In diesem Forschungsvorhaben wurde untersucht, welche rechnerische Zuverlässigkeit bezüglich dauerhaftigkeitsrelevanter Eigenschaften bei Wasserbauwerken, Brücken-/Ingenieurbauwerken und Hochbauten nach den zugrunde gelegten Regelwerken erreicht wurden. Die „Bemessung“ auf Dauerhaftigkeit der Bauwerke erfolgte während der Planung nach deskriptiven Vorgaben (Hochbauten nach DIN EN 1045:2001, Wasserbauwerke nach ZTV W LB 215 und Brücken-/Ingenieurbauwerke nach ZTV-ING).

Die bei Textilbetonbauteilen üblicherweise zum Einsatz kommenden Bewehrungen können sowohl aus Carbon oder AR-Glas bestehen. Aufgrund des Preises und der Verfügbarkeit hat AR-Glas gegenüber Carbon allerdings eine deutlich größere Verbreitung am Markt. Trotz der chemischen Modifikation zur Verbesserung der Alkalibeständigkeit von AR-Gläsern gegenüber E-Glas, kann bei AR-Gläsern ein nennenswerter Festigkeitsverlust infolge der Alkalität des Betons innerhalb der Lebensdauer eines Bauwerks festgestellt werden. Eine Möglichkeit den langfristigen Festigkeitsverlust zu reduzieren, ist der Aufbau einer Diffusionsbarriere um die einzelnen Rovings durch eine polymere Tränkung. Im Rahmen der vorliegenden Veröffentlichung werden mögliche Tränkungsmaterialien sowie die Auswirkungen dieser auf die Dauerhaftigkeit der textilen Bewehrungen anhand von Versuchen bewertet und ein Modell zur Prognose des langfristigen Festigkeitsverlustes polymermodifizierter Bewehrungen vorgestellt. / The reinforcement in TRC (Textile Reinforced Concrete) is usually made of alkali-resistant glass rovings due to their low price and availability on the market, but even the glass composition is changed compares to E-glass to increase its alkali resistance the durability in concrete is known to be unsatisfactory. One possibility to increase the durability is the application of a diffusion barrier around the reinforcement. The diffusion barrier can be made out of reactive polymeric coatings. Within the paper the results regarding the durability of AR-glass reinforcement achieved with a variety of reactive materials, mainly epoxy resins, will be presented as well as discussed. In addition to the results achieved in the laboratory, a model which allows long term predictions of the durability of polymer impregnated AR-glass reinforcements will be presented.

Die Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit von Verkehrsflächenbefestigungen ist nicht zuletzt aufgrund der zentralen Funktion der Infrastruktur für das exportorientierte Transitland Deutschland von herausragender Bedeutung. Vor dem Hintergrund der gegenwärtigen geo-politischen Situation und den Zielen der deutschen Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung wird mit zunehmender Dynamik an zahlreichen Aspekten zur Optimierung der Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit im Straßenbau in Wissenschaft und Praxis gearbeitet. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, den Einfluss des Schichtenverbundes auf die Dauerhaftigkeit und die Nachhaltigkeit von Verkehrsflächenbefestigungen in Asphaltbauweise zu untersuchen, zusammenzuführen, zu bewerten und wenn möglich zu optimieren. Aufgrund der weitestgehend fehlenden Implementierung eines realitätsnahen Modells für den Schichtenverbund in Dimensionierungs- und Prognoserechnungen werden neue Methoden auf Basis der Finite-Elemente-Methode angewendet um den Einfluss des Schichtenverbundes in umfangreichen Berechnungen zu bestimmen. Im Nachgang zu einer kurzen Einführung zur deutschen Nachhaltigkeitsstrategie folgt eine umfangreiche Recherche zum Stand der Wissenschaft und Technik, in der zunächst mögliche nationale und internationale Verfahren zur Bestimmung realitätsnaher Schersteifigkeiten zwischen zwei Asphaltschichten dargelegt werden. Im Weiteren werden vorhandene Berechnungsmodelle erläutert und der bisher bekannte Einfluss der Schersteifigkeit auf die Dauerhaftigkeit von Asphaltbefestigungen zusammengefasst. Auf der Grundlage der Recherche konnten bereits vorhandene Erkenntnisse für die vorgesehenen Berechnungen mit der FE-Methode ausgemacht werden. Anhand von über einhundert FE-Berechnungen zur Bestimmung der Summen nach der Hypothese von MINER an ausgewählten Straßenoberbauten in Asphaltbauweise mit variierender Schichtenverbundqualität wurden die Auswirkungen auf die rechnerische Nutzungsdauer der Asphalttragschicht ermittelt. Die Auswirkungen des Schichtenverbundes konnten durch den Vergleich von Oberbaukonstruktionen mit ein- oder zweilagigen Asphalttragschichten als auch auf unterschiedliche Belastungsklassen aufgezeigt werden. Auf Grundlage der Ergebnisse weiterer FE-Berechnungen werden erste Optimierungsmöglichkeiten zur Erhöhung der rechnerischen Nutzungsdauer von Asphaltoberbauten dargelegt. Für ausgewählte und zum Teil optimierte Varianten wurden Lebenszyklus- und Lebenszykluskostenberechnungen anhand eines fiktiven Beispiels durchgeführt und im Rahmen eines Ökoprofils unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit analysiert. Hierzu wurden Auswirkungen aktueller CO2-Bepreisungen ebenso wie die Erhöhung oder Reduzierung von Treibhaus-gasemissionen und des Primärenergiebedarfs berechnet und zusammenfassend bewertet. Die in dieser Arbeit erstmals gewonnenen Ergebnisse zum Einfluss des Schichtenverbundes auf die Dauerhaftigkeit und Nachhaltigkeit von Verkehrsflächenbefestigungen in Asphaltbauweise stellen eine Grundlage für künftige Betrachtungen dar. Sie verdeutlichen zudem die Notwendigkeit weiterführender Forschung zu verhaltensorientierten Prüf- und Berechnungs-verfahren sowie zur Umsetzung der erlangten Erkenntnisse in der Praxis.:Inhaltsverzeichnis Verzeichnis der Abkürzungen und Formelzeichen IV 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 3 1.2 Problemstellung 4 1.3 Methodik und Zielsetzung 7 2 Stand der Wissenschaft und Technik 9 2.1 Einfluss des Schichtenverbundes auf die Dauerhaftigkeit von Verkehrsflächenbefestigungen in Asphaltbauweise 9 2.2 Prüfverfahren 12 2.2.1 Statische Abscherversuche 12 2.2.2 Prüfverfahren mit zyklischer Scherbelastung 14 2.2.2.1 Internationale Prüfverfahren 14 2.2.2.2 Nationale Prüfverfahren 16 2.3 Berechnungsmodelle 19 2.3.1 Mehrschichtentheorie 19 2.3.2 Finite-Elemente-Modell 21 2.4 Erfahrungshintergrund zum Einfluss der Schersteifigkeit auf die Dauerhaftigkeit einer Asphaltbefestigung 26 2.5 Nachhaltigkeit im Straßenbau 37 2.5.1 Lebenszyklusbetrachtung und Lebenszykluskosten von Straßen in der Literatur 42 2.5.2 Ökoprofile für Asphaltbauweisen 44 2.6 Fazit zum Stand der Wissenschaft und Technik 45 3 Einfluss des Schichtenverbundes auf die Nutzungsdauer 47 3.1 Modellparameter 48 3.1.1 Konfiguration für die Berechnung des Ermüdungsstatus 48 3.1.2 Material 53 3.1.3 Temperaturbedingungen 54 3.1.4 Verkehr 55 3.1.5 Qualitätsstufen des Schichtenverbunds 56 3.1.6 Schichtenaufbau 58 3.2 Berechnungsfälle 59 3.3 Ergebnisse 63 3.3.1 Allgemeine Angaben 63 3.3.2 Berechnete Summen nach der Hypothese von MINER und Ermüdungsindices für eine Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk100 (einlagige Asphalttragschicht) 65 3.3.3 Berechnete Summen nach der Hypothese von MINER und Ermüdungsindices für eine Bauweise gemäß Belastungsklasse Bk100 (zweilagige Asphalttragschicht) 67 3.3.4 Berechnete Summen nach der Hypothese von MINER und Ermüdungsindices für eine Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk32 (einlagige Asphalttragschicht) 70 3.3.5 Berechnete Summen nach der Hypothese von MINER und Ermüdungsindices für eine Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk32 (zweilagige Asphalttragschicht) 72 3.3.6 Berechnete Summen nach der Hypothese von MINER und Ermüdungsindices für eine Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk10 (einlagige Asphalttragschicht) 75 3.3.7 Berechnete Summen nach der Hypothese von MINER und Ermüdungsindices für eine Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk3,2 (einlagige Asphalttragschicht) 77 4 Interpretation der Ergebnisse 79 4.1 Einfluss der Qualität des Schichtenverbundes auf die Nutzungsdauer einer Verkehrsflächenbefestigung in Asphaltbauweise 79 4.1.1 Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk100 81 4.1.2 Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk32 86 4.1.3 Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk10 90 4.1.4 Bauweise gemäß der Belastungsklasse Bk3,2 92 4.1.5 Gesamtfazit zum Einfluss der Qualität des Schichtenverbundes auf die rechnerische Nutzungsdauer der Asphalttragschicht 94 4.2 Vergleich von Oberbaukonstruktionen mit ein- und zweilagiger Asphalttragschicht 95 4.2.1 Allgemeines 95 4.2.2 Einfluss einer zweilagigen Asphalttragschicht auf die rechnerische Nutzungsdauer der Asphalttragschicht einer Verkehrsflächenbefestigung der Belastungsklasse Bk100 96 4.2.3 Einfluss einer zweilagigen Asphalttragschicht auf die rechnerische Nutzungsdauer einer Verkehrsflächenbefestigung der Belastungsklasse Bk32 100 4.2.4 Gesamtfazit zum Vergleich von Oberbaukonstruktionen mit ein- und zweilagiger Asphalttragschicht 103 4.3 Belastungsklassenabhängiger Einfluss der Qualität des Schichtenverbundes auf die rechnerische Nutzungsdauer 110 4.4 Fazit zu den Ergebnissen der Berechnungen 115 5 Überlegungen zur Verlängerung der Nutzungsdauer des Asphaltoberbaus unter besonderer Berücksichtigung des Schichtenverbundes 118 5.1 Optimierung des Asphaltoberbaus 119 5.2 Ergebnisse 122 5.3 Interpretation 122 5.3.1 Einfluss einer in kompakter Bauweise hergestellten Asphaltdecke auf die rechnerische Nutzungsdauer der Asphalttragschicht 123 5.3.2 Verminderung der Dicke der Asphalttragschicht 127 5.4 Fazit 129 6 Einfluss des Schichtenverbundes auf die Nachhaltigkeit einer Asphaltbefestigung 130 6.1 Lebenszyklus in Abhängigkeit von der Qualität des Schichtenverbundes 130 6.2 Eingangsparameter 132 6.2.1 Eingangsparameter zur Berechnung der Lebenszykluskosten 132 6.2.2 Eingangsparameter zur Erstellung eines vereinfachten Ökoprofiles 134 6.3 Ergebnisse 139 6.3.1 Einfluss der CO2-Bepreisung auf die Lebenszykluskosten 139 6.3.2 Ökologisches Einsparpotenzial 143 6.4 Fazit 146 7 Schlussbetrachtung 147 7.1 Einfluss des Schichtenverbundes auf die Nutzungsdauer 149 7.2 Einfluss des Schichtenverbundes auf die Nachhaltigkeit 151 7.3 Ausblick 153 Literaturverzeichnis 156 Abbildungsverzeichnis 163 Tabellenverzeichnis 167 Anlagen 170

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Bestimmte Extraktstoffe aus thermisch modifizierter Buche weisen fungizide Eigenschaften auf. Methanol-Extrakte aus thermisch modifizierter Buche, die in Propanon wieder aufgelöst wurden, wiesen eine leichte pilzwachstumshemmende Wirkung auf. Die getränkten Prüfkörper aus Buche erreichten eine Zuordnung zur Dauerhaftigkeitsklasse 4, d. h. nicht dauerhaft. Prüfkörper, die mit anderen Extrakten aus thermisch modifizierter Buche getränkt wurden, dabei insbesondere Wasser-Extrakte, weisen dagegen keine signifikante Resistenzverbesserung auf. Die Analyse der Methanol-Extrakte mittels Gaschromatografie mit Massenspektrometrie-Kopplung (GC-MS) ließ einen erhöhten Anteil bestimmter phenolischer Verbindungen erkennen, die teilweise Resistenz fördernde Wirkungen haben. Das Vorhandensein dieser Verbindungen kann somit als Begründung der Verbesserung der Resistenz entsprechend imprägnierter Prüfkörper herangezogen werden. Die Endfassung des Artikels ist auf www.holztechnologie.de verfügbar. / Certain extractives from thermally modified beech have fungicidal properties. Methanol extracts, resolubilized in propanone, caused a significant retardation of fungal growth on native beech specimen. Beech specimen impregnated with these extractives could be assigned to the durability class 4, i. e. not permanent. Other extracts of thermally modified beech, in particular water extracts, did not show significant improvement in resistance. The analysis of methanol extracts using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) showed an increased amount of phenolic compounds known to increase resistance. Their presence in organic extracts of thermally modified wood may explain the improvement of the resistance of the impregnated specimen. The original publication is available at www.holztechnologie.de.

Bestimmte Extraktstoffe aus thermisch modifizierter Buche weisen fungizide Eigenschaften auf. Methanol-Extrakte aus thermisch modifizierter Buche, die in Propanon wieder aufgelöst wurden, wiesen eine leichte pilzwachstumshemmende Wirkung auf. Die getränkten Prüfkörper aus Buche erreichten eine Zuordnung zur Dauerhaftigkeitsklasse 4, d. h. nicht dauerhaft. Prüfkörper, die mit anderen Extrakten aus thermisch modifizierter Buche getränkt wurden, dabei insbesondere Wasser-Extrakte, weisen dagegen keine signifikante Resistenzverbesserung auf. Die Analyse der Methanol-Extrakte mittels Gaschromatografie mit Massenspektrometrie-Kopplung (GC-MS) ließ einen erhöhten Anteil bestimmter phenolischer Verbindungen erkennen, die teilweise Resistenz fördernde Wirkungen haben. Das Vorhandensein dieser Verbindungen kann somit als Begründung der Verbesserung der Resistenz entsprechend imprägnierter Prüfkörper herangezogen werden. Die Endfassung des Artikels ist auf www.holztechnologie.de verfügbar. / Certain extractives from thermally modified beech have fungicidal properties. Methanol extracts, resolubilized in propanone, caused a significant retardation of fungal growth on native beech specimen. Beech specimen impregnated with these extractives could be assigned to the durability class 4, i. e. not permanent. Other extracts of thermally modified beech, in particular water extracts, did not show significant improvement in resistance. The analysis of methanol extracts using gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) showed an increased amount of phenolic compounds known to increase resistance. Their presence in organic extracts of thermally modified wood may explain the improvement of the resistance of the impregnated specimen. The original publication is available at www.holztechnologie.de.

Die bei Textilbetonbauteilen üblicherweise zum Einsatz kommenden Bewehrungen können sowohl aus Carbon oder AR-Glas bestehen. Aufgrund des Preises und der Verfügbarkeit hat AR-Glas gegenüber Carbon allerdings eine deutlich größere Verbreitung am Markt. Trotz der chemischen Modifikation zur Verbesserung der Alkalibeständigkeit von AR-Gläsern gegenüber E-Glas, kann bei AR-Gläsern ein nennenswerter Festigkeitsverlust infolge der Alkalität des Betons innerhalb der Lebensdauer eines Bauwerks festgestellt werden. Eine Möglichkeit den langfristigen Festigkeitsverlust zu reduzieren, ist der Aufbau einer Diffusionsbarriere um die einzelnen Rovings durch eine polymere Tränkung. Im Rahmen der vorliegenden Veröffentlichung werden mögliche Tränkungsmaterialien sowie die Auswirkungen dieser auf die Dauerhaftigkeit der textilen Bewehrungen anhand von Versuchen bewertet und ein Modell zur Prognose des langfristigen Festigkeitsverlustes polymermodifizierter Bewehrungen vorgestellt. / The reinforcement in TRC (Textile Reinforced Concrete) is usually made of alkali-resistant glass rovings due to their low price and availability on the market, but even the glass composition is changed compares to E-glass to increase its alkali resistance the durability in concrete is known to be unsatisfactory. One possibility to increase the durability is the application of a diffusion barrier around the reinforcement. The diffusion barrier can be made out of reactive polymeric coatings. Within the paper the results regarding the durability of AR-glass reinforcement achieved with a variety of reactive materials, mainly epoxy resins, will be presented as well as discussed. In addition to the results achieved in the laboratory, a model which allows long term predictions of the durability of polymer impregnated AR-glass reinforcements will be presented.

Die Herstellung klinkereffizienter, innovativer Zemente mit einem niedrigen CO2-Footprint wird in den nächsten Jahren für die mittelständischen Unternehmen (KMU) der deutschen Zementindustrie aus ökologischen und ökonomischen Gründen zunehmend wichtiger werden. Um die Akzeptanz dieser Zemente in der Bauindustrie zu erhöhen, müssen sie eine hohe Leistungsfähigkeit und gute Dauerhaftigkeitseigenschaften in Beton aufweisen. Besonders die Kombination der beiden Zementhauptbestandteile Hüttensand (S) und calcinierter Ton (Q) neben Portlandzementklinker (K) ist hinsichtlich ihrer Zementleistungsfähigkeit, ihrer Dauerhaftigkeitseigenschaften und ihres CO2-Einsparpotentials sehr vielversprechend. Aufgrund fehlender Kenntnisse und Erfahrungen werden solche Zemente in Deutschland bisher nicht hergestellt. Ziel des Forschungsvorhabens war daher die eingehende Untersuchung der Leistungsfähigkeit, der Dauerhaftigkeit und des Hydratationsverhaltens von ternären Zementen mit Hüttensand und calciniertem Ton als Hauptbestandteil (KSQ-Zemente). Dabei wurden Synergieeffekte zwischen den verschiedenen Zementhauptbestandteilen und ihre Hydratationsprodukte untersucht. Um einen weiten Zusammensetzungsbereich abdecken zu können und so eine deutliche Erweiterung des Wissensstandes auf diesem Gebiet zu erzielen, wurden hierfür Methoden der statistischen Versuchsplanung und -auswertung genutzt. Zudem wurde das CO2-Einsparpotential von KSQ-Zementen durch Modellrechnungen in Abhängigkeit von der Zementzusammensetzung, der Tonmineralogie und der Calcinierungstechnik ermittelt. Das in diesem Forschungsvorhaben erzeugte Wissen soll dazu genutzt werden, KSQ-Zemente über den bisher genormten Bereich hinaus in die europäische Normung aufzunehmen (z. B. CEM VI-Zemente in EN 197-5) und so den Weg für die Produktion dieser klinkereffizienten Zemente für deutsche KMU zu ebnen.

The Carola Bridge (Carolabrücke), built in 1971, has a length of approximately 375 m and takes the tram and the B 170 federal road in Dresden across the river Elbe. The intensive use of the bridge and deficits in user-friendliness made building measures inevitable. One part was the widening of the upstream bridge cap. Here, the application of a new nonmetallic reinforcement within the concrete cover was planned to improve the service life of the cap, a so far unique method. Based on an installation test and an investigation of the cracking behavior, both described in the paper, two reinforcement configurations were selected for practical application. The project provides an ideal opportunity to bring carbon and basalt reinforcements closer to the public and to demonstrate their cast in during normal operation on a concrete construction site.

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