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DBV-Neuerscheinungen zum “Chemischen Angriff auf Beton”

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Grundbruchversagen bei Geogitterbewehrten Stützkonstruktionen

Dieser Artikel enthält eine Zusammenfassung von Ergebnissen des Forschungsverbundvorhabens “OGOWIN: Optimierung aufgelöster Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen hinsichtlich Materialeinsatz, Montageablauf und neuer Fertigungsverfahren”. Die Ergebnisse umfassen (1) eine Untersuchung des dynamischen Verhaltens der verschiedenen Gründungsvarianten Monopile, Tripod und Jacket, (2) die Ermittlung einer Wöhlerlinie für den Grundwerkstoff eines Stahlgussknotens, (3) die Ermittlung der Traglast eines Stahlgussknotens in einem 1:1-Versuch sowie (4) Berechnungen zur Form- und Materialoptimierung. Zur Überwachung der Gebrauchstauglichkeit während des Betriebes wurden relevante Parameter hinsichtlich ihres Einflusses auf die ersten Eigenfrequenzen der o. g. Gründungskonstruktionen rechnerisch untersucht. Untersuchungen der Ermüdungsfestigkeit und die erstmalige experimentelle Ermittlung der Traglast eines Gussknotens tragen zu einem optimierten Entwurf durch genaue Kenntnis des Materialverhaltens und der höchstbeanspruchten Bereiche bei. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine geometrische Optimierung des Stahlgussknotens unter konstruktiven Randbedingungen zu einer Verringerung des Materialaufwandes bzw. zu einer Erhöhung der Traglast führen kann.

Structural behaviour of offshore support structures - Computational and experimental analysis
This paper contains a summary of the joint research project “OGOWIN: Optimisation of support structures for offshore wind turbines regarding the material consumption, the construction and production sequence as well as new production methodologies”. The results comprise (1) a modal analyses of various types of offshore wind turbine support structures, (2) the fatigue strength testing of the cast steel material, (3) a large scale ultimate capacity test of a cast steel tube connection and (4) an optimisation of the tube connection aiming at material and stress reduction. The sensitivity of the relevant parameters on the first natural frequencies was quantified and the most influencing parameters were identified. The analyses of the fatigue strength and of the ultimate capacity of the cast steel tube connection support an optimised design by precise knowledge of the failure mechanisms and material behaviour. Moreover, it is shown that optimising the cast steel node can reduce the material use and stress concentration.

In diesem Artikel werden numerische Simulationen zum Tragverhalten der Zwischenbohlen kombinierter Stahlspundwände bei Belastung durch Wasserdruck vorgestellt. Dabei wird das Rotationsverhalten der Spundwandschlösser berücksichtigt. Die maximale Tragfähigkeit der Zwischenbohlen wird anhand der numerischen Simulationen ermittelt. Anschließend werden Stabwerksmodelle entwickelt, um die Standsicherheit der Zwischenbohlen nachweisen zu können.

Numerical simulation of the bearing behavior of the secondary elements of combined sheet pile constructions under water pressure.
The bearing behavior of the secondary elements of combined sheet pile constructions is investigated using numerical simulations. The secondary elements are only loaded by water pressure. The bearing capacity is determined and simplified models are developed to predict the stability of secondary elements loaded by water pressure.

Der Lastfall Zugentgleisung ist auch bei Schnellbahnen im Hochgeschwindigkeitsbereich als ein "normaler" Katastrophenlastfall aufzufassen, der bei der Dimensionierung von Brückenstützen in der Nähe der Lichtraumprofile der Züge unbedingt zu berücksichtigen ist. Der entsprechende Seitenstoß ist mit dem Sicherheitsfaktor "eins" von den Stützen aufzunehmen, es sei denn, daß eine Reduzierung der Stoßlasten z. B. durch Schrammborde oder weichen Zerschellschichten gelingt. Die Erfahrung eines schweren Eisenbahnunglücks hat in der jüngsten Vergangenheit gezeigt, daß die entsprechenden Stoßlasten der Normvorschriften viel zu gering angesetzt worden sind.

Weil die Ermittlung des Erddrucks eine alltägliche Aufgabe ist, wird oft übersehen, daß die praxisüblichen Verfahren zur Berücksichtigung der Kohäsion und des Porenwasserdrucks im unkonsolidierten Zustand unzulänglich sind. Die Modellvorstellung des "Binnendrucks" ist der Schlüssel zu einer widerspruchsfreien Theorie der Kohäsion und des Porenwasserdrucks. Es ergeben sich wertvolle, recht subtile Einsichten bezüglich des inneren Spanungszustandes im Korngerüst des Bodens, und die nahe Verwandtschaft zwischen Kohäsion und Porenwasserdruck wird deutlich. Die auf der Grundlage des "Binnendrucks" hergeleiteten Formeln sind außerdem einfacher und allgemeingültiger als die althergebrachten Ausdrücke; der konzeptuell schwierige unkonsolidierte Zustand wird automatisch richtig erfaßt. Sämtliche Formeln gelten sowohl für den aktiven als auch für den passiven Erddruck.

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Beton ist eines der wichtigsten Baumaterialien in der modernen Ingenieurspraxis und findet sein Anwendungsgebiet im Brückenbau, Hochbau und Grundbau. Beton ist ein Material, welches sein Verhalten im Laufe der Zeit in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen verändert. Besonders Verformungen, die durch Kriech- und Schwindprozesse hervorgerufen werden, spielen eine wichtige Rolle in der Bemessung von Betonstrukturen - vor allem im Hinblick auf die Gebrauchstauglichkeit. Bereits in den ersten Bemessungsnormen für Betonstrukturen gab es Regelungen hinsichtlich der Berücksichtigung dieser Einflüsse. Zu Beginn wurden die Verformungen mit einem äquivalenten Temperaturgradienten berücksichtigt. Erst mit der Herausgabe der Spannbetonnormen wurden entsprechende Kriech- und Schwindmodelle vorgeschlagen und bis hin zur heute gängigen Praxis weiterentwickelt. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein Überblick über die historische Entwicklung dieser Modelle bis zu den heute geltenden Eurocode 2 und fib Model Code-Richtlinien gegeben. Im zweiten Teil wird eine Sensitivitätsanalyse der Eingangsparameter der aktuellen Modelle präsentiert, gefolgt von einem Anwendungsbeispiel, in dem die Unterschiede der verschiedenen Modelle auf Basis einer Durchbiegungsberechnung veranschaulicht werden.

Evolution of creep and shrinkage models for concrete structures in Austria and Germany - Evaluation of the current models regarding the sensitivity of the input parameter
Concrete is one of the most important materials in civil engineering structures and finds its application in the building of bridges, ground engineering and building construction. As widely known, concrete is a material which changes its behavior with time in dependency of the environmental conditions. Especially the long-term deformations caused by creep and shrinkage processes are of great interest regarding the durability and sustainability of infrastructures. Early versions of design codes gave some guidelines on how to treat deformations caused by these sources. In the beginning, these deformations were taken into account by an additional temperature drop. The first sophisticated approaches on how to deal with these long-term processes were published in the standards for prestressed concrete structures. These early models were updated and improved to today's prevailing documents such as the Eurocode 2 and the fib Model Code. The first part of this paper gives an overview of the historical development of creep and shrinkage models in Austria and Germany until today's guidelines. The second part presents a sensitivity study of the current models regarding the input parameters for some given scenarios. Lastly, the differences between the models are highlighted based on an application example taken from literature.

Querkraftbeanspruchte Stahlbetonplatten können unter bestimmten Umständen durch zusätzliche Zugnormalspannungen belastet sein. Beispiele dafür sind Platten unter Zwangbeanspruchung, Stahlbetonfahrbahnplatten von Verbundbogenbrücken oder Silowände. Der Ansatz zur Berücksichtigung von Normalspannungen im aktuellen Bemessungskonzept für Querkraft ohne Querkraftbewehrung nach Eurocode 2 (EC2) wurde über Versuche an vorgespannten Einfeldträgern kalibriert. Da der Einfluss von Zugnormalkräften durch den Bemessungsansatz nur näherungsweise erfasst wird, wurden am Institut für Massivbau der RWTH Aachen Versuche an Plattenstreifen unter Querkraft- und gleichzeitiger Zugnormalkraftbeanspruchung durchgeführt. Neben Einfeldträgern wurden auch Plattenstreifen mit Durchlaufwirkung getestet, um den Einfluss praxisnaher statischer Systeme zu untersuchen. Durch den Momentenwechsel im Mehrfeldsystem entsteht ein Bereich ohne Biegebeanspruchung, der das Schubfeld in zwei Abschnitte unterteilt (Feld- und Stützmomentenbereich). Da sich beim Biegeschubversagen der maßgebende Schubriss in der Regel aus einem Biegeriss entwickelt, wird das Tragverhalten zum einen durch das statische System beeinflusst und zum anderen durch die kombinierte Normalkraft- und Biegebeanspruchung. Abweichend vom linearen Ansatz der Normalspannung im EC2 wurde in den eigenen experimentellen Untersuchungen sowie bei Versuchen aus der Literatur mit steigender Zugbeanspruchung ein degressiver Einfluss der Zugnormalspannung auf die Querkrafttragfähigkeit festgestellt.

Tests on Shear Behaviour with Concurrent Normal Tensile Action
Reinforced concrete (RC) slabs under shear loading can sometimes be subjected to additional normal tensile stresses. Examples are slabs under constraint stresses, RC bridge deck slabs of composite arch bridges or silo walls. The coefficient for normal stresses in the current design approach for shear without shear reinforcement according to Eurocode 2 (EC2) was calibrated using tests on prestressed simply supported beams. The influence of normal tensile forces is only approximately covered by the design approach. Therefore, tests were carried out at the Institute of Structural Concrete at RWTH Aachen University on slab strips under shear and simultaneous tensile normal force loading. In addition to single-span slab segments, tests on continuous members were also carried out to investigate the influence of more realistic structural systems. The point of contraflexure in multi-span systems results in an area without bending stresses, which divides the shear span into two regions (sagging and hogging moment area). Since the critical shear crack usually develops from a flexural crack for flexural shear failure, the load-bearing behaviour is influenced by the loading conditions on the one hand and by the combined normal and flexural loading on the other hand. Contrary to the linear approach for the influence of the normal stress in the EC2, a degressive influence of the tensile normal stress on shear capacity was found in the own experimental investigations as well as in tests from literature review with increasing tensile stress.

Für ein Überführungsbauwerk im Zuge der Bundesstraße B27 bei Fulda-Lehnerz wurde erstmalig in Deutschland ultrahochfester Beton (UHPC) im Straßenbrückenbau als Ortbeton eingesetzt. Ultrahochfester Beton wird derzeit in Deutschland nicht durch bauaufsichtlich eingeführte technische Spezifikationen geregelt. Daher war für die Anwendung des UHPC eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) erforderlich. Der Überbau der Brücke wurde als vierstegiger Plattenbalken aus Spannbetonfertigteilen mit einer Ortbetonergänzung aus normalfestem Beton und darauffolgender UHPC-Schicht ausgebildet. Unter anderem wegen der hohen Dichtigkeit des UHPC gegenüber Flüssigkeiten wurde auf das kosten- und zeitintensive Einbringen einer konventionellen Abdichtung - bestehend aus Epoxidharz und Abklebung mit zusätzlicher Gussasphaltschutzschicht - verzichtet. Die Umsetzung erfolgte mittels einer 7 cm dünnen UHPC-Schicht, die sowohl eine verstärkende als auch eine abdichtende Funktion übernehmen soll. Neben einer mittleren Druckfestigkeit > 150 N/mm2 ließ sich mit dem für das Pilotprojekt entwickelten UHPC auch ein Gefälle von 3,5 % realisieren. Insgesamt wurden 57 m3 UHPC in einem Transportbetonwerk hergestellt und als Ortbeton auf der Baustelle eingebaut. Mit der Umsetzung dieses Pilotprojekts konnte die Praxistauglichkeit der Verstärkungs- und Abdichtungsvariante mittels UHPC erstmals im Straßenbrückenbau in Deutschland erfolgreich erprobt werden. In diesem Fachaufsatz wird vor allem über die Betontechnologie und die Qualitätssicherung berichtet.

Overpass bridge of the L 3378 road near Fulda-Lehnerz. First application of UHPC in road bridge construction in Germany. Part 2
In the course of the federal highway B27 UHPC was used for the first time in cast-in-situ bridge construction in Germany. Presently, UHPC is not covered by any German standard. Therefore, an approval for this individual application case was necessary. The bridge superstructure has been designed as 4-web T-beam construction made of prestressed concrete with a top layer made of in-situ normal strength concrete and UHPC, respectively. Because of UHPC's high impermeability against liquids, the cost and timely intensive application on a waterproofing was waived. Besides its strengthening abilities the applied UHPC layer with a thickness of 70 mm is intended to effect as a sealing. Additionally to its average compressive strength of > 150 MPa the applied UHPC has been specifically developed to enable a bridge inclination of 3.5 %. In total, 57 m3 of UHPC was produced in a concrete plant and transported and cast on site. By this pilot project, the successful practicability of using UHPC as strengthening and waterproofing measure in bridge construction in Germany could be demonstrated. The following paper particularly deals with aspects of concrete technology and quality control for the UHPC used.

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Nachdem die europäischen und deutschen Regelwerke für Beton und Stahlbeton ab 2005 in ihren Neufassungen anzuwenden waren, wurden für den Spritzbeton die beiden Normen DIN 18551 und DIN 18314 gleichfalls überarbeitet. Für die Instandsetzung von Betonbauwerken im Wasserbau wurde zeitgleich von einer Arbeitsgruppe unter Mitarbeit des Autors sowie unter Leitung der Bundesanstalt für Wasserbau ein darauf aufbauendes technisches und bauvertragliches Regelwerk, die ZTV-W LB 219 entwickelt. Im Mittelpunkt des vorliegenden Beitrages steht dort die neu geregelte Instandsetzung mit Spritzbeton, 10 bis 15 cm dick, der bewehrt und auf Altbeton jeder Festigkeit dauerhaft rückverankert werden kann.

In a former paper of the authors a concept for dimensioning pressure shafts, considering the passive resistance of rock-mass, has been developed. The assumption made there was that many cracks are distributed evenly over the circumference. The width of a single fissure was estimated by a reduction factor on the cumulated width of cracks. This question was now investigated analytically on basis of common mechanical principles and was confirmed by FE calculations. On hand of examples a dimensioning concept for bridging a single fissure by the steel lining has been developed. In the annex questions frequently arising over the planning process are discussed. It is intended to facilitate an overall judgement of the individual system by better knowledge of the complex relations.
Der Beitrag ergänzt einen früheren Aufsatz der Autoren, die ein grundsätzliches Bemessungskonzept für Druckschächte unter Nutzung des passiven Gebirgswiderstandes entwickelt haben. Im untersuchten Rechenmodell sind die Radialrisse im Felsmantel gleichmäßig über den Umfang verteilt. Die Kumulation ihrer Rissweiten ergibt mit einem Reduktionsfaktor im Modell die maßgebende Weite eines Einzelrisses. Im vorliegenden Artikel wird die Überbrückung dieses Einzelrisses durch die Stahlpanzerung auf Grundlage nachvollziehbarer mechanischer Prinzipien analytisch untersucht und mit FE-Berechnungen ergänzt. Ergebnis ist das Bemessungskriterium der Rissüberbrückung, das weiterführend in Beispielen für Bemessungsvorschläge angewandt wird. Im Anhang werden Fragen diskutiert, die sich bei der Planung häufig stellen. Beabsichtigt ist, durch Analyse der komplexen Zusammenhänge die geschlossene Beurteilung des Systems zu erleichtern.

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Ein großes Glashängedach schwebt seit Anfang des Jahres vor dem Hauptbahnhof Heilbronn. Die rund 1000 m² große Glasmatte aus großformatigen Scheiben, die die hohen Anforderung an Überkopfverglasungen erfüllen, hängt mit Edelstahlhalterungen an Edelstahlseilen und diese in einem Stahlrohrrahmen mit Gußknoten. Dabei wird das Glas auch zur Lastabtragung herangezogen, indem die Horizontallasten über die Gläser abgetragen werden. Entwurf und Konstruktion dieser leichten und transparenten Struktur sollen hier beschrieben werden. Für die Verbundglasscheiben und die eigens dafür entworfenen Klemmteller waren Zustimmungen im Einzelfall nötig. Auf das dazu notwendige Versuchsprogramm für die Gläser, den Windkanalversuch zur Ermittlung der Windlasten und Untersuchungen zur Alterung der elastischen Kunststoffeinlagen in den Edelstahlknoten wird auch eingegangen. Dies ist wohl das zur Zeit größte reine Glashängedach.

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Die zuverlässige Bestimmung des elektrischen Widerstands von Beton, der mit verschiedenen dauerhaftigkeitsrelevanten Parametern korreliert, stellt sich am Bauwerk derzeit als große Herausforderung dar. Hierbei kommt üblicherweise das WENNER-Verfahren zum Einsatz, das aber aufgrund der Heterogenität von Stahlbeton, z. B. infolge Bewehrung und Feuchteunterschieden, zu Fehlinterpretationen führen kann.
Um der Heterogenität Rechnung zu tragen, wird ein neues Messverfahren angewendet, um die Verteilung des elektrischen Betonwiderstands im Beton zu ermitteln. Hierzu kommt die in der Geophysik entwickelte elektrische Widerstandstomografie zum Einsatz. Um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen, muss das Verfahren an die Gegebenheiten von Stahlbeton angepasst werden. Zudem wird u. a. die bekannte WENNER-Elektrodenkonfiguration mit der Dipol-Dipol-Konfiguration verglichen und die Anwendbarkeit des Verfahrens an Stahlbetonprüfkörpern untersucht. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass das Verfahren an Stahlbeton anwendbar ist, wenn die Lage der Bewehrung und Randeffekte an der Betonoberfläche berücksichtigt werden.

Novel approach for determining the electrical resistivity of reinforced concrete
The electrical resistivity of concrete correlates with different durability related parameters. Due to the heterogeneity of reinforced concrete a reliable determination of the concrete resistivity at a structure is a challenging objective. The application of a WENNER probe in the area of reinforcement bars or moisture gradients can lead to misinterpretations.
In order to counteract the influence of heterogeneities the Electrical Resistivity Tomography, developed in geophysics, is applied to determine the distribution of the electrical resistivity in concrete elements. The method is adapted to the demands of reinforced concrete structures. The studies focus on a comparison between the WENNER electrode configuration, already known in civil engineering, and the dipole-dipole electrode configuration and highlight the applicability for reinforced concrete elements. The results show that the method is applicable on reinforced concrete if the position of the reinforcement as well as boundary effects are considered within the evaluation.

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Die in den letzten Jahren zu beobachtenden Veränderungen in den bauwirtschaftlichen Rahmenbedingungen rücken Innovationen verstärkt in das Blickfeld unternehmerischen Handelns. Die Generierung innovativer baulicher Gesamtlösungen als Antwort auf ein gestiegenes Kundenbewußtsein für den gesamten Lebenszyklus von Bauwerken wird für Bauunternehmen zur notwendigen Voraussetzung, um zukünftig im Wettbewerb bestehen zu können. Innovationen können nicht mehr dem Zufall überlassen werden. Sie sind in kulturell verankerten, strategisch basierten und organisatorisch gestalteten Innovationsprozessen gezielt zu suchen und zu realisieren. Die Innovationstätigkeit von Bauunternehmen ist zu managen. In welcher Weise die baubetriebliche Innovationstätigkeit gestaltet werden kann, behandelt dieser Beitrag, der auf Ergebnissen eines Forschungsprojektes des Instituts für Bauplanung und Baubetrieb, Bereich Baubetriebswissenschaften und Bauverfahrenstechnik, ETH Zürich, basiert.

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Anläßlich des 50. Todestages wird an den Begründer des neuzeitlichen wasserbaulichen Versuchswesens erinnert.

Bewehrung aus Glasfaserverbundwerkstoffen wird seit über 20 Jahren bei besonderen Anforderungen an Bewehrungseigenschaften erfolgreich eingesetzt. Mit der erstmaligen Zulassung eines Glasfaserbewehrungsstabs in Deutschland 2008 wurde die Grundlage für die breitere Nutzung dieser Technologie geschaffen.
Nachfolgend werden Unterschiede des Materialverhaltens von Glasfaserbewehrung gegenüber Stahl aufgezeigt und wichtige Grundlagen zur Bemessung vorgestellt. Praktische Hinweise zur Vergleichbarkeit von Glasfaserbewehrungen und zum Thema Zustimmung im Einzelfall sowie ein Ausblick auf die Regelungen zu Glasfaserbewehrung in der nächsten Generation des EC2 sollen den planenden Ingenieur bei der sicheren Anwendung unterstützen. Beispiele ausgeführter Projekte geben einen Überblick auf die verschiedenen Einsatzgebiete dieser Spezialbewehrungsart.

Safe application of glass fibre rebar in civil engineering. Hints and examples for practice
In cases where reinforcement with special requirements is needed, glass fibre reinforced polymer bars have successfully been used since more than 20 years. The first approval by the German building authorities (DIBt) has been issued in 2008 giving way for broad application of this technology.
This article focuses on differences in the material behaviour of mild steel and glass fibre rebar and offers basic knowledge for the design of glass fibre rebar. Additional information on comparison of different materials as well as for single use permissions (ZiE) is given. This knowledge combined with a glance on the future regulations on glass fibre rebar in the next EC2 shall enable structural engineers to perform safe calculations and a proper application of glass fibre rebar.
Examples of carried out projects give an overview of the broad field of applications.

Stahlfaserbeton (SFB) findet im Bauwesen, u.a. bei Industriefußböden und im Industrie-, Tunnel- und Wohnungsbau, eine vielfältige und zunehmende Anwendung. Die Eigenschaften und Leistungsfähigkeit von Stahlfaserbeton werden vornehmlich durch die Menge, Verteilung und Orientierung der Fasern im Betongefüge bestimmt. Für eine effektive Erfassung und Beurteilung dieser Parameter im Frisch- und Festbeton ist ein schnelles, einfaches und praxisgeeignetes zerstörungsfreies Messverfahren erforderlich. Hierzu wurde vom iBMB/MPA der TU Braunschweig in Zusammenarbeit mit der Firma Hertz Systemtechnik GmbH Delmenhorst das Stahlfasermessgerät “BSM100” entwickelt. Grundlage ist ein Induktionsmessverfahren, bei dem eine würfel- oder zylinderförmige Betonprobe in einem spulenförmigen Sensor von einem magnetischen Wechselfeld durchsetzt wird. Über die gemessene Induktionsspannung können der mittlere Fasergehalt und die dreidimensionale Faserorientierung der Frisch- oder Festbetonprobe bestimmt werden.
Im vorliegenden Beitrag wird zunächst der Stand der Technik zur Bestimmung des Gehalts und der Orientierung von Stahlfasern im Beton dargelegt. Anschließend werden das Messgerät “BSM100” mit Funktionsweise, aktuellen Forschungsergebnissen und bisherigen Erkenntnissen vorgestellt sowie einige Praxisanwendungsbeispiele gezeigt.

A practice-conform measurement method for determination of fiber dosage and orientation in steel fiber reinforced concrete
Steel fiber reinforced concrete (FRC) is versatilely and increasingly used in civil engineering, e. g. for industrial floorings and in industrial, tunnel and housing building segments. The characteristics and performance of steel fiber reinforced concrete is primarily determined by dosage, distribution and orientation of fibers in the concrete texture. For an effective determination and assessment of these parameters in fresh and hardened concrete a fast, simple and practicable non-destructive measurement technique is required. For this purpose the steel fiber measuring device “BSM100” at the iBMB/MPA of the TU Braunschweig in collaboration with the company Hertz Systemtechnik GmbH Delmenhorst had been developed. This is based upon an induction measurement system, where a cubic or cylindrical concrete sample in a coiled sensor is exposed to an alternating magnetic field. By registering the measured induction voltage the average values of dosage and three dimensional distribution of steel fibers in a fresh or hardened concrete sample can be investigated reliably and precisely.
In this contribution firstly the state of the art technology for the measurement of steel fiber dosage and orientation in concrete will be presented. Then the measurement device “BSM100” with its functional principle, actual research results and previous findings will be presented and several examples of practical use will be shown.