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Titelbild: Bautechnik 12/2019Bautechnik12/2019Titelbild

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Mehr Zeit für Kreativität: Die Controlling- und Management-Lösungen von PROJEKT PRO werden speziell für Ingenieur- und Architekturbüros entwickelt. Die Software bildet die Strukturen der spezifischen Workflows gemäß der Leistungsphasen innerhalb des Planungsprozesses ab. Die Anwendung resultiert - je nach Auswahl der Bestandteile - in Effizienz- und Rentabilitätssteigerung, Professionalisierung sowie Risiko- und Kostenreduktion. Mehr Information auf www.projektpro.com. (Foto: PROJKET PRO)

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Inhalt: Bautechnik 12/2019Bautechnik12/2019Inhalt

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Fröch, Georg; Flora, Matthias; Gächter, Werner; Harpf, Florian; Tautschnig, ArnoldAnwendungsmöglichkeiten eines digitalen Baugrundmodells im TunnelbauBautechnik12/2019885-895Aufsätze

Kurzfassung

Digitale Bauwerksmodelle zur Unterstützung der relevanten Prozesse in der Wertschöpfungskette Bau erobern zunehmend den Infrastrukturbau. Während im Hochbau 3-D-Planung und BIM gebräuchlich sind, werden die Planungsunterlagen von Infrastrukturbauwerken derzeit noch mehrheitlich in 2-D ausgearbeitet. Falls die Planung dreidimensional erfolgt, werden in den wenigsten Fällen den Volumenkörpern Eigenschaften zugeordnet. Diese Zuordnung wäre jedoch eine Grundvoraussetzung für die “BIM-Arbeitsweise”.
Ein weiterer Unterschied zum Hochbau ist die wesentlich stärkere Interaktion der gewählten Baumethoden mit dem Baugrund. Dies trifft in speziellem Maße auf den Tunnelbau zu, da das Baugrundverhalten primär von der Interaktion des gewählten Bauverfahrens mit dem Baugrund abhängig ist. Trotz umfassender Vorauserkundungsmaßnahmen sind die geotechnischen Eigenschaften und das Baugrundverhalten im Voraus nie vollständig bekannt.
Bei der Anwendung von BIM im Infrastrukturbau ergeben sich somit spezielle Anforderungen an das digitale Baugrundmodell, um dieses als umfassende Basis für die typischen Anwendungsfälle wie Simulation und Auswahl von Bauverfahren, Massen- und Kostenermittlungen, Beobachtung und Dokumentation des Baugrundverhaltens während dem Vortrieb verwenden zu können. Im vorliegenden Beitrag wird ein prototypischer Weg aufgezeigt, wie ein Baugrundmodell in einer BIM-fähigen Software erstellt und verarbeitet werden kann.

Application possibilities of a digital ground model in tunnel construction
Digital building models to support the relevant processes in the construction value chain are increasingly being implemented in infrastructure construction. While the use of BIM are quite common in building construction, the design documents of infrastructure structures are still frequently prepared in 2-D. Even when the design is done in 3-D, properties are rarely assigned to the volume bodies. Only in this case it can be called a “BIM working method”.
Another difference to the building construction is the much stronger interaction of the selected construction methods with the ground. This applies in particular to underground constructions, as the ground behavior during tunnel drive is primarily dependent on the chosen tunnelling method. Despite extensive exploratory measures, however, the geotechnical properties and the ground behavior are never completely known in advance.
Therefore, 3-D-digital ground models have to fulfil special requirements in order to create with BIM-ground models a comprehensive basis for typical use cases such as the simulation and selection of the construction method, quantity surveys and cost estimation, real time monitoring of the ground behavior during the excavation phase. This paper shows a prototypical way in which a ground model can be created and processed in a BIM software.

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Wilhelm, ViktorGrundlagen mathematischer Theorie adaptiver TragwerkeBautechnik12/2019896-901Aufsätze

Kurzfassung

Adaptive Tragwerke sind mit Verschiebungen und Kräfteumlagerungen in der Zeit verbunden. Als Ziel der Adaption bzw. der Kräfteumlagerungen wird in der einschlägigen Literatur die gleichmäßige volle Ausnutzung des Materials definiert. Die gleichmäßige volle Ausnutzung des Konstruktionsmaterials wird seinerseits mit der Effektivität des Leichtbaus verknüpft.
Im vorliegenden Aufsatz analysiert der Autor zunächst aus Sicht der Baustatik den Adaptivitätsmechanismus anhand des aus der Literatur bekannten selbstanpassenden Tragwerks: Stuttgarter Träger. Durch den Adaptivitätsmechanismus, bestehend aus Sensoren und Aktuatoren, manipulieren die Erfinder des Stuttgarter Trägers die inneren und äußeren Kräfte anhand eines Modells (Computermodell und gebautes Miniaturmodell).
Im Anschluss werden Grundlagen der linearen Theorie der Kräfteumlagerungen in Tragwerkssystemen aufgezeigt. In diesen Systemen wird die Steuerung der Kräfteumlagerungen dem Material selbst überlassen.

Adaptive structures
Adaptive structures are associated with shifts and force redistributions over time. Relevant literature defines the even full utilization of material as the aim of the adaptation respectively the force redistributions. The even full utilization of construction material itself is linked to the effectiveness of lightweight construction.
In the present essay, the author first analyses the adaptive mechanism from a statics viewpoint using the self-adapting and from literature known supporting structure Stuttgarter Träger. Through the adaptive mechanism, consisting of sensors and actuators, the inventors of the Stuttgarter Träger manipulate the internal and external forces based on a model (computer model and built miniature model).
Subsequently, fundamentals of the linear theory of force redistribution in structural systems are shown. In these systems the control of force redistributions is left to the material itself.

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Musto, Juan; Lyon, Max; Trautz, Martin; Kobbelt, LeifBeanspruchungsoptimierte Faltungen aus Stahl für selbsttragende RaumfaltwerkeBautechnik12/2019902-911Aufsätze

Kurzfassung

Der Einsatz von Faltungen beschränkt sich im Bauwesen auf Longitudinalfaltungen (Trapezbleche) und regelmäßige Faltungen. Raumfaltwerke und Faltleichtbauplatten, räumlich gekrümmte und dreidimensionale Flächentragwerke sind Desiderate eines Leichtbaus mit Stahlblechen. Raumfaltwerke bestehen vorwiegend aus regelmäßigen Faltmustern, die auf Tesselierung mit Primitivflächen (Drei- und Vierecke) basieren. Um die Effizienz dieser Leichtbaustrukturen zu verbessern, liegt es nahe, statt regelmäßige und auf geometrischen Prinzipien basierende Faltmuster umzusetzen, Faltmuster nach Maßgabe der Beanspruchungen bzw. der Beanspruchungsverteilung anzuwenden. Hierzu ist ein Formfindungsprozess zu entwickeln, der auf der Generierung eines Trajektoriennetzes basiert, das aus dem maßgeblichen Lastfall (formgebenden Lastfall) abgeleitet wird. Der Vergleich des Masseneinsatzes und der Traglast der Faltungen, die auf geometrischer Basis erzeugt wurden, mit einer auf Basis des Trajektoriennetzes entwickelten Faltung zeigt die Veränderung der Effizienz.

Stress adapted steel folding's for self-supporting spatial structures
The use of folds in civil engineering is limited to longitudinal folds (trapezoidal sheets) and regular folds. Spatial folding structure and foldcoreplates, spatially curved and three-dimensional shell structures are desiderata of lightweight construction with steel sheets. Spatial fold structures consist mainly of regular folding patterns based on tessellation with primitive faces (triangles and squares). In order to improve the efficiency of these lightweight structures, it makes sense to use folding patterns in accordance with the stresses or stress distribution instead of regular folding patterns based on geometric principles. For this purpose a form finding process has to be developed, which is based on the generation of a trajectory mesh, which is derived from the formative load case. The comparison of the mass input and the load bearing capacity of the folds, which were generated on a geometric basis, with a fold developed on the basis of the trajectory mesh shows the change in efficiency.

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Müller, Werner W.; Simon, Franz-Georg; Wöhlecke, Andreas30 Jahre BAM-Zulassung (in der Deponietechnik): material- und prüftechnische EntwicklungenBautechnik12/2019912-918Aufsätze

Kurzfassung

Vor 30 Jahren wurde die erste BAM-Zulassung für ein Geokunststoffprodukt in der Deponietechnik ausgestellt. Seither wurden immer wieder eigene wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt, neue Forschungsergebnisse herangezogen und die Prüftechnik weiterentwickelt, um die Eignung und Funktionsdauer von Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Kunststoff-Dränelementen, geotextilen Filtern oder Bewehrungsgittern beurteilen zu können. Einige dieser Entwicklungen werden hier diskutiert.

30 years of BAM approvals (in landfill technology): material and testing developments
The first BAM approval for geosynthetics in landfill technology was issued 30 years ago. Since then, own scientific investigations were carried out, new research results used and the testing technology improved to assess the suitability and service life of geomembranes, protective layers made of geotextile containers, plastic drainage elements, geotextile filters or a reinforcement grids made of plastic, some stages of this development are recalled.

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Verbundbrückenbau - neue Entwicklungen und BeispieleBautechnik12/2019918Editor's Recommendations

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Voit, Klaus; Neyer, Andreas; Schwenn, Michael; Zeman, OliverExperimentelle Ermittlung von Reibungsbeiwerten bei Steinstützkörpern aus NatursteinBautechnik12/2019919-928Aufsätze

Kurzfassung

Böschungs-, Ufer- und Sohlsicherungen aus Naturstein erfreuen sich als naturnahe konstruktive Maßnahmen zunehmender Beliebtheit. Hinsichtlich ihrer Wirkungsweise können Steinkonstruktionen unterschieden werden in (1) solche mit stützender Wirkung, welche durch Schlichten oder Setzen errichtet werden, und in (2) Steinkörper und Berollungen, deren Herstellung durch Schütten oder Werfen erfolgt und die rein durch ein Beschweren der Böschung wirken. Bei Steinstützkörpern handelt es sich generell um vergleichsweise flexible Konstruktionen, die Verformungen im Dezimeterbereich aufnehmen können. Dabei erfolgt die Kraftübertragung im unvermörtelten Zustand von Stein zu Stein bzw. bei Versetzen der Steine im Mörtelbett über die Mörtelfuge. Durch die Reibung bzw. Reibungskraft zwischen den Steinen bzw. Mörtel und Stein können Schubkräfte übertragen bzw. aufgenommen werden, die bspw. einem auftretenden Erddruck entgegenwirken.
Für Steinstützkörper gibt es bislang einige bestehende Ansätze für deren Bemessung, es wird jedoch nicht spezifisch auf den Nachweis der inneren Standsicherheit (Gleiten und Kippen in der Lagerfuge, mechanisches Steinversagen) eingegangen. Bei gegenständlichem Forschungsvorhaben wird versucht, Kennwerte für die Bemessung von Steinstützkörpern experimentell zu erfassen, um in einem nächsten Schritt Rückschlüsse auf die innere Standsicherheit von Steinstützkörpern ziehen zu können.

Experimental determination of friction coefficients in the context of natural stone structures
Protection constructions for slopes, banks and riverbeds using natural stones are becoming increasingly popular. When considering their operating principle, (1) natural stone structures with a supporting effect and (2) stone structures, that function solely by their weight, can be distinguished. The former is erected by exact placement of the individual stones, while weight effects can also be achieved by a thrown or dumped stone mass. Nevertheless, natural stone structures show a comparatively flexible design that can endure displacements in the order of some decimeters. Transmission of forces takes place stone to stone in case of non-mortared construction or via mortar material in case of mortared joints. Friction forces are transferred accordingly between the rocks or rock and mortar and can counteract possibly occurring earth pressure.
There are a few approaches concerning structural design and dimensioning of natural stone structures, specific static analysis and calculations regarding the inner stability (sliding and toppling in the horizontal joint as well as mechanical rock failure) of these structures are missing. In this research project, attempts are made to experimentally deduce characteristic values for the design of natural rock structures and drawing conclusions about the inner stability of rock protection structures in a subsequent step.

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Kloft, Harald; Hack, Norman; Mainka, Jeldrik; Brohmann, Leon; Herrmann, Eric; Ledderose, Lukas; Lowke, DirkAdditive Fertigung im Bauwesen: erste 3-D-gedruckte und bewehrte Betonbauteile im Shotcrete-3-D-Printing-Verfahren (SC3DP) - Additive Fertigung im Bauwesen: erste 3-D-gedruckte und bewehrte Betonbauteile im Shotcrete-3-D-Printing-Verfahren (SC3DP)Bautechnik12/2019929-938Berichte

Kurzfassung

Mit dem 3-D-Drucken (Additive Fertigung) steht eine digital gesteuerte Fertigungstechnologie bereit, die das Potenzial hat, spezifisch für das Bauwesen entwickelt, zu einer Schlüsseltechnologie für die Digitalisierung der Bauwirtschaft zu werden. Bei der Additiven Fertigung erfolgt der Bauteilaufbau allein durch einen digital gesteuerten, schichtenweisen Werkstoffauftrag, ohne Formenbau oder Umformprozesse. Dies stellt einen Paradigmenwechsel zu den noch überwiegend handwerklichen, formgebenden Bauprozessen dar. Um das Potenzial dieser Technologie voll auszuschöpfen, müssen Strukturdesign, Materialverhalten und Fertigungsprozess integrativ aufeinander abgestimmt werden. Dies ermöglicht Bauwerke von hoher Gestaltungsfreiheit und einen ressourceneffizienten Einsatz von Werkstoffen. Am Institut für Tragwerksentwurf (ITE) und am Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der TU Braunschweig wird seit mehreren Jahren an Verfahren für den 3-D-Druck von großformatigen Betonbauteilen geforscht. In einem interdisziplinären Verbundvorhaben wurde das sog. Shotcrete-3-D-Printing-Verfahren (SC3DP) entwickelt. Bei der SC3DP-Technologie handelt es sich um ein automatisiertes robotisches, additives Fertigungsverfahren, das Betonbauteile unter kontrollierter Zugabe von Druckluft Schicht für Schicht aufbaut. In dem vorliegenden Bericht werden erste 3-D-gedruckte und bewehrte Betonbauteile vorgestellt, die das Potenzial der SC3DP-Technologie aufzeigen.

Additive manufacturing in construction: first 3-D-printed reinforced concrete components using Shotcrete 3-D Printing (SC3DP) technology
3-D printing (additive manufacturing) is a digitally controlled manufacturing technology, that has the potential to be specifically developed for the construction industry and to become a key technology for the digitalization in building industry. In additive manufacturing (AM), the component construction is done solely by a digitally controlled layer-by-layer material application, without mold construction or forming processes. This represents a paradigm shift to the still predominantly manual shaping construction processes. In order to fully exploit the potential of AM structural design, material behavior and manufacturing processes must be integratively aligned. This enables buildings with a high degree of design freedom and resource-efficient use of materials. At the Institute of Structural Design (ITE) and at the Institute of Building Materials, Concrete Construction and Fire Safety (iBMB) at the Technische Universität Braunschweig, research has been carried out for several years into processes for the 3-D printing of large-format concrete components. The so-called Shotcrete 3-D Printing (SC3DP) technology was developed in an interdisciplinary research project. The SC3DP technology is an automated robotic, additive manufacturing process that builds up concrete components layer by layer with the controlled addition of compressed air. This report presents the first 3-D-printed and reinforced concrete components that demonstrate the potential of SC3DP.

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Peter, Boris; Scheible, FlorianFreie Wahl - das Projekt bestimmt die Planungsmethode - Freie Wahl - das Projekt bestimmt die PlanungsmethodeBautechnik12/2019939-944Berichte

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Im Windschatten der Digitalisierung hat sich ein Trend zu einer präzisen Regelung und Normierung einzelner Planungsschritte entwickelt - weg von einem Werksverständnis, bei dem der Werkerfolg im Vordergrund steht und die Planungsmethode selbst den Planern überlassen ist. Nach einer Umfrage des DIN 2017 haben ca. 85 % der Befragten die Entwicklung neuer Normen als “sehr dringend” oder “dringend” eingestuft. Diese Normen werden den Planungsteams in Zukunft die Planungsmethode vorgeben. Gerade die freiberuflichen Planer müssten sich an der Ausgestaltung dieser Normen und der damit verbundenen Frage “Wie wollen wir in Zukunft planen?”stärker beteiligen. Für den Flughafen in Shenzhen, die Nachhallgalerie der Staatsoper Unter den Linden in Berlin, den mehrgeschossigen Holzbau The Cradle in Düsseldorf und die neue Elefantenwelt in Stuttgart hat das Büro Knippers Helbig mit seinen Planungspartnern projektspezifische Prozessketten entwickelt, die nicht normativ erfassbar sind.

Free choice - the project determines the planning method
In the wake of digitalisation, a trend towards precise regulation and standardisation of individual steps has developed, far removed from an understanding of working in which the success of the work is paramount, and where the planners themselves decide upon the actual planning method. According to a survey carried out by DIN in 2017, around 85 % of those questioned rated the development of new standards as either “very urgent” or “urgent”. In future, these standards will dictate to planning teams how they must undertake their planning work. Freelance planners in particular need to play a more active role in the shaping of these standards, along with the related question: “How would we like to plan in future?”. For Shenzhen airport, the 'Nachhallgalerie' at the Berlin State Opera, the multistorey timber construction 'The Cradle' in Düsseldorf and the new 'Elephant World' in Stuttgart, the Knippers Helbig practice, together with its planning partners, has developed project-specific process chains that cannot be recorded normatively. This shows how important it is that, in future too, planners retain the freedom to help shape the processes.

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Harwell, AmbrosiusMotivation und Fokus der Digitalisierung - Motivation und Fokus der DigitalisierungBautechnik12/2019945-950Berichte

Kurzfassung

Der folgende Beitrag beleuchtet die Hintergründe und Motivationen für die Digitalisierung der Bauindustrie. Zunächst wird beschrieben, warum sich ein Bauunternehmen digitalisiert und was Digitalisierung aus Sicht des Autors bedeutet. Es folgt die Erläuterung, wie sich Bauunternehmen digitalisieren und worauf hierbei der Fokus liegt. Beispielhaft werden die Entwicklungen und Aufgaben der Abteilung BIM 5D der Strabag SE aufgezeigt. Zentrale Punkte sind hier die Planung und das Bauen mit der Building-Information-Modelling(BIM)-Methode und die Herausforderungen der Digitalisierung bei der Implementierung in Produktion und Betrieb.

Motivation and focus of digitalization
The following article expands on backgrounds and motivations for digitalization in the construction industry. It begins by describing why a construction company should digitizes its processes and what “digitalization” means from the authors point of view. The article continues describing how construction companies digitize their processes. Developments and tasks of the BIM 5D department of the Strabag Group are outlined as an example. The main aspects are planning and building with Building Information Modelling (BIM) method and challenges of digitalization regarding the implementation of BIM in production and operation.

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Holste, Karsten; Bassen, Sebastian; Hesse, Christian; Neumann, Ingo3D HydroMapper - digitale Inspektion von Bauwerken über und unter Wasser - 3D HydroMapper - digitale Inspektion von Bauwerken über und unter WasserBautechnik12/2019951-953Berichte

Kurzfassung

Die Alterung der Infrastruktur im Bereich der Wasserstraßen führt in Verbindung mit den in Norddeutschland häufig schwierigen Sichtverhältnissen unter Wasser zu massiven Aufwendungen der Betreiber bei der Inspektion, der Bewertung und der Instandsetzung der Verkehrswasserbauwerke. Das vom BMVI mit Forschungsmitteln geförderte und im Dezember 2018 gestartete Projekt 3D HydroMapper soll die Erfassung und Nutzung der 3-D-Scandaten von Bestandsbauwerken über und unter Wasser verbessern. Hierzu sollen neuartige Positionierungs- und Routingverfahren sowie eine aktive Objektausrichtung der Sensorik genutzt werden, um den Zustand von Bauwerken mit sehr hoher Präzision und Auflösung im Bereich weniger Zentimeter auch unter Wasser strukturiert zu erfassen. Erste Testergebnisse zeigen, dass mit dem 3D HydroMapper ein echter Innovationssprung möglich ist.

3D HydroMapper - digital inspection and measuring of waterway structures
The ageing infrastructure of waterways requires regular dive inspections at low sight within fluid mud. Therefore, the owners have to spend a lot of time and workforce to inspect, assess and repair the infrastructure. Within the partly funded project by the BMVI we are about to develop a Multi-Sensor-System which simultaneously measures the above and underwater port structures and therefore decreases the inspection time and reduces the service costs. To realize high precision results and high resolutions of a few centimeters an active measurement process with dynamic orientation of the sensors and an autonomous routing is developed. First tests show that the 3D HydroMapper enables highly precise and comprehensive inspections. Damages can therefore be detected over the underwater areas. The measurements can also be used to derive the structures stress level in order to estimate the remaining lifetime.

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Grabe, JürgenTechnischer Jahresbericht 2019 des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen" der Hafentechnischen Gesellschaft e. V. (HTG) und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT) - Technischer Jahresbericht 2019 des Arbeitsausschusses "Ufereinfassungen" der Hafentechnischen Gesellschaft e. V. (HTG) und der Deutschen Gesellschaft für Geotechnik (DGGT)Bautechnik12/2019954-958Berichte

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Bautechnik aktuell 12/2019Bautechnik12/2019959-961Bautechnik aktuell

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Nachrichten:
Symposium Ingenieurbaukunst-Design for Construction: Additive Fertigung als digitale Bau-Schlüsseltechnologie
Stahlbau Sonderheft Kranbahnen

Veranstaltungen: DAfStb/DBV-Fachkolloquium “Digital Fabrication with Concrete” am 30. Januar 2020 in Berlin
Staustufen im Wasserbau
Rückschau auf das 23. Dresdner Baustatik-Seminar

Firmen und Verbände: Experten fordern eine Milliarde für die Städtebauförderung

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Kongresse - Symposien - Seminare - MessenBautechnik12/2019962-963Veranstaltungskalender

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Titelbild: Beton- und Stahlbetonbau 12/2019Beton- und Stahlbetonbau12/2019Titelbild

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Zum Titelbild:
Blick auf die Ränge des neuen Puskás-Stadions in Budapest. Im mit einem Fassungsvermögen von über 67.000 Zuschauern größten öffentlichen Bauwerk Ungarns, das nach dem legendären ungarischen Fußballer Ferenc Puskás benannt wurde, sind 15.000 m2 Bodenfläche auf den Tribünen mit MC-Floor TopSpeed flex, der flexibilisierten Rollbeschichtung mit rissüberbrückenden Eigenschaften auf Basis der KineticBoost-Technology®, ausgeführt worden. Auch bei ungünstigen Klimabedingungen wie 2 °C und 100 % relativer Luftfeuchte lassen sich hochbelastbare und ästhetische Bodenbeläge umsetzen. Wie bei kaum einem anderen Bodenbeschichtungswerkstoff lassen sich damit auch Härte und Elastizität von gering bis sehr hoch einstellen. Diese Vorteile machten sich die Bauherren und Planer des neuen Puskás-Stadions in Budapest zunutze, die diese Arbeiten im Winter durchführen mussten. (Foto: MC-Bauchemie)

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Inhalt: Beton- und Stahlbetonbau 12/2019Beton- und Stahlbetonbau12/2019Inhalt

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Tue, Nguyen VietForschung: ja aber was?Beton- und Stahlbetonbau12/2019887Editorials

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Garrecht, Harald; Baumert, Christian; Hampel, Simon; Lisin, Wladimir; Lazik, PiotrHerausforderungen einer gleichförmigen Herstellung von Fahrbahnbetonen und Möglichkeiten einer rheologiegestützten MischprozessführungBeton- und Stahlbetonbau12/2019888-898Fachthemen

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Herrn Professor Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Hans-Wolf Reinhardt zu seinem 80. Geburtstag gewidmet
Die deutsche Bundesfernstraßeninfrastruktur umfasst rund 13 000 km Bundesautobahnen und 39 000 km Bundesstraßen. Große Teile des Straßenbestands erfordern die gänzliche Erneuerung. Bei Bundesautobahnen kommt zunehmend die Betonbauweise zum Einsatz. Entsprechend widmet sich der Beitrag einem Teilaspekt des vom Ministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderten Verbundforschungsvorhabens “Betonfahrbahn 4.0” [1], der prozesssicheren Herstellung von Fahrbahnbetonen. Hierin haben Verbundpartner aus der Bau- und Baustoffmaschinen herstellenden Industrie, der Bauwirtschaft sowie zweier universitärer Forschungsinstitute das gemeinsame Ziel, innovative Maßnahmen und Komponenten, die zur Verbesserung von Teilprozessen der Betonfahrbahnherstellung dienen, zu entwickeln und zu implementieren, um die Bündelung aller Verbesserungsmaßnahmen in der praktischen Umsetzung zu erproben. Das Vorhaben wird fachlich von der Bundesanstalt für Straßenwesen und verwaltungstechnisch vom TÜV Rheinland begleitet.
Der vorliegende Beitrag konzentriert sich auf die zielsichere Herstellung von Fahrbahnbetonen. Es wird ein neuartiger Ansatz vorgestellt, mit dem sich die hohen Konsistenzvorgaben für den Einbau des Frischbetons mit dem Gleitschalungsfertiger einhalten lassen. Das Verbundforschungsvorhaben bietet dem IWB, dem Otto-Graf-Institut und damit der MPA Universität Stuttgart Anknüpfungen an die Forschungsaktivitäten von Prof. Dr.-Ing. E.h. mult. OTTO MAXIMILIAN GRAF zum Betonstraßenbau, der bereits in den 1920er-Jahren zu den Fragen der Verwendung von Beton- und Eisenbeton im Straßenbau geforscht hat [2]. Auch Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. HANS-WOLF REINHARDT, der das IWB und das Otto-Graf-Institut von 1990 bis 2006 leitete, widmet sich in seinen Forschungen diversen Problemstellungen der Betonbauweise im Fahrbahnbau [3]. Ihm zu Ehren sollen im Folgenden die Potenziale eines an die Rohstoffsituation angepassten “Mix-Designs” und einer darauf abgestimmten rheologiegestützten Mischprozessführung aufgezeigt werden.

Challenges of uniform production of road concretes and possibilities of rheology-based mixing process control
The German road infrastructure comprises around 13 000 km of federal motorways and 39 000 km of federal highways. Large parts of the existing road network require rehabilitation and reconstruction. Then concrete pavement is increasingly being used for federal motorways. Accordingly, this article is dedicated to one aspect of the joint research project “Betonfahrbahn 4.0” [1], funded by the Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure, which focuses on the process-reliable production of concrete roadways. In this project, partners from the construction machinery manufacturing industry, the construction industry and two university research institutes have the common goal of developing and implementing targeted improvement and innovative measures and components for the construction of concrete pavement. Finally all targeted improvement measures will be applied and tested under real conditions of the construction site. The project receives expert advice by the Federal Highway Research Institute and administrative advice by TÜV Rheinland.
The present article concentrates on the unerring construcion of roadway concretes. A new approach of mixing process is presented which enables the slipform paver to meet the high consistency requirements for paving fresh concrete. The joint research project offers the IWB, the Otto-Graf-Institut and thus the MPA University of Stuttgart links to the research activities of Prof. Dr.-Ing. E. h. mult. OTTO MAXIMILIAN GRAF on concrete road construction, who researched the use of concrete and reinforced concrete in road pavement back in the 1920s [2]. Also Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. HANS-WOLF REINHARDT, who headed the IWB and the Otto-Graf-Institut from 1990 to 2006, dedicates his research to various problems of concrete pavement in road construction [3]. In his honour, the potentials of a “mix design” adapted to the raw material situation and a rheology-based mixing process management adapted to the composition of the concrete mixture will be shown in the following.

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Mielich, Oliver; Zwerger, ValentinZustandserfassung von Betonfahrbahndecken mit Verdacht auf eine schädigende Alkali-Kieselsäure-ReaktionBeton- und Stahlbetonbau12/2019899-910Fachthemen

Kurzfassung

Herrn Professor Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Hans-Wolf Reinhardt zu seinem 80. Geburtstag gewidmet
Der Erhaltungsbedarf von Betonfahrbahndecken mit Alkali-Kieselsäure-Reaktion lässt sich nur sehr schwer planen. Die dafür notwendige Zustandserfassung erfolgt bisher über das visuelle Erscheinungsbild, AKR-provozierende Betonuntersuchungen sowie polarisationsmikroskopische Untersuchungen an Dünnschliffen. Eine Prognose der Schadensentwicklung ist mit diesen Untersuchungen nicht möglich. Es ist lediglich eine Bewertung dahingehend möglich, ob eine Schädigung nicht mehr zu erwarten oder ob noch weiteres Restschädigungspotenzial vorhanden ist. Die oftmals signifikante Zustandsverschlechterung der Betondecke lässt sich auf eine unerkannte Horizontalrissbildung im Fahrbahndeckenbeton zurückführen. Im Kontext mit einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) findet man Horizontalrisse im Bereich der Fugenkreuze, der Querfugen und der Längsfugen vor, die dann mehrere Zentimeter in die Fahrbahnplatte hineinreichen. Der Beitrag erläutert anschaulich, welche Folgen eine schädigende AKR und andere Belastungen in einer Fahrbahnplatte haben. Er stellt zum ersten Mal einen systematischen Zusammenhang zwischen einer schädigenden AKR in einer Fahrbahnplatte und den Horizontalrissen im Bereich der Fugen her.

Methods for evaluating concrete pavements for a damaging alkali-silica reaction
It is very difficult to plan the maintenance requirements of concrete pavements with alkali-silica reaction. Up to now, the necessary assessment has been carried out via visual appearance, AKR-provoking concrete investigations as well as polarization microscopic investigations on thin sections. With these investigations a forecast for the damage development is not possible. It is only possible to assess whether damage is no longer to be expected or whether there is still further potential for residual damage. The often significant deterioration of concrete pavement can be traced back to an undetected horizontal crack formation. In the context of an alkali-silica reaction (ASR), horizontal cracks can be found in the area of the joint crosses, the transverse joints and the longitudinal joints, which then extend several centimeters into the carriageway slab. The article illustrates the consequences of a damaging ASR and other loads in a carriageway slab. For the first time, it establishes a systematic relationship between a damaging ASR in a carriageway slab and the horizontal cracks in the area of the joints.

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Neubau Neckartalradweg Lauffen a. NeckarBeton- und Stahlbetonbau12/2019910Nachrichten

Kurzfassung

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Krütt, Enno; Wallau, Wilma; Meng, Birgit; Greim, Markus; Pirskawetz, StephanAutomatisierte AKR-Prüfung im 60 °C-BetonversuchBeton- und Stahlbetonbau12/2019911-918Fachthemen

Kurzfassung

Herrn Professor Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Hans-Wolf Reinhardt zu seinem 80. Geburtstag gewidmet
Der 60 °C-Betonversuch ist eine in Deutschland und international verbreitete Methode, um die Empfindlichkeit von Gesteinskörnungen und Betonen hinsichtlich einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) zu prüfen. Dieser Beitrag stellt eine neu entwickelte, automatisierte Variante der Prüfmethode in einem Minireaktor vor. Dabei werden die Dehnungen von Betonprismen nicht wie beim konventionellen Test manuell, sondern automatisch in entsprechend ausgerüsteten Prüfbehältern gemessen. Neben einer Reduzierung des Messaufwands bringt die automatisierte Prüfung im Minireaktor weitere Vorteile. Die Dehnungssignale werden, anders als bei der konventionellen Messung, quasi kontinuierlich aufgezeichnet und bilden das Expansionsverhalten der Prismen detailliert ab. Außerdem bleiben Unterbrechungen der AKR-provozierenden Lagerung aus, die bei der konventionellen Prüfung notwendig sind. Im Beitrag werden die automatisierte und konventionelle Prüfung anhand der Dehnungen von Prismen zweier Gesteinskörnungen verglichen. In Übereinstimmung mit vorhergehenden Untersuchungen sind im Minireaktor gemessene Dehnungen systematisch kleiner als manuell gemessene. Als mögliche Ursache werden Unterschiede im Auslaugverhalten experimentell untersucht. Zur Überprüfung der Einstufung der zwei Gesteinskörnungen erfolgen außerdem Referenzprüfungen in der Nebelkammerlagerung bei 40 °C.

Automated ASR Concrete Prism Testing at 60 °C
The Concrete Prism Test at 60 °C (60 °C-CPT) is a common method to evaluate the susceptibility of concrete and aggregates to the Alkali-Silica Reaction (ASR). This paper presents a new device for an automated version of the 60 °C-CPT. The system monitors the expansion of concrete prisms automatically. Compared to the conventional test method, effort and time consumption are notably reduced. The nearly continuous recording of expansion signals allows for studying of ASR-mechanisms in more detail than the conventional test. In addition, the interruptions of ASR-provoking storage, necessary for manual measurements, are avoided. The presented study compares results of conventional and automated testing of two types of aggregate. In accordance with previous findings, continuously stored prisms generally expand less than the conventionally tested prisms. To find a possible explanation, differences in leaching of alkali from the concrete prisms were quantified. For verifying the alkali-reactivity of the two aggregates, they were also classified in the fog chamber test at 40 °C, the German reference method.

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Merkel, Melanie; Breit, Wolfgang; Schulte Holthausen, Robert; Raupach, MichaelRealkalisierungspotenzial von TrinkwasserbehälterbeschichtungenBeton- und Stahlbetonbau12/2019919-928Fachthemen

Kurzfassung

Herrn Professor Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Hans-Wolf Reinhardt zu seinem 80. Geburtstag gewidmet
Die realkalisierende Wirkung von mineralischen Mörteln ist aus der Instandsetzung von karbonatisierten Betonen im Hochbau bekannt. Die Anwendungsgrenzen beziehen sich dabei entsprechend der DAfStb-Richtlinie “Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen” auf die Verwendung eines portlandzementbasierten (CEM I) Instandsetzungsmaterials sowie darauf, dass die mittlere Karbonatisierungstiefe um nicht mehr als 20 mm hinter die Bewehrung vorgedrungen ist. Bei der Instandsetzung von Trinkwasserbehältern sind zudem besondere Randbedingungen sowohl aus hygienischer als auch technischer Sicht zu beachten. Nach DVGW-Arbeitsblatt W 300-3 werden zementgebundene Beschichtungen nach ihrer Fähigkeit, einen ausgelaugten oder karbonatisierten Beton zu realkalisieren, unterschieden. Das sogenannte Realkalisierungsdepot des Mörtels und die vorhandene Restalkalität des Untergrunds sind entscheidend für die Wahl des Auskleidungsprinzips. Dabei sind die Zusammenhänge zwischen der Porosität und dem Alkalitätsdepot des Instandsetzungsmörtels, dem Untergrundbeton sowie den Umgebungsbedingungen für die Realkalisierung nicht ausreichend bekannt. In einem DVGW-geförderten Forschungsvorhaben wurde die Leistungsfähigkeit von Instandsetzungsmörteln untersucht. Die Ergebnisse zeigen die für eine dauerhafte Realkalisierung notwendigen Materialeigenschaften und Randbedingungen auf und ermöglichen eine nähere Beschreibung der Realkalisierung. Hierdurch wird die zu erwartende Realkalisierung für Planer und Anwender besser verständlich und abschätzbar.

Realkalization potential of drinking water reservoir coatings
The realkalizing effect of mineral mortars is known from the repair of carbonated concrete in building construction. The application there is limited to the use of an ordinary Portland cement (CEM I) based repair material and to an average carbonation depth of less than 20 mm beyond the reinforcement. Concerning the repair of drinking water reservoirs, special boundary conditions must also be considered from both a hygienic and a technical point of view. According to the DVGW Code of Practice W 300-3, cement-bonded coatings are classified according to their ability to realkalize leached or carbonated concrete. The realkalization depot of the mortar and the existing residual alkalinity of the substrate are decisive for the choice of the cement-bonded coating. The relationship between the alkalinity depot and resistance to an reoccurring leaching attack of repair mortars as well as the simultaneous realkalization of the concrete substrate are not sufficiently known. In a DVGW funded research project, the performance of repair mortars is being investigated. The necessary boundary conditions for a successful realkalisation are determined and a more detailed description of the realkalisation depot is developed, aiding planners and users in their endeavor to estimate and improve durability of structures.

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Bauer führt Bahndammsanierung ausBeton- und Stahlbetonbau12/2019928Nachrichten

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Zemann, Moritz; Herrmann, Nico; Dehn, FrankLeckageverhalten von gerissenem Beton - eine mehrskalige BetrachtungBeton- und Stahlbetonbau12/2019929-937Fachthemen

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Herrn Professor Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr.-Ing. E.h. Hans-Wolf Reinhardt zu seinem 80. Geburtstag gewidmet
Bei der Betrachtung von Sicherheitsaspekten in Kernkraftwerken über ihre gesamte Betriebs- und Stilllegungsdauer spielt der Aspekt der Dichtheit des Containments eine bedeutende Rolle. Selbstheilende Effekte im Beton können hierbei entscheidend dazu beitragen, die Kontamination der Umwelt zu vermeiden. An der Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (MPA Karlsruhe) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wurden in den vergangenen Jahrzehnten Durchströmungsexperimente mit Luft und Dampf an Betonprobekörpern sowohl im Labormaßstab als auch im Realmaßstab durchgeführt. Die Versuchsbedingungen entsprachen realistischen Temperaturen und Drücken, die in anzunehmenden Unfallszenarien auftreten können.
Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über Versuchsergebnisse, die im Rahmen mehrerer Forschungsvorhaben gewonnen wurden, und soll darüber hinaus Erklärungsansätze für bisher inkonsistente Ergebnisse der Großversuche liefern, die unter Berücksichtigung der Ergebnisse der kleinskaligen Versuche neu diskutiert werden.

Leakage Behavior of cracked concrete - a multiscale approach
The leak tightness of the concrete containment plays a decisive role regarding the safety of nuclear reactors during the service and the decommissioning period. Self-healing effects may help significantly to avoid the contamination of the environment. Over a span of decades, leakage experiments with air and steam in laboratory and real scale have been performed at the Materials Testing and Research Institute (MPA Karlsruhe) of the Karlsruhe Institute of Technology (KIT). The experimental conditions (temperature, pressure) were chosen according to realistic accidental scenarios.
This paper gives an overview on experimental results gained within multiple research projects and describes explanation approaches for at first glance inconsistent results of the large-scale tests which are newly discussed with the help of the results of the small-scale tests.

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