6 Herstellung der Auswahlmischungen und experimentelle Ermittlung von Betoneigenschaften 7 Eingrenzung einer Zielmischung 8 Diskussion der Ergebnisse 9 Zusammenfassung und Ausblick

My master's thesis aims to design a bridge construction spanning road III/443 over road I/44. Three versions were created one of which has been developed further. It is a three span bridge with a total spread of 77.5 meters. Proposal and evaluation of bridge construction is done unassisted. Static analysis is done using Scia Engineer program. Construcion evaluation is done by valid EU norms ČSN EN 1992-1-1. Mechanical drawing, building procedure and visualisation is also included.

The deliberate use of fly ash in the production of concrete has been used for decades, but recent trends tend to maximise its utility properties. These are different types of activations from chemical through thermal to mechanical. An alkaline agent is added to chemical activation which, by etching the glass structure of the ash grain, promotes its reactivity. Mechanical activation is mainly focused on granulometry and particle size distribution curve. In this thesis three mechanical activation methods are compared: separation the ash into fractions by grain size, mixing these fractions to achieve the ideal particle size distribution curve and grinding. Four types of ash were collected from the Tušimice power plant – ash from individual electrostatic separators (I, II and III) and SESYP ash which represents the total volume of production. Ash from individual separators differ not only in the particle size but also in the chemical composition and reactivity. Better properties generally have smaller ash particles. This is used by mechanical activation by sorting. When mixing the individual ash fractions, the aim is to achieve an optimal grading curve of either the ash itself or the fine particle set in the concrete. In this work, ash is only used to calculate the mixing ratio and the grading curve according to Funk was selected as optimal. The last compared option of activation was grinding ash. Grinding was carried out in an industrial mill for 15, 30, 45, 60 and 75 minutes. The efficiency of the modified ash was monitored for cement paste in terms of rheology and for concrete in terms of consistency, strength and durability. Based on the results we can say that mechanical activation by sorting is suitable for special purposes, but it’s necessary to realise that coarser ash fractions remain unused. When mixing the fractions to ensure matrix density, the efficiency was shown mainly on the durability characteristics. Grinding cause positive effect.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Umschnürung von gedrungenen Stahlbetonstützen mittels Kohlefasergelegen. Die durch Epoxidharz mit dem Altbeton verbundenen Kohlefasern (CFK-Umschnürung) bewirken hierbei eine starke Behinderung der Querdehnung des Betons, wodurch dieser in einen dreidimensionalen Spannungszustand versetzt wird. Die Betondruckfestigkeit kann dadurch nachträglich deutlich gesteigert und das Verformungsverhalten positiv beeinflusst werden. Forschungsaufgabe war es, Wissenslücken und aufgeworfene Fragen, die sich aus einer intensiven Literaturrecherche zur Thematik ergaben, zu schließen und einen eigenen Bemessungsansatz zu entwickeln. Hierzu wurden Beton- und Stahlbetondruckglieder mit verschiedenen Abmessungen und Durchmessern sowie unterschiedlichen Längs- und Querbewehrungsgehalten hergestellt. Danach erfolgte die Umschnürung dieser Prüfkörper mit verschiedenen CFK-Materialien in variierenden Dicken und anschließende Bauteiltests in Form von weggesteuerten Druckversuchen. Neben dem Materialverhalten konnten mittels elektrischen Messsystemen, wie z. B. induktiven Wegaufnehmern sowie auf den Prüfkörpern aufgebrachten Dehnungsmessstreifen, auch die Versagenszustände zuverlässig bestimmt werden. Die Auswertung und Interpretation der gewonnenen Daten mündete in empirischen Gleichungen zur Beschreibung der maximalen Druckfestigkeit und Dehnung von CFK-umschnürten Bauteilen aus unbewehrtem oder bewehrtem Beton. Darüber hinaus konnten Aussagen zur tatsächlichen Bruchdehnung der eingesetzten Kohlefasern getroffen und entsprechende Abminderungsfaktoren abgeleitet werden. Unter Berücksichtigung der Datenreihen anderer Forschergruppen wurde die eigene Datenbasis vergrößert und die gewonnenen Erkenntnisse bestätigt. Als Ergebnis steht ein empirischer Bemessungsansatz zur Verfügung, der Bemessungsgleichungen zur Querschnittstragfähigkeit und zugehörigen Dehnung von CFK-umschnürten unbewehrten und bewehrten kreisrunden Stützenquerschnitten bietet. Darüber hinaus können Spannungs-Dehnungs-Beziehungen hergeleitet werden. Durch die Entwicklung von charakteristischen Bemessungsgleichungen gelingt eine einfache Implementierung in bestehende Sicherheitskonzepte. Das entwickelte Modell oder Teile davon eignen sich zur Verwendung in den zur Entstehungszeit der Dissertation vorhandenen Bemessungsvorschriften oder können zu deren Verbesserung herangezogen werden. / This thesis deals with the confinement of short reinforced concrete (RC) columns by carbon-fibre-sheets (CF sheet). In doing so, the connection of concrete surface and CF sheet is enabled by an epoxy resin (CFRP confinement). Thereby, concrete’s lateral expansion is efficiently restricted in cases of imposed axial compressive deformation; therefore, the elastic CFRP resisting response generates an ever increasing lateral compressive stress state on concrete, leading to structural upgrade of the member core to provide a remarkable higher concrete strength and sufficient deformability. Research assignment was to solve open-ended questions and knowledge gaps, which unfolded during an intense literature review, and to present an own proposal of a material model. For this, plain and reinforced concrete columns with different geometrical shape, variable diameter, and different longitudinal and transverse reinforcement elements were produced, and were confined with different CF sheets in variable thickness. Executed deformation controlled compression tests provided investigations concerning the structural behaviour of the test specimens, and electrical measurement techniques such as LVTD and strain gauges enabled a sufficient monitoring of failure modes. The evaluation and interpretation of the received data resulted in empirical equations to predict the ultimate strength and accompanying ultimate axial strain of CFRP confined columns with and without reinforcement. Furthermore, the tests allowed conclusions concerning the rupture strain of the deployed CFRP confinements, and leaded to FRP efficiency factors, capable to predict the actual ultimate strain of the reinforcing fibres. Further data bases, which are available in literature, confirmed the own proposals. As a result, this thesis provides an empirical material model, which deals with proper design equations to predict the load bearing capacity and the deformability of CFRP confined plain and reinforced circular concrete columns. Moreover, it is possible to generate entire stress-strain curves in axial direction. Developed characteristic equations and values allow an easy implementation in existing limit state concepts. The developed model or parts of it are sufficient to be implemented in design guidelines, or they may help to enhance them.

Beim Fördern von Transportbeton mittels Betonpumpen kann es zum unvorhergesehenen Blockieren der Förderleitung kommen. Die Ursachen dafür sind oftmals nicht offensichtlich und können mit rheologischen Eigenschaften des Frischbetons bzw. mit seinem Entmischungsverhalten, der Pumpleitungsgeometrie oder der Pumptechnik zusammenhängen. Die hohe Anzahl an Einflussfaktoren erschwert das Vorhersagen von Blockierungen in einem Fördersystem und ein frühzeitiges Ergreifen von Gegenmaßnahmen. Im vorliegenden Beitrag werden Erkenntnisse aus großmaßstäblichen Pumpversuchen vorgestellt. Diese Versuche wurden im Rahmen des AiF-Forschungsvorhabens „Sichere Betonförderung – Pumpbarkeit und Pumpstabilität“ (AiF-Nr. 20947 BG) durchgeführt, um eine wissenschaftliche Grundlage für die Beschreibung des Blockierungsverhaltens unterschiedlicher Betone zu schaffen und der Baubranche bereitzustellen.