Mit Carbonbeton wurde ein neuer Hochleistungswerkstoff für die verschiedensten Anwendungen entwickelt. Dabei konzentrierte sich die Forschung bisher überwiegend auf das Tragverhalten unter Zugbeanspruchung und die Entwicklung entsprechender Bemessungsmodelle für grundlegende Belastungsarten. Zur vollständigen und detaillierten Klärung des Tragverhaltens von Carbonbetonkonstruktionen ist es allerdings notwendig, das Verhalten unter Druckbeanspruchung zu kennen. Carbonbeton zeigt hier ein charakteristisches Tragverhalten, das sich von dem des Stahlbetons unterscheidet. Eine wesentliche Ursache dieser Unterschiede ist das Unvermögen der textilen Bewehrung, quer zur Längsrichtung der Fasern einen nennenswerten Tragwiderstand aufzubauen. Aus diesem Grund entsteht die Notwendigkeit, das Tragverhalten unter einaxialer Druckbeanspruchung detailliert zu untersuchen. Erste grundlegende Überlegungen und Ergebnisse zur Thematik wurden von den Autoren bereits veröffentlicht. Dieser Artikel soll die weiterführenden Forschungsarbeiten darstellen und dabei speziell auf den Einfluss von unterschiedlichen textilen Strukturen eingehen. Die Variation der Maschenweite, Garnstärke oder der Anordnung der Textilien steht dabei im Vordergrund. Diese experimentellen Untersuchungen tragen somit zu einem besseren Verständnis des Tragverhaltens von Carbonbeton bei, der einem Druckspannungsfeld ausgesetzt ist.

Textile reinforced concrete under compression - Part 2: Influence of textiles and their alignment
In the last two centuries textile reinforced concrete (TRC) was developed as a new high-performance material for many different areas of application. In the past the research projects mainly concentrated on the load bearing capacity under tensile stresses, further first design models for basic load cases were established. But to explain the complete behavior of TRC structures the behavior of TRC under compression is also of interest. TRC shows a characteristic behavior under compression, which is different to the known behavior of steel reinforced or plain concrete. The main reason for these differences is the disability of the fabrics to carry any load perpendicular to their longitudinal direction. Therefore the investigation of TRC under uniaxial compression is of great importance. First ideas and experimental results were presented by the authors in a previous publication. This article will present further research on TRC under compression, especially the influence of varies textiles on the load bearing capacity. The variation of the mesh size, the yarn diameter or the alignment of the textile layers are of great concern. These experimental investigations should lead to a better understanding of the behaviour of TRC under compression.

Textile Bewehrungen aus Carbon kommen im Brückenbau immer häufiger zum Einsatz, besonders wenn es um Objekte im Betonfertigteilbau oder um Instandsetzungsaufgaben geht. Langfristig, so hoffen Hersteller wie die baden-württembergische Firma Solidian, wird der korrosionsanfällige Stahlbeton in vielen Bereichen durch den wirtschaftlich interessanten neuen Baustoff ersetzt werden.

Im Rahmen von Ertüchtigungsmaßnahmen eines Brückenzugs über die Nidda wurden im Jahr 2020 erstmals zwei Spannbetonbrücken mit Carbonbeton verstärkt. Bei den im Jahr 1971 errichteten Teilbauwerken wurde sogenannter Sigma-Oval Spannstahl verbaut, der als spannungsrisskorrosionsgefährdet gilt. Die Straßenbrücken zeigten rechnerisch kein ausreichendes Ankündigungsverhalten im Sinne der Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion, sodass ein plötzliches Versagen den Verkehrsteilnehmer gefährdete. Um dieses Defizit zu beheben, wurde eine Verstärkung notwendig. In Hinblick auf die exponierte Lage im Verkehrsnetz am Westkreuz Frankfurt a. M. stellte sich die Verstärkung mit Carbonbeton als die wirtschaftlichste und minimalinvasivste Verstärkungsmöglichkeit heraus. Nachfolgender Beitrag ist Bestandteil eines dreiteiligen Aufsatzes, der die notwendigen Planungsschritte und erste Erfahrungen aus der Ausführung zusammenträgt. In Teil 1 wurden neben den Grundlagen zur Spannungsrisskorrosion das Konzept und die Planungsschritte erläutert. Der zweite Teil stellte die Besonderheiten des Carbonbetons im Brückenbau heraus und stellte einen Vergleich mit gängigen Verstärkungsmethoden dar. Abschließender Teil 3 umfasst detaillierte Angaben zur Verstärkungsmaßnahme und erste Erfahrungen aus der baulichen Umsetzung.

Carbon reinforced concrete - An alternative Method for strengthening concrete bridges; Part 3: Design and first experiences of strengthening concrete superstructures with carbon reinforced concrete - federal highway bridges (A 648) across the river Nidda
In 2020 two of three bridges, which are part of the german highway road A 648, were strengthened with carbon reinforced concrete for the first time in Germany. The two superstructures were erected in the 1970s as a pre-stressed beam. As tendons a so called -sigma-oval-steel was used, which is sensitive for stress corrosion cracking. According to German guidelines and to exclude a sudden failure, it has to be verified if a damage of the tendons can be seen at the surface of the cross section via cracks along the superstructure. This -crack before failure- criteria was not fulfilled for the described superstructures. With reference to the relevance of the bridges in the local infrastructure around Frankfurt a. M., a strengthening concept was necessary. Due to that fact, a strengthening with carbon reinforced concrete was identified as an economic and minimal invasive method. The report on that forerunner project is divided into three parts. The first part gives an overview about the bridges and the background on stress corrosion cracking, added with explanations about the planning steps. The second part describes the strengthening with carbon reinforced concrete with a focus on bridges. The following third part goes further into detail, regarding the construction and the design of a carbon reinforced strengthening.

Im Rahmen von Ertüchtigungsmaßnahmen eines Brückenzugs über die über die Nidda wurden im Jahr 2020 erstmals zwei Spannbetonbrücken mit Carbonbeton verstärkt. Bei den im Jahr 1971 errichteten Teilbauwerken wurde sogenannter Sigma-Oval Spannstahl verbaut, der als spannungsrisskorrosionsgefährdet gilt. Die Straßenbrücken zeigten rechnerisch kein ausreichendes Ankündigungsverhalten im Sinne der Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion, sodass ein plötzliches Versagen den Verkehrsteilnehmer gefährdete. Um dieses Defizit zu beheben, wurde eine Verstärkung notwendig. In Hinblick auf die exponierte Lage im Verkehrsnetz am Westkreuz Frankfurt a. M., stellte sich die Verstärkung mit Carbonbeton als die wirtschaftlichste und minimalinvasivste Verstärkungsmöglichkeit heraus. Nachfolgender Beitrag ist Bestandteil eines dreiteiligen Aufsatzes, der die notwendigen Planungsschritte und erste Erfahrungen aus der Ausführung zusammenträgt. In Teil 1 wurden neben den Grundlagen zur Spannungsrisskorrosion das Konzept und die Planungsschritte erläutert. Der nachfolgende zweite Teil stellt die Besonderheiten des Carbonbetons im Brückenbau dar und vergleicht diesen mit gängigen Verstärkungsmethoden. Teil 3 umfasst detaillierte Angaben zur Verstärkungsmaßnahme und erste Erfahrungen aus der baulichen Umsetzung.

Carbon reinforced concrete - An alternative method for strengthening Concrete Bridges; Part 2: Strengthening of concrete bridges with carbon reinforced concrete - pilot project “federal highway bridges (A 648) across the river Nidda
In 2020 two of three bridges, which are part of the german highway road A 648, were strengthened with carbon reinforced concrete for the first time in Germany. The two superstructures were erected in the 1970s as a pre-stressed beam. As tendons a so called -sigma-oval-steel was used, which is sensitive for stress corrosion cracking. According to German guidelines and to exclude a sudden failure, it has to be verified if a damage of the tendons can be seen at the surface of the cross section via cracks along the superstructure. This -crack before failure- criteria was not fulfil for the described superstructures. With reference to the relevance of the bridges in the local infrastructure around Frankfurt a. M., a strengthening concept was necessary. Due to that fact, a strengthening with carbon reinforced concrete was identified as an economic and minimal invasive method. The report on that forerunner project is spread into three parts. The first part gives an overview about the bridges and the background on stress corrosion cracking, added with explanations about the planning steps. The following second part describes the strengthening with carbon reinforced concrete with focus on bridges. The third part goes further into detail, regarding the construction and the design of a carbon reinforced strengthening.

Im Rahmen von Ertüchtigungsmaßnahmen eines Brückenzuges über die Nidda wurden im Jahr 2020 erstmals zwei Spannbetonbrücken mit Carbonbeton verstärkt. Bei den im Jahr 1971 errichteten Teilbauwerken wurde sogenannter Sigma-Oval Spannstahl verbaut, der als spannungsrisskorrosionsgefährdet gilt. Die Straßenbrücken zeigten rechnerisch kein ausreichendes Ankündigungsverhalten im Sinne der Handlungsanweisung Spannungsrisskorrosion, sodass ein plötzliches Versagen den Verkehrsteilnehmer gefährdete. Um dieses Defizit zu beheben, wurde eine Verstärkung notwendig. Im Hinblick auf die exponierte Lage im Verkehrsnetz am Westkreuz Frankfurt a. M. stellte sich die Verstärkung mit Carbonbeton als die wirtschaftlichste und minimalinvasivste Verstärkungsmöglichkeit heraus. Nachfolgender Beitrag ist Bestandteil eines dreiteiligen Aufsatzes, der die notwendigen Planungsschritte und erste Erfahrungen aus der Ausführung zusammenträgt. Im vorliegenden Teil 1 werden neben den Grundlagen zur Spannungsrisskorrosion das Konzept und die Planungsschritte erläutert. Der zweite Teil stellt die Besonderheiten des Carbonbetons im Brückenbau dar. Teil 3 wird detaillierte Angaben zur Verstärkungsmaßnahme und erste Erfahrungen aus der baulichen Umsetzung umfassen.

Carbon reinforced concrete - An alternative method for strengthening Concrete Bridges; Part 1: Basics and background information to the pilot project “federal highway bridges (A 648) across the river Nidda”
In 2020 two of three bridges, which are part of the german highway road A 648, were strengthened with carbon reinforced concrete for the first time in Germany. The two superstructures were erected in the 1970s as a pre-stressed beam. As tendons a so called -sigma-oval-steel was used, which is sensitive for stress corrosion cracking. According to German guidelines and to exclude a sudden failure, it has to be verified if a damage of the tendons can be seen at the surface of the cross section via cracks along the superstructure. This -crack before failure- criteria was not fulfil for the described superstructures. With reference to the relevance of the bridges in the local infrastructure around Frankfurt a. M., a strengthening concept was necessary. Due to that fact, a strengthening with carbon reinforced concrete was identified as an economic and minimal invasive method. The report on that forerunner project is spread into three parts. The following first part gives an overview about the bridges and the background on stress corrosion cracking, added with explanations about the planning steps. The second part describes the strengthening with carbon reinforced concrete with a focus on bridges. The third part goes further into detail, regarding the construction and the design of a carbon reinforced strengthening for the superstructure.

Carbonfasern eignen sich aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit ausgezeichnet für zugbeanspruchte Tragwerke. Besonders hochvorgespannte Seilnetze, bei denen bei orthogonaler Belastung hohe Rückstellkräfte aktiviert werden können, erlauben es, das Potenzial dieser Hochleistungsfasern voll auszuschöpfen. Ausgehend von der Erfahrung mit verglasten Stahlseilnetzfassaden wurde deshalb ein neuartiger Fassadentyp mit Seilen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) entwickelt. Das gesamte Tragwerk dieser neuartigen Fassade, ein Netz aus hochvorgespannten und sehr dünnen Carbonzuggliedern, ist in den Fugen zwischen den Glasscheiben untergebracht. So liegen die Carbonseile geschützt im Silikon, wodurch gleichzeitig eine Glasfassade ohne sichtbares Tragwerk entsteht.
In diesem Beitrag werden sowohl der Entwurf und die konstruktive Durchbildung einer solchen Fassade beschrieben als auch die vielversprechenden Erkenntnisse und Ergebnisse aus den Versuchen an einem Prototyp vorgestellt.

Carbon fibers are ideal for tensile structures
Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) can be used for highly tensioned cable nets, which become very stiff due to second order effects when loaded perpendicularly to their plane. Based on experience with steel cable-net glass facades, a new type of glass facade was developed, which allows for the positioning the entire load bearing structure, consisting of very thin and highly tensioned CFRP cables, in the joints between the individual glass panels. In this fashion, not only are the cables well protected, but more importantly, large glass facades without any visible load bearing structure become possible.
In this paper the conceptual and structural design as well as the very promising results of a prototype test will be described.

Durch den radikalen Wechsel vom Verbundpartner Stahl zu Carbonstrukturen müssen die Anforderungen an die Matrix völlig neu überdacht werden. Dieser Aufgabe widmete sich das Basisvorhaben B2 im Rahmen des Großprojekts Carbon Concrete Composite C3. Bei der konkreten Entwicklung und Umsetzung der Bindemittel- und Betonkonzepte standen im Vorhaben eine langfristige Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe, ökologische und wirtschaftliche Kriterien, das Erreichen bestimmter Frisch- und Festbetoneigenschaften sowie eine kurzfristige Umsetzbarkeit der Ergebnisse in die Baupraxis im Vordergrund. In der Summe ließen diese Vorgaben im aktuellen Stadium noch keine alternativen Bindemittel, Gesteinskörnungen sowie Betonzusatzstoffe zu. Daher erfolgte die Bindemittel- und Betonentwicklung durch Optimierung herkömmlicher Systeme für die Anwendung in Kombination mit Carbonbewehrung. Basierend auf dem Prinzip der Packungsdichte konnten auch bei feinkörnigen Betonen deutlich reduzierte Gesamtwasser- und Klinkergehalte in Kombination mit verbesserten Verarbeitungseigenschaften erzielt werden. Im vorliegenden Aufsatz werden einige der entwickelten Bindemittelsysteme und Betonzusammensetzungen vorgestellt. Die betontechnische Vorgehensweise bei der Optimierung von Zusammensetzung und Frischbetoneigenschaften wird am Beispiel eines selbstverdichtenden weißen Feinkornbetons veranschaulicht. Eine praxisnahe Erprobung der entwickelten Bindemittel und Betone erfolgte durch die Herstellung von C3-Demonstratorbauteilen.

Carbon Concrete Composites C3 - Sustainable binders and concretes for the future
Due to the radical change from steel to carbon reinforcement, the requirements of the matrix must be completely reconsidered. Within the framework of the large-scale project Carbon Concrete Composite C3, the basic project B2 was devoted to this task. In the actual development and implementation of the binder and concrete concepts, the project focused on the long-term availability of the raw materials, ecological and economic criteria, the attainment of certain fresh and hardened concrete properties, and the short-term implementation of the results in construction practice. In general, these specifications at the current stage did not permit the use of any alternative binders, aggregates, and concrete additives or admixtures. Thus, the binder and concrete development was carried out by optimizing ‘conventional’ systems for application in combination with carbon fiber reinforcement. Based on the packing density principle, significantly reduced total water and clinker contents were achieved in fine-grained concretes alone with improved processing properties. The article at hand introduces some of the binder systems and concrete compositions developed. The concrete technique for the optimization of the compositions and fresh concrete properties is illustrated in the example of a self-compacting, fine-grained white concrete. The binders and concretes developed were tested in the production of structural members made of carbon concrete composite (C3 demonstrators).

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A camera system has been developed, which can cover the full face when mounted in disc housings, thus imaging the tunnel face to provide greater transparency for client and contractor and to provide more objective geological assessment. No manholes or extra apertures are needed to accommodate the camera system. The images recorded are used to generate a 3D reconstruction of the face, revealing depths and volumes of breakouts. For the determination of the orientation of discontinuities, plugins based on .NET have been developed to enable the use of AutoCAD or Civil3d of Autodesk for the geological assessment of the face. The contribution describes the application, images and computed results of the camera system based on its regular use over a period of more than 20 months.
Um die Ortsbrust transparenter für Auftraggeber und -nehmer zu machen und deren Beurteilung objektiver zu gestalten, wurde ein Kamerasystem entwickelt, das in Diskengehäusen installiert, die Ortsbrust vollflächig aufnimmt. Für die Aufnahmen bedarf es keiner Mannlöcher oder eigens für ein Kamerasystem konzipierter Öffnungen. Die aufgenommenen Bilder werden zu einer 3D-Rekonstruktion prozessiert, die eine Bestimmung von Ausbruchvolumina und Raumstellungen von Trennflächen ermöglicht. Die Auswertungen werden mittels CAD-Software AutoCAD bzw. Civil3d von Autodesk durchgeführt, deren Funktionsumfang durch unter .NET entwickelte Add-Ins für strukturgeologische Anwendungen erweitert wird. Der Beitrag stellt Anwendung, Aufnahmen und Auswertungen des Kamerasystems aus seinem regelmäßigen Einsatz über die Dauer von mehr als 20 Monaten vor.

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