Angesichts des Ressourcenbedarfs der Bauindustrie in Verbindung mit einer immer weiter eingeschränkten Rohstoffverfügbarkeit ist eine effiziente Kreislaufführung von Baustoffen unerlässlich. In der Betonherstellung bedeutet dies bspw. die Verwendung rezyklierter Gesteinskörnungen zum partiellen Austausch der natürlichen Kiese und Sande, wobei Letzteres nur eingeschränkt möglich ist. Da sich bei der Zerkleinerung von Beton poröser hydratisierter Zement in den Feinstoffen anreichert, ist der Einsatz dieser sog. Betonbrechsande als Gesteinskörnung oder als gemahlener Betonzusatzstoff zumeist mit Einbußen bei der Leistungsfähigkeit der Betone verbunden. Vorliegende Versuchsergebnisse zeigen, dass durch eine zusätzliche thermische Aufbereitung hydratisierter Zement aktiviert werden kann, wodurch sich ausgewählte mechanische Eigenschaften sowie bestimmte Dauerhaftigkeitskennwerte (z. B. Widerstand gegen Carbonatisierung und Chlorideintrag) bei der Verwendung als Betonzusatzstoff verbessern lassen. Diese ersten vielversprechenden Ergebnisse gaben Anlass für ein aktuell laufendes Forschungsvorhaben, in dem Einflussfaktoren der thermisch-mechanischen Aufbereitung von Betonbrechsanden unterschiedlicher Zusammensetzung auf ihre Leistungsfähigkeit als Betonzusatzstoffe eingehend untersucht werden.

Development of thermally and mechanically activated concrete fines as supplementary cementitious material - project presentation and first results
In the light of resource demands for construction and limited availability, an efficient recirculation of building materials is essential. For concrete production, this means the use of recycled aggregates as partial replacement of gravel and sand, with the latter being severely restricted. Since crushing yields a concentration of porous hydrated cement in the fine particles, the application of crushed concrete fines as aggregates or milled supplementary cementitious material (SCM) results in limited concrete performance. Present results show that hydrated cement can be reactivated through an additional thermal processing, yielding improved mechanical and durability properties like carbonation or chloride penetration when used as SCM in concrete. The promising results initiated a funded research project, which investigates influencing factors of the thermal-mechanical processing of crushed concrete sands with varying compositions on the performance as SCM.

Der Rückbau von Naturzugkühltürmen stellt einen wesentlichen Beitrag im Zuge der Umnutzung alter Kraftwerksstandorte dar. Aus monetären Gründen im Zusammenspiel mit Gründen der Nachhaltigkeit, die sich besonders in der Wiederverwendbarkeit der Flächen und im Recycling der Ressource Stahlbeton niederschlagen, ist ein zeitnaher Rückbau der Naturzugkühltürme nach Betriebsende in den meisten Fällen empfehlenswert. Der Beitrag zeigt neben dem etablierten Stand der Technik Potenziale zur Weiterentwicklung von Konzepten für den Rückbau von Naturzugkühltürmen auf. Dabei bieten komplexe numerische Simulationen mittlerweile die Möglichkeit, sowohl die Standsicherheit für temporäre, vorgeschwächte Bauzustände als auch das Kollapsverhalten der Stahlbetonbauwerke bei Sprengung zielgenau beurteilen zu können. Den zentralen Aspekt bildet hier die Sicherheit in verschiedenen Facetten, die insbesondere auch für unmittelbare Nachbarbebauungen zu betrachten und zu gewährleisten ist. Die vorgestellten neuen Rückbaukonzepte, für die noch keine praktischen Erfahrungswerte vorliegen, werden vergleichend den etablierten Konzepten gegenübergestellt und hinsichtlich der Aspekte Standsicherheit, Kollapssicherheit, Erschütterungsprognose, erforderliche Sicherungsmaßnahmen, Auswirkungen auf die Umwelt, Arbeitsaufwand und Kosten bewertet.

Optimized concepts for the deconstruction of natural draught cooling towers by blasting
The deconstruction of natural draught cooling towers represents an essential part in the course of the conversion of old power plant sites. For monetary reasons in combination with reasons of sustainability, which are particularly reflected in the reusability of the site area and the recycling of the resource reinforced concrete, an immediate deconstruction of the natural draught cooling towers after the end of operation is recommended in most cases. In addition to the established state of the art, the article shows potentials for the further development of concepts for the deconstruction of natural draught cooling towers by blasting. Complex numerical simulations nowadays offer the possibility of precise simulations of both the structural stability for temporary, weakened construction stages and the collapse behaviour of reinforced concrete structures in the event of blasting. The key aspect is safety in various facets, which must also be considered and guaranteed for adjacent buildings in the immediate neighbourhood in particular. The new deconstruction concepts presented, for which no practical experience is available at this time, are compared with the established concepts with regard to the aspects of structural stability, collapse safety, vibration prognosis, necessary safety measures, effects on the environment, workload and costs.

Der Bauindustrie und insbesondere der Zement- und Betonindustrie kommt sowohl bei der Begrenzung der globalen Erwärmung als auch beim Schutz der natürlichen Ressourcen eine wichtige Rolle zu. Zentral ist dabei die Frage, wie es zum einen gelingt, die bei der Herstellung, Verwendung und dem Recycling von Beton einhergehenden CO2-Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig den Ressourcenkreislauf zu schließen. Dabei sind enorm vielfältige Wege zum klimaoptimierten und ressourceneffizienten Betonbau denkbar und möglich. Die einzelnen Wege unterscheiden sich jedoch relativ stark in den dafür notwendigen technischen Maßnahmen, den normativen Voraussetzungen und nicht zuletzt in den erforderlichen Investitionen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über den aktuellen Stand zum klimaverträglichen und nachhaltigen Bauen mit Beton und zeigt mögliche Potenziale hin zur Klima- und Ressourcenoptimierung bei der Betonherstellung auf. Der Fokus des Beitrags liegt auf dem Transportbetonsektor bzw. dem Ortbetonbau. Das Potenzial verschiedener Verfahren oder Maßnahmen zur CO2-Minderung und zum Ressourcenschutz wird nicht nur für eine einzelne Betonsorte, sondern anhand eines typischen Transportbetonwerks mit einem angenommenen jährlichen Betonproduktionsvolumen von 21.300 m3 anhand von Literaturangaben quantifiziert, um Anlagenbetreibern eine einfache Einschätzung der Wirksamkeit einzelner oder kombinierter Maßnahmen zu ermöglichen.

Roadmap for climate-optimized (ready-mix) concrete - Quantified consideration of options for action to increase sustainability and resource efficiency
The construction industry, and in particular the cement and concrete industry, has an important role to play both in limiting global warming and in protecting natural resources. The central question is how to reduce the CO2 emissions associated with the production, use and recycling of concrete while at the same time closing the resource cycle. A wide variety of paths to climate-optimized and resource-friendly concrete are conceivable and possible. However, the individual paths differ relatively strongly in the technical measures required, the normative prerequisites and, last but not least, the necessary investments. This article gives an overview on the current status of climate-friendly and sustainable concrete construction and illustrates potentials for climate and resource optimization in the concrete industry. The focus of the article is on the ready-mix concrete sector or in-situ concrete construction and the current status of climate and resource protection in this sector is illustrated. The potential of various processes or measures for CO2 reduction and resource protection is quantified not only for a single type of concrete, but also on the basis of a typical German ready-mix concrete plant with an assumed annual concrete production volume of approx. 21.300 m3, using literature data on the effectiveness of individual measures to enable plant operators to easily assess the effectiveness of individual or combined measures.

Der Durchstanznachweis stellt bei der Bemessung von Flachdecken infolge der konzentrierten, punktförmigen Lasteinleitung oftmals den konstruktiv bestimmenden Nachweis dar. Bei unregelmäßigen Deckensystemen oder Belastungen treten zudem ungleichmäßige Schubspannungsverteilungen im Durchstanzbereich auf. In der Tragwerksplanung stellt sich hierbei oft die Frage, wie die ungleichmäßige Schubspannungsverteilung beim Durchstanzen am zweckmäßigsten und mit vertretbarem Aufwand berücksichtigt werden kann. Die direkte Bestimmung der Schubspannungsverteilung in Rundschnitten mittels FE-Verfahren wird im aktuellen Eurocode 2 nicht explizit ausgeschlossen, aber auch nicht genauer beschrieben. Hier gibt es entsprechenden Freiraum bei der Bemessung für den Tragwerksplaner, aber auch Unklarheiten bei der Interpretation der Ergebnisse. In diesem Beitrag werden FE-Lösungen zur Bestimmung des Lasterhöhungsfaktors &bgr; oder zur direkten Berücksichtigung der ungleichmäßigen Schubspannungsverteilung vorgestellt und anhand eines Anwendungsbeispiels analysiert. Abschließend werden Empfehlungen und Modellierungshinweise zur pragmatischen und möglichst realistischen Bestimmung des Lasterhöhungsfaktors &bgr; zur Berücksichtigung von Knotenbiegemomenten gegeben.

Punching shear in irregular flat slab systems - Recommendations for modeling and design
The punching shear verification is often the decisive verification in design due to the concentrated load introduction. Moreover, uneven shear stress distributions often occur in the punching shear area as result of irregular flat slab systems or eccentric loads. In structural design it is often questionable, how a non-uniform shear stress distribution can be considered with acceptable effort. The direct determination of the shear stress distribution along the control perimeters using FE methods is not explicitly excluded in the current Eurocode 2 but is also not described in more detail. This gives considerable freedom in design for the structural engineer, but also ambiguities for interpreting the results. In this paper, FE approaches for determining the factor &bgr; or for directly considering the non-uniform shear stress distribution are presented and analyzed based on an application example. Finally, recommendations and modelling advice are given for the pragmatic and, as far as possible, realistic determination of factor &bgr; for consideration of unbalanced moments.

Bei der Formoptimierung wird die äußere Gestalt eines Bauteils entsprechend dem vorherrschenden Kraftfluss gewählt. Hierdurch lassen sich bei gleichem Materialeinsatz große Laststeigerungen erzielen bzw. bei gleicher Tragfähigkeit hohe Materialeinsparungen. Im vorliegenden Beitrag wird eine Formoptimierung für außermittig beanspruchte Stützen vorgestellt, bei denen die Biegebeanspruchung aus einer Rahmenwirkung des Tragsystems resultiert. Dies ist z. B. in Randstützen typischer Stahlbetonskelettbauten der Fall, wie sie üblicherweise bei Wohn- und Geschäftshäusern zum Einsatz kommen. Das im Beitrag vorgestellte Formoptimierungsverfahren kann auf Stützen mit einem beliebigen Verhältnis von Momenten- zu Normalkraftbeanspruchung angewendet werden, unter Voraussetzung eines eintretenden Materialversagens. Ergebnisse zur Formoptimierung bei einem Stabilitätsversagen wurden für zentrisch gedrückte Stützen bereits gesondert veröffentlicht. Die Optimierung selbst erfolgt iterativ an einer über die Höhe segmentierten Stütze unter dem Kriterium, einen gleichmäßigen Spannungszustand im Bauteil zu erreichen. Mithilfe einer experimentellen Überprüfung an 3,3 m hohen Stützen konnte das gewählte Berechnungs- und Optimierungsverfahren verifiziert werden. Neben den Versagenslasten wurden an ausgewählten Punkten zudem die Betondehnungen sowie das Verformungsverhalten analysiert und bewertet.

Shape optimisation of eccentrically loaded columns - theory and experimental verification.
In shape optimisation, the external shape of the structural component is adapted to the predominant force flow. In this way, large load increases can be achieved with the same material use, or high material savings can be achieved with the same load-bearing capacity. In this paper, a shape optimisation for eccentrically loaded columns is presented, where the bending stress results from a frame effect of the load-bearing system. This is the case, for example, in edge columns of typical reinforced concrete skeleton structures, as they are usually used in residential and commercial buildings.
The shape optimisation method presented in the article can be applied to columns with an arbitrary ratio of a moment-normal force loading, provided that a material failure occurs. Results for shape optimisation in the case of a stability failure have already been published separately for centrically pressed columns. The optimisation itself is carried out iteratively on a column segmented over the height under the criterion of achieving a uniform stress state in the component. With the help of an experimental check on 3.3 m high columns, the selected calculation and optimisation method could be verified. In addition to the failure loads, the concrete strains and the deformation behaviour were also analysed and evaluated at selected points of the specimen.

Becken aus Beton im Zuge von Bundesfernstraßen sind in der ZTV-ING geregelt. Unter Berücksichtigung des aktuellen Stands der Technik und der zwischenzeitlich vorliegenden Erfahrungen der Straßenbauverwaltungen sowohl hinsichtlich des Baus als auch des Betriebs von Becken und Pumpenhäusern sollte die Zuordnung dieser Bauteile zu Expositionsklassen überdacht werden. Im vorliegenden Beitrag werden die bei Becken aus Beton relevanten Umwelteinwirkungen differenziert betrachtet und die Hintergründe für eine mögliche Anpassung der bisherigen Festlegungen erläutert. Bei einer globalen Kategorisierung sind nach den heutigen Regelungen viele Bauteile solcher Becken formal der Expositionsklasse XF4 zuzuordnen, woraus sich dann unmittelbar die zwingende Verwendung von LP-Beton ableitet. Differenzierte Betrachtungen, unter Einbeziehung spezifischer Randbedingungen und langjähriger Erfahrungen, lassen aber auch die Verwendung von Betonen ohne künstlich eingeführte Luftporen zu.

Concrete basins according to ZTV-ING
Concrete retention basins within the German federal highways network are regulated in ZTV-ING. Taking into account the current state of the art and the experiences of the road administration with regard to the construction and operation of such basins and pump houses, a new assignment of the exposure classes for these components should be appropriate. This article takes a differentiated view on the relevant environmental impacts of concrete basins and explains the background for possible modifications to be made in a new ZTV-ING. For example, in case of a global categorization, many components would have to be formally assigned to the exposure class XF4, from which the mandatory use of air-entrained concrete would then be directly derived. However, differentiated considerations, considering specific boundary conditions and many years of experience, also allow the use of concretes without air entraining agents.

Statistische Auswertungen von Brückeneinsturzdaten zeigen, dass Massivbrücken signifikant seltener einstürzen als Brücken aus Stahl oder Holz. Da weltweit die Hauptursache für Brückeneinstürze Hochwasser und damit verbundene fluviale Prozesse wie Auskolkung, Muren etc. und Anpralle sind, liegt die Vermutung nahe, dass die hohe Eigenlast der Massivbrücken zu einem insgesamt robusteren Verhalten bei diesen Ereignissen führt. Im Rahmen dieses Beitrags soll geprüft werden, ob die IABSE-Einsturzdatenbank diese These bestätigt und Hinweise auf weitere Ursachen identifiziert werden können. Dazu wird die IABSE-Einsturzdatenbank mittels Verfahren der Künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens (KI/ML) untersucht. Die KI/ML-Analyse bestätigt die bisherige These allerdings nicht. Im Weiteren werden Ursachen für die Ablehnung der These, wie z. B. die Repräsentativität der Daten, diskutiert. Es wird eine Erweiterung der Datenbank für Ereignisse mit großen Einsturzzahlen empfohlen.KI/ML-based Analysis and Interpretation of the IABSE-Bridge Collapse DatabaseStatistical analyses of bridge collapse data show that concrete bridges collapse significantly less frequently than bridges made of steel or wood. Since the main causes of bridge collapses worldwide are floods and associated fluvial processes, such as scouring, debris flows, etc. and impacts, it is reasonable to assume that the high dead load of concrete bridges leads to an overall more robust behavior in these events. This paper will examine whether the IABSE collapse database confirms this hypothesis and whether indications of further causes can be identified. For this purpose, the IABSE collapse database is examined using artificial intelligence and machine learning (AI/ML) methods. However, the AI/ML analysis does not confirm the previous thesis. The reasons for the rejection of the thesis, such as the representativeness of the data, are also discussed. An extension of the database for events with large numbers of collapses is recommended.

Um bei der Verwendung von Ortbeton die hohen Qualitätssicherungsstandards zu erfüllen, ist bisweilen ein großer manueller Dokumentationsaufwand erforderlich. Insbesondere der Einbau bedarf großer Aufmerksamkeit, da die Verwendung des richtigen Betons im vorgesehenen Bauteil sichergestellt werden muss und Fehler einen zeitlichen und kostenmäßigen Mehraufwand bedeuten. In anderen Branchen ist zu beobachten, dass zur Unterstützung der Ausführungsprozesse sowie bei der Dokumentation bereits häufig Internet-of-Things (IoT)-Systeme gewinnbringend eingesetzt werden. Trotz zahlreicher zur Verfügung stehender digitaler Lösungen ist der Einsatz von IoT-Technologien für ebendiese Monitoringaufgaben auf der Baustelle jedoch nur selten zu beobachten. Dabei haben die Technologien das Potenzial, die Maßnahmen zur Qualitätssicherung zu vereinfachen und das Bauen attraktiver zu machen. Dieser Aufsatz behandelt den Prozessschritt des Betoneinbaus innerhalb der Wertschöpfungskette im Ortbetonbau, der bislang überwiegend manuell abläuft, ein hohes Fehlerrisiko birgt und sehr dokumentationsaufwendig ist. Es wird ein auf Long Range Wide Area Networt (LoRaWAN) basierendes IoT-System konzipiert, das den Menschen bei der Dokumentation der Betonagen unterstützt. Anschließend wird das System auf einer Baustelle einem Praxistest unterzogen. Es erfolgt der Abgleich der Ergebnisse mit den prozessbezogenen Anforderungen, wobei sich zeigt, dass bereits mit dem präsentierten Setup einige wichtige Anforderungen zufriedenstellend erfüllt werden.

Internet of Construction: Potential of LoRaWAN quality assurance in the In-situ concrete prozess
Achieving high quality assurance standards when using in-situ concrete requires a great amount of manual documentation. In particular, in-situ concrete installation requires a great deal of attention, as the use of the right concrete in the intended building element must be ensured and errors mean additional time and costs. In other industries, it can be observed that IoT systems are already used profitably to support the execution processes and for documentation needs. However, despite the numerous digital solutions available, the use of Internet of Things (Iot) technologies for such monitoring tasks on the construction site are rarely observed. Yet the technologies have the potential to simplify quality assurance measures and make construction more attractive. This paper deals with the process step of concrete installation within the value chain of in-situ concrete construction, which has so far been performed mainly manually, involves a high risk of error and is very time-consuming to monitor. A Long Range Wide Area Network (LoRaWAN-)-based IoT system is designed to support humans in documenting the concrete installations. The system will then undergo a field test on a construction site. The results obtained are compared with the process-related requirements, and with this it is shown that some important requirements are already satisfactorily fulfilled with the presented setup.

Lasteinleitungsstellen von Tunneln aus Tübbings sind lokal hoch beansprucht. Insbesondere betrifft dies die Ansatzpunkte der Vorschubpressen und die Längsfugen als Kontaktstellen zwischen den einzelnen Segmenten in Ringrichtung. Gewöhnlich dominiert die Teilflächenpressung der Längsfuge die Dimensionierung des ganzen Tübbings; abseits davon wird er jedoch nicht voll ausgenutzt. Im Beitrag werden zwei Lösungskonzepte vorgestellt. Eines verstärkt die Tragfähigkeit der Längsfugen im Bereich der Lasteinleitung durch hochfesten Beton und hybride Bewehrung aus Stabstahl und Stahlfasern. Übrige Tübbingteile werden weiterhin in Normalbeton ausgeführt. Darauf abgestimmt erfolgt die Betonage; stehend und hybrid. Alternativ werden Tübbings aus durchgehend hochfestem Beton mit Aussparungen entwickelt. Entsprechende Entwürfe werden im Großmaßstab im Labor umgesetzt und hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit geprüft. Sie liegt bei beiden mit ca. 75 % bzw. 86 % deutlich über derjenigen eines herkömmlichen Referenztübbings. Auch hinsichtlich der CO2-Äquivalente zeigen sich Einsparpotenziale von ca. 35 %. Zudem verringert die geringere notwendige Tübbingdicke den Ausbruchquerschnitt, was Kostenvorteile bringt.

Material efficient tunnel segments with hybrid reinforcement - Design, fabrication, and experiments
Load introduction zones of tunnel lining segments are subject to high local stresses. This applies in particular to the attachment locations of the jacks and the longitudinal joints as the contact points between the individual segments in ring direction. Usually, the partial area loading of the longitudinal joint dominates dimensioning of the entire segment; however, apart from this, it is not fully utilized. Two potential solutions are developed in this article. One strengthens the load-bearing capacity of the longitudinal joints in the area of load introduction by the use of high-strength concrete and hybrid reinforcement of steel bars and steel fibers. The rest is still made of normal strength concrete. Casting of concrete is matched to this; upright and hybrid. Alternatively, segments made of high-strength concrete throughout but with recesses are developed. Corresponding designs are implemented on large scale in the lab and tested for their load-bearing capacity. In both cases, it is with around 75 % and 86 %, respectively, significantly higher than that of a conventional reference segment. There are also potential savings of around 35 % in terms of CO2 equivalents. In addition, the lower segment thickness required reduces the excavation cross-section, which brings cost benefits.

In den vergangenen Jahren erfolgte eine ökobilanzielle Bewertung von Gebäuden nur in Ausnahmefällen auf Wunsch von Projektinitiierenden. Vor dem Hintergrund des gesellschaftlichen und politischen Drucks auf ein klimagerechtes und nachhaltiges Handeln werden Ökobilanzen und die zur Verfügung stehenden Daten zunehmend auch wirtschaftlich relevant. Im Rahmen des Beitrags werden daher die wesentlichen Grundlagen einer Ökobilanz im Bauwesen vorgestellt. Neben einer kritischen Analyse des Bilanzierungsrahmens erfolgt eine kurze Vorstellung verfügbarer Datengrundlagen, wie z. B. der nationalen Datenbank ÖKOBAUDAT. Ferner wird auf die Treibhausgasbilanzierung des Baustoffs Holz eingegangen, die teils erhebliche Bewertungsspielräume mit der Gefahr von Fehlanreizen eröffnet. Als horizontale Bauteile können Deckensysteme von mehrgeschossigen Bauten etwa 40 % der tragwerksbedingten Emissionen eines Gebäudes verursachen und sind folglich von hoher Relevanz für eine Ökobilanz. Unter Variation der bilanzierten Lebenszyklusphasen und verwendeten Datensätze als mögliche Einflussfaktoren auf die Ergebnisse einer Ökobilanz werden diese Bauteile im nachfolgenden Beitrag genauer untersucht und gegenübergestellt. Trotz z. T. sensibler Auswirkungen auf die Gegenüberstellung der Deckensysteme bietet die Ökobilanz eine klare Entscheidungshilfe bei der Wahl von Deckensystemen im Sinne reduzierter Treibhausgasemissionen einer Rohbaukonstruktion.

Life Cycle Assessment in the Building Sector - Greenhouse Gas Emissions of Common Ceiling Systems
In the past, life cycle assessments (LCAs) of buildings were only carried out in rare cases at the request of project initiators. Against the backdrop of social and political pressure to act more climate-friendly and sustainably, LCAs and the available data are also becoming increasingly economically relevant. This paper therefore presents the essential principles of LCA in the building sector. In addition to a critical analysis of the scope of assessment, there is a brief presentation of available data bases, such as the national database ÖKOBAUDAT. Furthermore, the greenhouse gas balance of timber as a building material is discussed, which in some cases opens up considerable scope for assessment with the risk of false incentives. As horizontal building components, ceiling systems of multi-storey buildings can cause almost 40 % of the structural emissions and are therefore highly relevant for a LCA. By varying the life cycle stages assessed and data sets used as possible factors influencing the results of a LCA, these building components are examined and compared in more detail in the following article. Despite some sensitive effects on the comparison of the ceiling systems, the LCA offers a decision-making aid for the selection of ceiling systems in terms of reduced greenhouse gas emissions of a shell construction.

Im Beitrag wird auf die umfangreichen Materialuntersuchungen an einem ultrahochfesten Beton (UHPC) eingegangen, der für die Verwendung in der Tiefsee bestimmt ist. Die durchgeführten Versuche umfassen die Bestimmung des Spannungs-Verformungs-Verhaltens bei einaxialer Belastung der Probekörper, die Ermittlung der zweiaxialen Druckfestigkeit des UHPC unter verschiedenen Spannungsverhältnissen sowie die Bestimmung der Zugfestigkeitskennwerte. Auch wurde im Rahmen der Untersuchungen der Elastizitätsmodul experimentell ermittelt. Für die Tests wurden Würfel, Prismen und knochenförmige Probekörper verwendet. Aus den ermittelten Materialkennwerten wurden Umrechnungsfaktoren für die geometrieabhängigen Festigkeiten des Betons ermittelt. Im Rahmen des Beitrags erfolgt zudem ein Vergleich der ermittelten zweiaxialen Druckfestigkeitskennwerte mit weiteren, aus der Literatur bekannten Daten. Hierbei zeigt sich, dass ein UHPC eine ähnliche Festigkeitssteigerung aufweisen kann wie ein Normalbeton.

An UHPC for use in deep-sea research
The article deals with comprehensive material investigations carried out with an ultra-high performance concrete (UHPC) intended for use in the deep sea. The tests performed include the determination of the stress-strain behavior under uniaxial loading of the specimens, of the biaxial compressive strength of the UHPC under different stress ratios, of the tensile strength characteristics, and of the elastic modulus. Cubes, prisms and bone-shaped test specimens were used for the investigations. From the determined material properties, conversion factors for the geometry-dependent strengths of the concrete were calculated. In the paper, the determined biaxial compressive strength values are compared with data known from the literature. It is shown that an UHPC can have a similar increase in strength as a normal strength concrete.

Die Bauindustrie zählt zu den einflussreichsten Branchen hinsichtlich des anthropogenen Ressourcen- und Energieverbrauchs sowie des anfallenden Feststoffmülls (≥ 38 %). Die Entwicklung und Verwendung von Bauweisen und Baustoffen mit minimalem Umwelteinfluss über den gesamten Lebenszyklus ist somit von höchster Relevanz. Um den ökologischen Einfluss von Bauweisen und Baustoffen quantifizieren zu können, muss eine faktenbasierte Ökobilanzierung durchgeführt werden. Gegenwärtig ist dies meist nicht der Fall und objektive Vergleiche fehlen. Im Hochbau haben besonders Deckensysteme großen Einfluss auf die Gesamtbilanz der Tragstruktur. Deswegen widmet sich dieser Beitrag dem ökologischen Vergleich von unterschiedlichen Deckensystemen im Hochbau in Anlehnung an die EN 15804 und die EN 15978. Die Systemgrenzen sind mit den Lebenszyklusphasen Cradle-to-Gate und Cradle-to-Grave festgelegt worden. Insgesamt werden neun unterschiedliche Deckenarten aus Holz, Stahl, Beton wie auch deren Kombinationen im Rahmen unterschiedlicher statischer Systeme betrachtet. Alle Systeme wurden nach gängiger Ingenieurpraxis für die gegebenen Randbedingungen nach den aktuell gültigen Normen (ÖNORM, Eurocode) möglichst effizient dimensioniert. Die Ergebnisse zeigen, dass mit allen betrachteten Materialien ökologisch konkurrenzfähige Systeme umgesetzt werden können. Zentral sind jeweils ein Einsatz der Materialien entsprechend deren Eigenschaften und die Optimierung der Struktur sowie des Tragsystems.

Environmental Performance of Ceiling Systems in Building Construction - Currently used Systems and Future Optimisation Potenzial
The building industry counts to the most influencing sectors regarding raw material demand, energy use and solid waste generation (≥ 38 %). The development and use of construction methods and building materials with minimal environmental impact over the entire life cycle has therefore utmost relevance.
In order to quantify the environmental impact of construction methods and materials, a fact-based life cycle assessment must be carried out. Currently, these kinds of assessments are not state of practice with a lack of objective comparisons missing on the market. When looking at building construction, ceiling systems in particular have a great influence on the environmental footprint of the entire building. Therefore, this paper is dedicated to the environmental comparison of different ceiling systems in building construction based on EN 15804 and EN 15978. The system boundaries were defined with the life cycle phases of cradle-to-gate and cradle-to-grave. A total of nine different ceiling types within different structural systems were considered and evaluated. All systems were dimensioned as efficiently as possible according to common engineering practice for the given boundary conditions with the currently valid standards (ÖNORM, Eurocode). The results show that environmental competitive systems can be implemented using all considered materials. The key is to take the materials properties into account while simultaneously optimising the structure and load-bearing systems.

Die Herstellung von Betonbauteilen muss zum Schutze des Klimas nachhaltiger werden. Ein Ansatz ist die grundlegende Veränderung der Betonrezepturen in ihren Ausgangsstoffen und Massenanteilen. Diese sind so zu verändern, dass der Einsatz primärer Rohstoffe signifikant reduziert wird, ohne die physikalischen Eigenschaften des Betons nachteilig zu verändern respektive zu verbessern. Dieser Aufsatz befasst sich mit aktuellen internationalen Forschungsergebnissen zu nachhaltigen, kreislaufoptimierten Betonmischungsrezepturen und deren erzielten 28-Tage-Druckfestigkeitswerten. Diese wurden mithilfe eines Analysemodells über die empirischen Druckfestigkeitswerte der Rezepturen und deren mögliche CO2-Einsparung im Herstellungsprozess bewertet. Die Veränderung des Treibhauspotenzials basiert auf einer reduzierten Sachbilanzstudie der Stoffströme. Die Auswertung der verfügbaren Daten ergab, dass insbesondere durch den Einsatz industrieller Abfall- und Nebenprodukte in Beton, wie Kupferschlacke, keramische oder Gießereiabfälle sowie Steinschlammpulver, ein nachhaltiges Ergebnis erzielt werden kann. Bei Verwendung dieser Produkte konnte sowohl eine rechnerische Einsparung des Kohlenstoffdioxidausstoßes als auch eine Zunahme der 28-Tage-Druckfestigkeit gegenüber der Vergleichsprobe erzielt werden.

Evaluation of new concrete regarding the load-bearing behavior and the greenhouse gas reduction in the manufacturing process
The production of concrete components has to become more sustainable to protect the climate. One approach is the fundamental change in the concrete recipes in terms of their materials and mass proportions. Change has to be done so that the use of primary raw materials is significantly reduced without adversely changing or improving the physical properties of the concrete. This essay deals with current international research results on sustainable, circulation-optimized concrete mix formulations and their achieved 28-day compressive strength values. The results were evaluated with an analysis model using the empirical compressive strength values of the formulations and their possible CO2 savings in the manufacturing process. The difference in the greenhouse potential is based on a reduced life cycle inventory study of the material flows. The evaluation of the available data shows that a sustainable result can be achieved using industrial waste and by-products in concrete, such as copper slag, ceramic or foundry waste and stone sludge powder. By using these products, carbon dioxide emissions are reduced and an increase in the 28-day compressive strength compared to the reference sample could be achieved. The examined studies with recycled aggregates from mixed and broken concrete waste mostly led to a negative analysis value due to reduced strength values.

In der letzten Zeit haben Naturfasern aufgrund ihrer umweltfreundlichen, wirtschaftlichen und mechanischen Eigenschaften bei der Verwendung als Verstärkung in Verbundwerkstoffen ein wachsendes Interesse in der Forschung geweckt. Trotz dieser Vorteile wurde das Tragverhalten von textilen Bewehrungen aus Naturfasern in Betonbauteilen bisher nicht systematisch untersucht. Die für Textilbetonbauteile entwickelten Bemessungsregeln beschränken sich deshalb auf textile Bewehrungen, die aus synthetischen Fasern hergestellt wurden. In diesem Beitrag wird das einaxiale Zugtragverhalten von Betonbauteilen mit einer Bewehrung aus Flachsfasertextilien (beschichtete Drehergewebe) untersucht. Dafür wurden Probekörper hergestellt und geprüft, wobei die Parameter der Textilien, z. B. der Schussfadenabstand, systematisch variiert wurden. Als Referenz wurden unbewehrte Dehnkörper geprüft. Die Eignung der Flachsfasertextilien als Bewehrung für einaxial auf Zug beanspruchte Betonteile zeigt sich sowohl durch eine signifikante Erhöhung der Bruchlast im Vergleich zu unbewehrten und unterbewehrten Betonbauteilen als auch durch fein verteilte Rissbilder. Die Kurven der Spannungs-Dehnungs-Diagramme können in drei für bewehrte Dehnkörper typische Bereiche unterteilt werden (Zustand I - ungerissen, Zustand IIa - Erstrissbildung und Zustand IIb - abgeschlossenes Rissbild). Die Abgrenzung der Bereiche ist mit zunehmendem Bewehrungsgrad deutlicher.

Tensile load-bearing behaviour of concrete components with impregnated textile reinforcement made of natural fibres
Recently, the use of natural fibres as a reinforcement in composite building materials have witnessed a growing interest amongst researchers due to their ecological, economical and mechanical properties. In civil engineering, however, they have not been considered in extensive investigations or the development of design guidelines for concrete members with textile reinforcement made of synthetic fibres. In this paper, the uniaxial tensile load-bearing behaviour of concrete members reinforced with flax fibre textiles (impregnated leno fabrics) is investigated. Therefore, test specimens were casted and tested, varying parameters of the textiles, e. g., the spacing of the weft threads. For a reference, both test specimens reinforced with non-impregnated textiles and without any reinforcement were investigated. The suitability of this type of reinforcement for concrete members under uniaxial tension is shown by an increase in the ultimate load compared to members without or with less reinforcement. The curves of the stress-strain diagrams can be divided into three stages typical for reinforced tensile test specimens (state I - uncracked, state IIa - process of cracking and state IIb - completed crack pattern). The differentiation of the areas is clearer with an increasing reinforcement cross-section. Further, a finely distributed crack pattern with uniform crack widths was observed which supports the findings of the diagrams.

Durch den steigenden Sanierungsbedarf von Straßenbrücken in Deutschland kommt der Planung für deren Erhalt und Neubau eine wachsende Bedeutung zu. Je genauer die vorhandenen Kenntnisse über die Einwirkungen sind, desto präziser können Prognosen der Lebensdauer eines Bauwerks sein. Dies trifft nicht nur im Brückenbau zu, auch im Automobilwesen werden im Zuge der Fahrzeugoptimierung detaillierte, zeitlich veränderliche Achslasten gemessen und simuliert. Einen besonderen Einfluss auf die ermittelten Achslasten hat die Fahrbahnqualität. Unter Verwendung dieser Daten und Simulationsmethoden ergibt sich für das Bauwesen die Fragestellung nach einem möglichen Zusammenhang zwischen Fahrbahnqualität und Lebensdauer einer Straßenbrücke. Durch höhere Anforderungen an die Fahrbahnqualität im Bereich von Brücken könnten dynamische Lasten reduziert und aufwendige Sanierungen des Tragwerks vermieden oder verzögert werden. Zur Untersuchung eines möglichen Zusammenhangs wird im Folgenden ein Vorgehen zur Bestimmung des Einflusses der Fahrbahnqualität auf die Lebensdauer von Straßenbrücken vorgestellt. Hierfür werden realitätsnahe Fahrbahnoberflächen generiert und dazu verwendet, an einem gekoppelten Bauwerk-Fahrzeug-System vereinfachte Achs- und Fahrzeugmodelle durch Fußpunktanregung in Schwingung zu versetzen. Die zeitlich veränderlichen Schnittgrößen des Bauwerks können darauf aufbauend rückgerechnet und auf ihr Schädigungspotenzial hin analysiert werden. Diese Methodik wird abschließend anhand eines Beispiels veranschaulicht. Es kann gezeigt werden, dass in diesem Fall ein deutlicher Zusammenhang zwischen Fahrbahnqualität und Lebensdauer erkennbar wird.

Combined analysis of roadway, truck axle loads and the service life of concrete bridges
The increasing need for rehabilitation of road bridges in Germany results in a growing importance of planning their maintenance and new constructions. The more accurate the knowledge about impacts is, the more precise forecasts of the service life of structures can be. This is not only relevant for bridge construction, but also for the automotive industry, where detailed, time-varying axle loads are measured and simulated with the aim of vehicle optimisation. Using these data and simulation methods, the question of a possible connection between road quality and the service life of road bridges arises for civil engineering. By setting higher requirements for the pavement quality in the area of bridges, dynamic loads could be reduced and extensive renovations of the load-bearing structure could be avoided or delayed. In order to investigate a possible correlation, a procedure for determining the influence of the pavement quality on the service life of road bridges is presented below. For this purpose, realistic road surfaces are generated and used to trigger a forced vibration at the simplified axle and vehicle models on a coupled structure-vehicle system. Based on this, the time varying internal forces of the structure can be calculated and analysed for their damage potential. Finally, this methodology is illustrated by means of an example. It can be demonstrated that in this case a clear correlation between surface quality and service life can be identified.

Bei dem kollabierenden Abbruch von turmartigen Bauwerken wie Schornsteinen, Kühltürmen oder Fernmeldetürmen abseits der “grünen Wiese”, also im Baubestand, sind für das Umfeld kritische temporäre Bauzustände zu untersuchen, die sich mit einer normgerechten Analyse nicht im Detail abbilden lassen. Zur fachgerechten, sicheren und kosteneffizienten Planung und Durchführung solcher Abbrüche ist es erforderlich, diese Zustände zu identifizieren, um u. a. auch Risiken abschätzen zu können. In diesem Beitrag wird eine Serie von modernen numerischen Methoden vorgestellt, mit der Abbruchzustände an diesen Bauwerken ganzheitlich beschrieben werden können: von der nichtlinearen Abbruchstatik über die Einsturzsimulation mit Finiten Elementen und diskreten Partikeln bis zur Schwingungssimulation. Hierbei liegt die Innovation in der Verknüpfung der Methoden zur Erlangung einer zuverlässigen Erschütterungsprognose für Abbruchprojekte. Damit können Schäden an der Infrastruktur vermieden und ein wirtschaftlicher Abbruch durch kontrollierten Kollaps oder Sprengung ermöglicht werden. An zwei konkreten Praxisbeispielen, einer Schornsteinsprengung und einem Kühlturmabbruch per kontrolliertem Kollaps, werden die Funktion und Interaktion der Simulationen erläutert.

Integrated simulation of tower demolition
The demolition of tall structures located in urban areas, such as chimneys, cooling towers or telecommunications towers can lead to the critical construction states. These conditions cannot be analyzed in detail using code oriented analysis. To plan and conduct these kinds of demolitions professionally, safely, and cost-effectively, it is necessary to know these states to assess the corresponding risks. We describe a series of modern numerical methods with which the demolition of these structures can be described holistically: from non-linear demolition statics, to collapse simulation with finite element and discrete particle, to vibration simulation. In doing so, a combination of this innovative method and other procedures is applied to obtain a reliable prediction of vibrations in demolition projects. In this way, infrastructure damages can be avoided and a cost-efficient demolition by means of collapse or explosion will be possible. The function and interaction of the simulations are explained using two concrete practical examples: explosive demolition of a chimney and controlled collapse of a cooling tower.

Dieser Beitrag befasst sich mit der nichtlinearen Ermittlung der Spannungszunahme in Spanngliedern aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) in verbundlos vorgespannten Spannbetonträgern. Dafür wird zu Beginn ein Verfahren vorgeschlagen, anhand dessen die Spannungszunahme im Spannglied für jeden Lastschritt, vom Anfangszustand bis zum Bruchzustand, berechnet werden kann. Vom Anfangszustand bis zum Risszustand ist hierbei ein lineares Verfahren und vom Risszustand bis zum Bruchzustand ein iteratives Verfahren zielführend. Anschließend wird dieses Verfahren auf einen hypothetischen Spannbetonträger mit verbundlosen CFK-Litzen angewendet. Die daraus resultierenden Ergebnisse werden anschließend mit zwei verfügbaren Normen verglichen. Die empirische Spannungszunahme gemäß DIN EN 1992-1-1 (EC2) liegt deutlich unterhalb des in der nichtlinearen Berechnung ermittelten Werts und führt zu einer unwirtschaftlichen Bemessung der kostspieligen Spannglieder. Die Berechnung nach der kanadischen Norm (CAN/CSA-S806-02) hingegen liegt um ca. 20 % oberhalb des Werts aus der eigenen Berechnung. Zuletzt wird im Rahmen einer Parameterstudie der Einfluss aus der Menge an schlaffer Bewehrung und Spannbewehrung auf die Spannungszunahme im CFK-Spannglied untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass eine höhere Menge an Spannbewehrung die Spannungszunahme im Spannglied reduziert, während eine höhere Menge an schlaffer Bewehrung die Spannungszunahme erhöht.

Nonlinear analysis of the stress increase in the CFRP tendon of a unbonded prestressed beam
This article deals with the nonlinear evaluation of stress increase in unbonded carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) tendon in a post-tensioned beam. For this purpose, a method is proposed to calculate the stress increase in the tendon for each loading step from the initial state to the failure state. This method was in turn divided into two sub-methods, viz. a linear analysis dealing with the phase from initial to the cracking state and a nonlinear (iterative) analysis for the phase from cracking state to the failure. The method was then applied to a hypothetical post-tensioned concrete beam with unbonded CFRP tendon. The results obtained were subsequently compared with specific construction codes. This comparison showed no concordance with that of the empirical values suggested in DIN EN 1992-1-1 (Eurocode 2). The calculation according to the Canadian code (CAN/CSA-S806-02), on the other hand, deviated by approx. 20 % from the calculated value. At the end, a parametric study was conducted to investigate the effects of the amount of passive reinforcement and prestressing reinforcement on the stress increase in the unbonded CFRP tendon. The results showed that a higher amount prestressing reinforcement reduce the stress increase in tendon whereas an increased amount of passive reinforcement increases the stress increase.

Existierende Modelle zur Bewertung der Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauten erlauben es, den durch den Zuverlässigkeitsindex charakterisierten grenzzustandsbezogenen Zustand des Bauwerks während der Nutzungsdauer zu prognostizieren. Ferner kann ein fester (Grenz-)Wert für die Zuverlässigkeit definiert werden, der sich auf eine maximal akzeptable Auftretenswahrscheinlichkeit eines ausgewählten (ungewollten) Ereignisses (Grenzzustand) bezieht. Je schlechter der Zustand, desto höher die zu erwartenden Instandsetzungskosten. Gelingt es, die zu erwartenden Instandsetzungskosten in Abhängigkeit vom Zuverlässigkeitsindex zu beschreiben, könnten so Instandsetzungszeitpunkte kostenoptimal festgelegt werden. Daher wurden Gutachten mit umfangreich dokumentierten Inspektionsergebnissen und zugehörigen Kosten durchgeführter Tiefgarageninstandsetzungen analysiert. Hauptursache für die Instandsetzungen war stets chloridinduzierte Bewehrungskorrosion. Es wurden drei Näherungsmethoden zur Abschätzung der Zuverlässigkeit an Stütz- und Wandfüßen verwendet und miteinander verglichen. Die so bestimmten Bauteilzuverlässigkeiten wurden dann mit den jeweils real angefallenen Instandsetzungskosten in Beziehung gesetzt. Auf Bauwerksebene konnte zunächst kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Zuverlässigkeit und Instandsetzungskosten hergestellt werden. Auf Bauteilebene gelang dies jedoch bei einem Projekt. Dies liefert einen Ausgangspunkt zur kostenoptimierten Festlegung von Instandsetzungszeitpunkten.

Rehabilitation of parking garages - when and why?
Existing models for the evaluation of the durability of reinforced concrete structures allow to prognose the limit state condition of the structure during its service life by means of the reliability index. Furthermore, in the decision-making process, a fixed (limit) value for the reliability can be defined, which refers to a maximum acceptable probability of occurrence of a selected (undesirable) event (limit state). The worse the condition, the higher the expected rehabilitation costs. If it is possible to describe the expected rehabilitation costs as a function of the reliability index, the repair times can be determined in a cost-optimal way. Therefore, expert reports with extensively documented inspection results and associated costs of underground parking garage repairs were analyzed. The main cause of the repairs was in all cases chloride-induced reinforcement corrosion. Three approximation methods were used to estimate the reliability of column and wall bases and compared with each other. At the structure, i.e. object level, it was not possible to establish a clear relationship between reliability and repair costs. However, at the structural component level, this was achieved for a single project. This provides a starting point for cost-optimized determination of repair times.

Die durch Tausalz und Carbonatisierung hervorgerufene Korrosion von Betonstahl verursacht in Mitteleuropa jedes Jahr einen erheblichen Instandsetzungsaufwand. Der Einsatz von Korrosionsmonitoring an Stahlbetonbauwerken ermöglicht die Beurteilung, ob eine Schädigung bereits stattgefunden hat und wie schnell diese fortschreitet. So kann das Eindringen der Depassivierungsfront in ein chloridbelastetes Bauwerk festgestellt oder bei bereits stattfindender Korrosion die Größenordnung des Schädigungsfortschritts abgeschätzt werden. Somit kann durch den Einbau entsprechender Sensoren in bestehende Bauwerke der Instandsetzungserfolg nach Abschluss von Instandsetzungsarbeiten nach Verfahren 8.3 gemäß der Technischen Regel Instandhaltung von Betonbauwerken des DIBt nachgewiesen werden. Bislang gibt es jedoch kein Regelwerk für das Korrosionsmonitoring. Im Jahr 2018 wurde erstmals ein Merkblatt B12 der DGZfP veröffentlicht, das als Leitfaden dienen kann. Darüber hinaus wurde in den letzten drei Jahren in Deutschland ein breit angelegtes WIPANO-Forschungsprojekt mit dem Namen “KoMICS” mit dem Ziel durchgeführt, offene Fragen beim Korrosionsmonitoring zu beantworten. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden in eine DAfStb-Richtlinie einfließen, die sich derzeit in Bearbeitung befindet. Nachfolgend werden die relevanten Erkenntnisse der von der Hochschule für angewandte Wissenschaften München untersuchten Fragestellung zum Korrosionsmonitoring an ungerissenen Stahlbetonbauteilen in der Schädigungsphase vorgestellt.

Corrosion Monitoring in Reinforced Concrete Structures - New Research Results
Corrosion of reinforcing steel caused by de-icing salt and carbonation leads to considerable repair costs in middle Europe every year. The use of corrosion monitoring on reinforced concrete structures opens up new possibilities for interpreting whether damage has already occurred and how quickly it is progressing. Thus, the penetration of the depassivation front into a chloride-loaded structure can be determined, or, if corrosion is already taking place, the magnitude of the damage progress can be estimated. By installing appropriate sensors in existing structures, the repair success can be verified after completion of repair work in accordance with procedure 8.3 of TR IH. To date, however, there is no code of practice for corrosion monitoring. In 2018, a leaflet B12 of the DGZfP was published for the first time, which can serve as a guideline. In addition, a broad WIPANO research project called “KoMICS” on open questions on corrosion monitoring has been carried out in Germany over the past three years. The findings of this project will be incorporated into a DAfStb Guidline, which is currently being edited. Relevant findings of the investigated task part of the research project at the Munich University of Applied Sciences HM are presented below.

Die Applikation eines Oberflächenschutzsystems befahrener korrosionsgefährdeter Stahlbetonbauteile wird seit vielen Jahren im Rahmen des nach TR Instandhaltung [3] definierten Prinzips 8.3 (W-Cl) angewandt. Die damit erreichbare Wirkung dieses Instandsetzungsprinzips ist nach wie vor schwer einzuschätzen, da sowohl der zeitliche Verlauf der von verschiedenen Einflüssen abhängigen Korrosionsaktivität als auch die Chloridumverteilung infolge der Beschichtung nicht eindeutig bestimmt sind. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf der dreidimensionalen zeitabhängigen Erfassung der Chloridumverteilung nach dreimonatiger, damit kurzzeitiger, intermittierender Tausalzkontamination bewehrter gerissener Betonbalken und anschließender Beschichtung. Nach dieser Kurzzeitexposition wurden die Risse beschichtet und über einen Zeitraum von 18 Monaten insgesamt 160 Chloridprofile aus dem chloridbelasteten Rissbereich des Betons entnommen. Die Versuchsmatrix umfasste dabei sowohl Biege- als auch Trennrisse sowie CEM-I- und CEM-III-Betone. Die tiefenabhängigen Chloridgehalte aus der Bohrmehlentnahme der baupraktisch üblichen Blindprofile (über dem Riss senkrecht gebohrt) wurden durch die Chloridgehalte der Profile entlang der nachträglich offengelegten Rissflanken bestätigt. Zusätzlich konnte senkrecht zur Rissflanke kein signifikanter Einfluss der Grenzfläche zwischen Beton und Bewehrung gegenüber unbewehrtem Beton als begünstigender oder limitierender Faktor ausgemacht werden. Da bei den meisten Profilen am Ende des Untersuchungszeitraums von 18 Monaten in unmittelbarer Nähe zum Riss immer noch Chloridgehalte über 0,5 M.-%/z. vorlagen, ist, zunächst nur Informationen zum Chloridgehalt in Betracht ziehend, aktive Korrosion nach wie vor nicht auszuschließen.

Chloride redistribution in cracked and with W-Cl repaired reinforced concrete structures
The application of a surface protection system to avoid corrosion in frequented reinforced concrete structures, has been used for many years as a part of the repair method 8.3 (W-Cl). The effectiveness of this repair method is still not clearly established, since both the course of the corrosion mechanisms and the chloride redistribution as a result of the coating have not been clearly determined. Thus, the focus of the present work tackles three-dimensional, time-dependent recording of chloride redistribution after three months of intermittent de-icing salt contamination of reinforced, cracked concrete beams and subsequent surface coating. A total of 160 chloride profiles have been collected over a period of 1.5 years. The test matrix included both bending and transverse cracks as well as CEM I and CEM III concretes. The depth-dependent chloride contents determined from drilling dust sampling of blind profiles used in construction practice were confirmed by the chloride contents of the profiles along the subsequently opened crack flanks. In addition, perpendicular to the crack flank, no significant influence of the interface between concrete and reinforcement could be identified as a favoring or limiting factor compared to plain concrete. Most of the profiles still showed chloride contents above 0.5 M.-%/c. in the immediate vicinity of the crack at the end of the investigation period of 1.5 years. From this point of view corrosion activity still cannot be excluded entirely.

Die Instandsetzung von chloridbedingten Korrosionsschäden an der Park- und Verkehrsinfrastruktur verursacht bundesweit jährlich Kosten von mehreren Milliarden Euro. Neben den unmittelbaren Kosten sind Instandsetzungen an Parkbauwerken in der Regel zusätzlich mit erheblichen sekundären Kosten durch Nutzungsbeeinträchtigungen und damit einhergehenden Einnahmeausfällen verbunden. Vor diesem Hintergrund besteht ein großer Bedarf an Instandsetzungsverfahren, die eine wirtschaftliche und schnelle Instandsetzung chloridbeaufschlagter Bauteile ermöglichen. Einen möglichen Lösungsansatz stellt das Instandsetzungsverfahren W-Cl gemäß RL-SIB [1] bzw. Verfahren 8.3 gemäß TR-IH [2] dar, bei dem auf einen Abtrag des chloridbelasteten Betons vollständig verzichtet wird. Allerdings ist dieses Instandsetzungsverfahren - in Abhängigkeit von den Randbedingungen - mit einem wesentlich höheren Risiko als konventionelle Instandsetzungsvarianten verbunden, weshalb seine Anwendung nach Regelwerk nur in Verbindung mit einem geeigneten Monitoringsystem zur Überwachung der Korrosionsaktivität und Verifizierung des Instandsetzungserfolgs vorgesehen ist. Im vorliegenden Beitrag werden die Ergebnisse einer Studie zur Wirksamkeit des Verfahrens 8.3 im Rissbereich an insgesamt 130 Korrosionssensoren aus fünf instand gesetzten Bauwerken dargestellt. Zunächst wird das verwendete Monitoringsystem zur Überwachung der Korrosionsaktivitäten erläutert. Im Anschluss werden verschiedene Kriterien zum quantitativen Nachweis des Instandsetzungserfolgs vorgestellt und verglichen. Abschließend werden die Daten hinsichtlich der Wirkmechanismen und der Anwendungsgrenzen des Instandsetzungsverfahrens 8.3 diskutiert.

Corrosion Monitoring as Proof of Efficiency for the Repair Method W-Cl/8.3
In Germany, the repair of parking and traffic infrastructure due to chloride-induced reinforcement corrosion causes annual costs of some Billion Euros. In addition, in the case of parking structures further significant costs will arise from use restrictions and loss of earnings during this time. Therefore, there is a growing need for both fast and economic repair measures for chloride-induced reinforcement corrosion. One possible approach is the repair method W-Cl according to RL-SIB [1] or method 8.3 according to TR-IH [2] respectively, for which no chloride-contaminated concrete needs to be removed. However, this repair method has a significantly higher risk of failure than conventional concrete repair methods and consequently, it can only be carried out in combination with an adequate corrosion monitoring system. In this report a study on the effectiveness of repair method 8.3 is presented which is based on the results of 130 corrosion sensors from five different reference objects. The sensor setup for corrosion monitoring is explained and different criteria for the assessment of the effectiveness are presented and compared. Finally, the data is analyzed with respect to the mechanism of action and limitations of the repair method.

Das Porensystem im Beton, bestehend aus Gel- und Kapillarporen, beeinflusst dessen Wasseraufnahmefähigkeit und so direkt auch den Frost-Tausalz-Widerstand. Unterschiedliche Expositionsbedingungen im jungen Alter des Betons haben dabei einen ausgeprägten Einfluss auf die Ausbildung des Porensystems. Um die Rolle der Vorkonditionierung auf das sich ausbildende Porengefüge und so den Frost-Tausalz-Widerstand von Beton zu klären, wurden Proben bei unterschiedlichen relativen Luftfeuchten vorkonditioniert und anschließend gemäß dem CDF-Test untersucht. Es wurde festgestellt, dass der Frost-Tausalz-Widerstand von Proben mit einem Wasserzementwert von 0,40 maßgebend vom oberflächennahen Hydratationsgrad abhängt. Dieser variierte aufgrund der unterschiedlichen Luftfeuchten bei der Vorkonditionierung. Ausschlaggebendes Kriterium für den Frost-Tausalz-Widerstand der Proben mit einem Wasserzementwert von 0,55 stellt, bedingt durch das bei diesem w/z ausgeprägte Kapillarporensystem, der Grad der Wassersättigung dar. Proben mit einem besonders ausgeprägten Kapillarporensystem besaßen sehr hohe Abwitterungsbeträge. Abschließend wird ein auf einem künstlichen neuronalen Netz basierendes Prognosemodell vorgestellt. Dieses ist in der Lage, die Abwitterung von Mörteln im CDF-Versuch anhand von Feuchtigkeitsmessungen vor einer Frost-Tau-Beanspruchung zu prognostizieren.

Effect of preconditioning on the freeze-thaw resistance of concrete
The pore system in concrete, consisting of gel and capillary pores, influences its water absorption capacity and thus directly also the freeze-thaw resistance. Different exposure conditions in the young age of concrete have a significant influence on the formation of the pore system. To clarify the role of preconditioning on the forming pore structure and thus the freeze-thaw resistance of concrete, specimens were preconditioned at different relative humidities and then tested according to the CDF test. It was found that the freeze-thaw resistance of specimens with a water-cement ratio of 0.40 depended significantly on the degree of hydration near the surface. This varied due to the different humidities during preconditioning. The decisive criterion for the freeze-thaw resistance of the specimens with a water-cement ratio of 0.55 is the degree of water saturation due to the distinctive capillary pore system of this w/c. The degree of water saturation of the specimens with a water-cement ratio of 0.55 is also a decisive criterion for the freeze-thaw resistance. Specimens with a particularly distinct capillary pore system possessed very high amounts of weathering. Finally, a prediction model based on an artificial neural network is presented. This model is able to predict the weathering of mortar samples in the CDF test on the basis of moisture measurements before freeze-thaw exposure.

Um schneller, leichter und präziser mit Beton bauen zu können, wurde ein neues, modulares Baukonzept auf Basis ultrahochfester Betone (UHFB) erforscht und entwickelt, das ein besonders vorteilhaftes Verhältnis von Axialdrucktragfähigkeit und Eigengewicht aufweist [1]. Um dieses, als wickelverstärktes UHFB-Hybridrohr bezeichnete Stabelement in einem automatisierten Strangpressverfahren fertigen zu können, muss ein neuartiges Bewehrungskonzept ohne übliche Stahlbewehrung entwickelt werden. Im Extrusionsprozess wird ein stützendes inneres Stahlrohr im Strangpressverfahren mit UHFB ummantelt und zusammen mit dem UHFB vorgeschoben. Anschließend wird eine duktilitätssteigernde Umschnürungsbewehrung in einem automatisierbaren Verfahren von außen auf die Oberfläche der Bauteile appliziert. Da im Versagensfall UHFB-Bruchstücke die CFK-Bewehrung schädigen, wird in diesem Aufsatz untersucht, mit welchem Schutzschicht/Bewehrungssystem ein duktiles Bauteilverhalten für axialdruckbeanspruchte Stabtragwerke erreicht werden kann. Dazu wurden unterschiedliche textile Bewehrungsschichten auf UHFB-Probekörper appliziert und ihr Einfluss auf das Tragverhalten der Bauteile unter besonderer Berücksichtigung der Duktilität und Resttragfähigkeit nach Überschreiten der Maximallast ermittelt. Eine Kombination aus Aramidgewebe und Kohlenstofffasergelege zeigte in experimentellen Untersuchungen ein günstiges Tragverhalten mit quasiduktilem Verformungsvermögen.

Ductility-increasing reinforcement systems for fabricated column elements made of UHFB
In order to build faster, lighter and more precisely with concrete, a new modular construction concept based on ultra-high performance concrete (UHPC) was investigated, which has a highly advantageous ratio of axial compression load-bearing capacity and dead weight [1]. In order to enable proper manufacturing of this column element, which is referred to as a winding-reinforced UHFB hybrid tube, in an automated extrusion process, a novel reinforcement concept has to be developed without the usual steel reinforcement. In an extrusion process, a supporting inner steel tube is encased with UHPC and advanced together with the UHPC. Subsequently, a ductility-enhancing confinement reinforcement is applied to the surface of the components from the outside in a process that can be automated. As UHPC fragments damage the CFRP reinforcement in case of failure, this paper investigates which protective layer/reinforcement system can be used to achieve ductile component behavior for beam structures subjected to axial compression. For this purpose, different textile reinforcement layers were applied to UHPC specimens and their influence on the load-bearing behavior of the components was determined with special consideration of ductility and residual load-bearing capacity after exceeding the maximum load. A combination of aramide fabric and carbon fiber textile showed favorable load-bearing behavior with enhanced quasi-ductility in experimental investigations.

Die Bestimmung der Biegetragfähigkeit von mit Betonstahl und Stahlfasern kombiniert bewehrten Querschnitten erfordert eine Erweiterung der für Stahl- und Spannbeton geltenden Annahmen. Zur Berücksichtigung der Fasertragwirkung im Biegeriss wird eine Spannungs-Dehnungs-Linie in der Regel aus gemessenen Spannungs-Rissöffnungs- oder Last-Durchbiegungs-Kurven abgeleitet. Bei der Umrechnung dient eine sogenannte strukturelle charakteristische Länge als Bezugsgröße. Im Rahmen dieses Beitrags werden bei der Ermittlung dieser Länge Einflüsse aus der Querschnittshöhe und weitere, die Rissbildung beeinflussende Parameter berücksichtigt. Als “Spannungs-Dehnungs-Linie” wird ein Spannungsblock mit einer Grenzdehnung vorgeschlagen, die sich am Erreichen einer “kritischen” Rissbreite orientiert. Die “kritische” Rissbreite kennzeichnet bei rein stahlfaserbewehrten Querschnitten das Maximum der Fasertragwirkung im Biegeriss und bei kombiniert bewehrten Querschnitten den Beginn der Verformungslokalisierung. Die Verformungslokalisierung tritt bei kombiniert bewehrten Querschnitten als weiterer möglicher Versagensmodus zu den bekannten Versagensformen Biegezugversagen und Biegedruckversagen hinzu. Durch den vorgeschlagenen Bemessungsansatz werden die Biegetragfähigkeit, der Momenten-Krümmungs-Zusammenhang und der Versagensmodus ausgewählter Versuche sehr gut abgebildet. Eine Parameterstudie zeigt grundlegende Zusammenhänge auf, die auch in Experimenten beobachtet werden konnten.

Flexural design of UHPC girders with mixed reinforcement
Determining the flexural strength of cross-sections reinforced with a combination of reinforcing bars and steel fibres requires enhancing the assumptions applicable to reinforced and prestressed concrete. To account for the load-bearing capacity of the fibres in the flexural crack, generally, a stress-strain curve is derived from measured stress-crack opening or load-deflection curves. A so-called structural characteristic length serves as reference value for conversion. Within the scope of this paper, influences from the cross-section height and other parameters influencing crack formation are taken into account when determining the structural characteristic length. A stress block with a limit strain, which refers to reaching a “critical” crack width, is proposed as “stress-strain curve”. The “critical” crack width marks the maximum of the load-bearing capacity of the fibres in the flexural crack in case of cross-sections exclusively reinforced with steel fibres and the beginning of strain localisation in case of cross-sections with mixed reinforcement. With mixed reinforced cross-sections, strain localisation is a further possible failure mode in addition to the well-known failure modes flexural tensile failure and flexural compression failure. The bending capacity, the moment-curvature relationship and the failure mode of selected tests are represented very well by the proposed design approach. A parameter study shows basic relationships that could also be observed in experiments.

Das in der Ingenieurpraxis als Standardverfahren genutzte Antwortspektrumverfahren verspricht zwar einen geringen Berechnungsaufwand, die Ergebnisse sind jedoch stark von der Wahl des Verhaltensbeiwerts abhängig. Eine fundierte Festsetzung des Verhaltensbeiwerts ist nicht immer eindeutig, insbesondere für unsymmetrische Tragwerke, die für eine mittlere oder hohe Duktilität auszulegen sind. Verformungsbasierte Standsicherheitsnachweise stellen im modernen Erdbebeningenieurwesen einen alternativen Ansatz dar, da die zugrunde liegenden nichtlinearen Strukturanalysen ein wesentlich besseres Verständnis der seismischen Antwort ermöglichen. Grundlage der vorliegenden Arbeit ist ein Rahmentragwerk aus Stahlbeton, welches kraftbasiert mit dem modalen Antwortspektrumverfahren bemessen wurde. Der verformungsbasierte Nachweis der Erdbebensicherheit wird an einem ausgewählten Querrahmen zum einen mit einer nichtlinearen statischen Berechnung und zum anderen mit einer nichtlinearen Zeitverlaufsberechnung geführt. Die Resultate dieser Berechnungen werden mit den Ergebnissen des Antwortspektrumverfahrens verglichen und Unterschiede herausgearbeitet.

Comparison of the methods for seismic response analysis
Response spectrum analysis used as a standard procedure in engineering practice promises a low computational effort, but the results strongly depend on the choice of the behavior factor. A well-funded choice of the behavior factor is not always unambiguous, especially for asymmetric structures designed for medium or high ductility demands. Deformation-based procedures that explicitly account for inelastic structural behavior represent an alternative approach in modern earthquake engineering, since nonlinear structural analysis provides a much better understanding of the seismic response. The basis of the present contribution is a reinforced concrete frame structure, which was designed force-based using the modal response spectrum method. The deformation-based assessment of the seismic resistance is performed on a selected moment resisting frame of this structure using a nonlinear static analysis and a nonlinear time history analysis, respectively. The results of these analyses are compared with the outcomes of the response spectrum method and differences are worked out.