In the development of concrete structures and its finishes we are constantly looking for new ways to highlight the aesthetic value of the concrete. With all the possibilities of shapes, textures and colours, an architectural concrete in the hands of an architect and designer becomes a material, which can be used to express different individual and specific ideas. It is necessary to recognize and cope with these possibilities, but also the limits, which determine the properties of concrete as the proper design and implementation creates excellent finishes that are otherwise inaccessible to other materials and technologies. The theoretical part includes an extensive summary carries out a research on issues of architectural concrete and its production. From this research comes a new definition of architectural concrete and the newly redesigned and determined classes of architectural concrete with respect to the continuous development of technologies and production possibilities, rendering and surfacing. The aim of the thesis is to verify the possibilities of producing quality architectural concrete and additional treatment of the surface with respect to the desired aesthetic quality.

The subject of the diploma thesis is the elaboration of the technological project of the multifunctional building DASS in Martin. It is a two-storey building that will serve for the needs of DASS company. The diploma thesis assesses the building as a whole and focuses on selected technological processes. The work consists of the technical report, study of the implementation of the main technological stages of the main building, technological regulations for monolithic reinforced concrete horizontal structures and for vegetation flat roof, design of main construction machines and mechanisms, design and assessment of lifting mechanism and control-test plans for structures from technological regulations. Furthermore, a time and financial plan is developed. Than staff balance and a schedule of selected technological processes of the main building is processed. At the same time a construction site project, a health and safety plan, a noise study and LEED 2009 CORE & SHELL are prepared for the construction of a multifunctional building. The work is further supplemented by a specialization focused on the analysis of the contribution of green roofs on energy efficiency of buildings.

Die neuen 3D-Entwurfs-, Berechnungs- und Fertigungsverfahren in Kombination mit dem Werkstoff ultrahochfester Beton (UHPC) bieten das Potenzial, den Beton-Leichtbau zu revolutionieren [1]. Die Herausforderung bei der Herstellung von geometrisch komplexen und hochpräzisen UHPC-Bauteilen liegt dabei im Schalungsbau. Da bisher keine verfügbaren abfallfreien und somit nachhaltigen alternativen Schalungsmaterialien bzw. -systeme identifiziert werden konnten, wurde der Forschungsansatz entwickelt, frei geformte Schalungen für Betonbauteile unter Verwendung von CNC-gefrästen recycelbaren Industriewachsen zu verwenden. Die Erforschung dieses Ansatzes hin zu einer anwendbaren Non-Waste-Schalungstechnologie wurde in einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) und des Instituts für Tragwerksentwurf (ITE) der TU Braunschweig durchgeführt. Im Folgenden werden die wesentlichen Inhalte des Vorhabens, ausgehend von der Auswahl geeigneter Wachse, über die Untersuchung der Zerspanbarkeit bis hin zur Betonierung und anschließenden Analyse der Schalungen und Abgüsse, vorgestellt und diskutiert. Grundlegende Erkenntnisse wurden u. a. bereits 2016 in [2]–[5] veröffentlicht. Diese werden hier teilweise wiedergegeben und zudem mit zusätzlichen Informationen ergänzt. Die wesentlichen Erkenntnisse aus dem Forschungsvorhaben werden zusammengefasst. Ausführliche Informationen zur Entwicklung der Non-Waste-Wachsschalungstechnologie finden sich in der 2019 veröffentlichten Dissertation von Jeldrik Mainka [6]. / The new 3D design, calculation and manufacturing methods in combination with ultra-high strength concrete (UHPC) off er the potential to revolutionise lightweight concrete construction [1]. The challenge in the production of geometrically complex and high-precision UHPC components lies in formwork construction. As no available waste-free and thus sustainable alternative formwork materials or systems have been identified so far, the research approach was developed to use freely shaped formwork for concrete components using CNC-milled recyclable industrial waxes. The research of this approach towards an applicable non-waste formwork technology was carried out in a joint research project of the Institute for Machine Tools and Production Engineering (IWF) and the Institute of Structural Design (ITE) of the Technical University of Braunschweig. In the following, the main contents of the project, starting with the selection of suitable waxes, the investigation of machinability up to the concreting and subsequent analysis of the formwork and castings are presented and discussed. Basic findings have already been published in 2016 in [2]–[5]. These are partly reproduced here and supplemented with additional information. The main findings of the research project are summarised. Detailed information on the development of non-waste wax formwork technology can be found in the dissertation by Jeldrik Mainka [6], published in 2019.

Die additive Fertigung erlaubt ein bisher nicht gekanntes Maß an geometrischer Freiheit bei der Gestaltung von Bauteilen. In der Medizin- und Dentaltechnik wird die additive Fertigung beispielsweise eingesetzt, um an die individuelle Anatomie des Patienten angepasste Prothesen und Implantate herzustellen. Im Maschinenwesen ermöglicht sie den Bau von multifunktionalen und formoptimierten Bauteilen und damit eine Senkung des Materialeinsatzes bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfähigkeit. In der Luft- und Raumfahrttechnik wird sie genutzt, um mittels Topologieoptimierung oder durch das Zusammenfassen von ganzen Baugruppen zu einem einzelnen Bauteil Gewicht zu sparen [1]. (Aus: Motivation] / Additive manufacturing allows a previously unknown degree of geometric freedom in the design of components. In medical and dental technology for example, additive manufacturing is used to produce prostheses and implants adapted to the individual anatomy of the patient. In mechanical engineering, it enables the construction of multifunctional and shape-optimized components thus reducing the amount of material used while simultaneously increasing performance. In aerospace engineering, it is used to save weight by means of topology optimization or by combining entire assemblies into a single component [1]. [Off: Motivation]

Für die Realisierung nach bionischen Prinzipien entworfener Betontragwerke mit frei geformten Bauteilkonturen ist die erforderliche Schalung in technischer und ökonomischer Hinsicht von eminenter Bedeutung. Im Forschungsvorhaben wurde sich mit der Entwicklung adaptiver und aktiv regulierbarer Schalungssysteme befasst, welche durch den Einsatz neuartiger Materialen und Konstruktionsprinzipien flexibel auf beliebig geneigte und gekrümmte Bauteiloberflächen reagieren kann. Das Schalungssystem selbst soll nach bionischen Prinzipien agieren. Computergestützt ansteuerbare, elektrisch regulierbare Stellgliedsysteme ermöglichen effiziente, materialsparende Herstellverfahren und minimieren die Beanspruchung des Schalungssystems. / Formwork has great significance for the realisation of concrete load-bearing structures designed according to bionic principles with free-formed contours in technical and economic regard. The research project focussed on developing adaptive and actively controllable formwork systems that can flexibly respond to arbitrarily inclined and curved building part surfaces using new material and construction principles. The formwork itself is supposed to act according to bionic principles. Computer-aided, electrically controllable control element systems allow for efficient, material-saving manufacturing methods and minimise the load on the formwork system.

Ein Carbonbeton-Schalentragwerk, das im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 1542 „Leicht Bauen mit Beton“ von der TU Chemnitz entwickelt wurde, wurde nach Projektabschluss erfolgreich errichtet. / A carbon reinforced concrete shell structure which wasdeveloped by Chemnitz University of Technology as part of the DFG Priority Programme SPP 1542 “Concrete ligth” was successfully erected after the project was completed.

Die Potentiale der gefrorenen Sandschalung für den Entwurf und die Herstellung funktional gradierter Betonbauteile (siehe Projekte Sobek et al. und Garrecht et al. des SPP 1542, S. 642 ff . und S. 250 ff .) wurden im Rahmen des Teilprojekts B04: Herstellung biomimetischer und biologisch inspirierter (modularer) Strukturen für die Bauindustrie des Sonderforschungsbereichs/Transregio 141 Biologischer Entwurf und integrative Strukturen – Analyse, Simulation und Umsetzung in der Architektur weiter untersucht. / Potentials of frozen sand formwork technology were further investigated in design and production of functionally graded concrete components (see also the projects Sobek et al. and Garrecht et al. of SPP 1542, pages 642 resp. 250 et seq.) in the subproject B04: Fabrication of biomimetic and biologically inspired (modular) structures for use in the construction industry in the framework of the Collaborative Research Centre/Transregio 141 Biological Design and Integrative Structures – Analysis, Simulation and Implementation in Architecture.

aus dem Inhalt: „Die im Teilprojekt Sobek (siehe S. 626 ff .) entwickelte gefrorene Sandschalung zur abfallfreien Herstellung von Betonbauteilen wurde im Rahmen des BMBF-geförderten Konsortiums Carbon Concrete Composite – C3 für die Herstellung dünnwandiger und gekrümmter Sandwichelemente weiterentwickelt. Der vorliegende Kurzbericht fasst die Forschungsergebnisse des Projekts C3Sandwich zusammen. Eine ausführliche Beschreibung der Arbeiten wurde in [1] veröffentlicht....” / from teh content: „Within the framework of the BMBF-funded consortium Carbon Concrete Composite – C3, the research on sand formwork for the waste-free production of concrete components (TP Sobek, p. 626 seq.) was further advanced towards the production of thin-walled and curved sandwich elements. This report summarizes the research results of the project C3Sandwich. A detailed description of the work was published in [1]....”

Το θέμα της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής είναι η συστηματική μελέτη του Αυτοσυμπυκνούμενου Κισσηροδέματος (ΑΣΚ). Ο βασικός σκοπός της υπήρξε η παραγωγή μειγμάτων δομικού ΑΣΚ, προτείνοντας παράλληλα μία μεθοδολογία σύνθεσης, εφαρμόσιμη για κάθε είδος Αυτοσυμπυκνούμενου Σκυροδέματος (ΑΣΣ). Ακόμη, έγινε προσπάθεια να διερευνηθούν τομείς στους οποίους η γνώση για το Αυτοσυμπυκνούμενο Ελαφροσκυρόδεμα (ΑΣΕΣ) είναι ακόμη ελλιπής, όπως η συνάφεια χάλυβα-ΑΣΕΣ, η συμπεριφορά γραμμικών στοιχείων οπλισμένου ΑΣΕΣ έναντι κάμψης και διάτμησης, η κατανομή και οι μέγιστες τιμές των πιέσεων που ασκεί το νωπό ΑΣΕΣ σε ξυλοτύπους και τα χαρακτηριστικά ανθεκτικότητάς του. / In this study an extended investigation of PASCC properties is conducted. The main scope was to produce structural PASCC mixtures, by proposing a mix design methodology applicable for every type of Lightweight Aggregate Self-Compacting Concrete (SCC). Moreover, there has been an attempt to investigate fields where the available knowledge for LWASCC is limited, such as the steel-PASCC bond characteristics, the response of reinforced PASCC elements under reversed bending and shear actions, the formwork pressure development during and after PASCC casting and selected PASCC durability characteristics.

H αύξηση των περιβαλλοντικών, αισθητικών και λειτουργικών απαιτήσεων που πρέπει να πληρούν οι σύγχρονες κατασκευές Πολιτικού Μηχανικού, σε συνδυασμό με την απαίτηση για συμπίεση του κόστους του κύκλου ζωής τους, οδηγούν στην ανάγκη για τη διερεύνηση της εφαρμογής νέων υλικών και μεθόδων που θα εφαρμοσθούν στη κατασκευή των δομικών έργων. Στην κατεύθυνση αυτή κινούνται οι μέθοδοι κατασκευής δομικών στοιχείων με τη χρήση παραμενόντων τύπων. Η παρούσα Διατριβή πραγματεύεται, τόσο σε αναλυτικό όσο και σε πειραματικό επίπεδο, το σχεδιασμό επίπεδων στοιχείων Ο/Σ που παρασκευάζονται έναντι παραμενόντων τύπων παρασκευασμένων από σύνθετα υλικά τσιμεντοειδούς μήτρας και οπλισμένων με πλέγματα μη μεταλλικών ινών (Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα-ΙΑΜ). Η Διατριβή αναπτύσσει την διαδικασία σχεδιασμού που προορισμός της είναι να ενσωματωθεί σε έναν αλγόριθμο βέλτιστου σχεδιασμού για την επίτευξη σχεδιαστικών λύσεων που θα αντιστοιχούν στο ελάχιστο κόστος κατασκευής για το σύμμεικτο στοιχείο. Η διαδικασία σχεδιασμού τροφοδοτείται από ένα εκτενές πρόγραμμα πειραματικών δοκιμών. / The continuously raising demands for cost effective and environmental friendly concrete structures which should fulfill also high aesthetic design criteria, lead the Engineers to explore new construction methods and materials. The application of semi-prefabrication techniques, involving the use of participating Stay-in-Place formwork elements seems to be an attractive solution. The present dissertation deals with the experimental and analytical investigation of one-way concrete slabs cast over Stay-In-Place formwork elements produced from cementitious composite materials reinforced with textile structures from non-metallic continuous fibers (Textile Reinforced Concrete). In this dissertation a design procedure for Composite Reinforced Concrete (RC)/TRC one-way slabs is developed. For the development of the design procedure the results from an extensive experimental investigation campaign were exploited. The campaign focused on the mechanical behavior of RC/TRC composite slabs under four point bending. Also tests on the formwork elements under four point bending tests were carried out. Ahead of the bending tests, uniaxial tension tests on dumbbell TRC specimens were conducted in order to characterize this composite material. Finally, the design procedure was integrated on a Genetic Algorithm in order to achieve minimum-cost design solutions.