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WIR! - RENAT.BAU - KALZTON - Ressourcenschonende Bindemittel und Betone auf Basis von selektiv zerkleinertem Altbeton, TP 2: Mörtel und Beton

Chemischer Angriff auf geotechnische Elemente - Veränderung der Grenztragfähigkeit

Zement angreifende chemische Stoffe im Grundwasser wie z. B. Kohlensäure, Ammonium und Sulfat können die Grenztragfähigkeit von geotechnischen Bauteilen wie Verpressanker und Pfählen reduzieren. Dies soll anhand von Versuchen und numerischen Simulationen untersucht werden. Aufgabenstellung und Ziel Bei den laufenden Projekten und Baumaßnahmen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) ergeben sich immer wieder Schwierigkeiten, die Auswirkungen eines chemischen Angriffs auf den Mörtel bzw. Beton bei geotechnischen Elementen wie Verpressankern, Kleinverpresspfählen und Betonpfählen bezüglich der dauerhaften Tragfähigkeit realistisch zu bewerten und angemessene Anforderungen an Baustoffe und Bauweisen festzulegen. Die in der Literatur und teilweise auch im Regelwerk sowie in Zulassungen beschriebenen Lösungsansätze sind zumeist entweder nicht praxistauglich oder aufgrund der gewählten Randbedingungen bei den dokumentierten Modellversuchen nicht ausreichend realitätsnah. Im Rahmen eines in drei Teile gegliederten Gesamtvorhabens (1. Einwirkungen von chemischen Substanzen aus dem Grundwasser, 2. Widerstand des Mörtels bzw. Betons gegenüber dem chemischen Angriff, 3. Veränderung des Tragverhaltens aufgrund der Veränderung des Mörtels bzw. Betons) wird in diesem Teilprojekt 3 die Grenztragfähigkeit der geotechnischen Elemente unter der Einwirkung eines chemischen Angriffs untersucht. Ein Hauptaspekt des FuE-Vorhabens ist die Untersuchung des kalklösenden Kohlensäureangriffs auf Verpressanker. Zur Tragfähigkeit von Ankern und Verpresspfählen unter Einwirkung von kalklösender Kohlensäure sind bisher nur wenige Versuchsreihen (Manns und Lange 1993, Hof 2004, Triantafyllidis und Schreiner 2007) durchgeführt worden, welche aufgrund der differierenden Versuchsrandbedingungen nur schwer direkt vergleichbar sind. Unterschiede liegen zum Beispiel in der Größe der Ankerkörper und deren Herstellung. In allen Versuchsreihen zeigte sich in den ersten Monaten eine deutlich erkennbare Abnahme der Tragfähigkeit, die sich mit fortschreitender Dauer des chemischen Angriffs verlangsamte. Dabei variierte der Tragfähigkeitsverlust zwischen 20 und 70 Prozent. Diese divergierenden Ergebnisse für die Grenztragfähigkeit der Verpressanker sollen verifiziert und entsprechend der neuen Erkenntnisse angepasst werden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Verpressanker und Kleinverpresspfähle werden im Rahmen von Baumaßnahmen der WSV - beispielweise bei Auftriebssicherungen von Schleusen- und Wehrsohlen, bei Rückverankerungen von Ufereinfassungen, aber auch bei der temporären Sicherung von Baugruben - verwendet. In den Fällen mit einem erhöhten chemischen Angriff aus dem Grundwasser oder dem Boden auf den Mörtel bzw. Beton dieser geotechnischen Elemente müssen diese aufgrund nicht ausreichender praxistauglicher Erkenntnisse und Lösungsansätze über die Tragfähigkeitsverluste durch kostenintensivere Konstruktionen wie z. B. Stahlrammpfähle ersetzt werden. Die Konsequenzen sind deutliche Kostensteigerungen, höhere Lärmbelästigungen, größere Erschütterungen sowie insgesamt ein gestiegener Arbeitsaufwand in Verbindung mit einer längeren Bauzeit. Untersuchungsmethoden Im Rahmen dieses Forschungs- und Entwicklungsvorhabens wird zum einen ein umfangreiches Laborprogramm mit Modellankern, bei denen baupraktische Randbedingungen wie In-situ-Spannungszustände und der Verpressvorgang berücksichtigt werden können, durchgeführt. Zum anderen findet parallel die Untersuchung an Verpressankern hinsichtlich ihrer Grenztragfähigkeit bei betroffenen Bauvorhaben der WSV statt. In Verbindung mit der Ruhr-Universität Bochum und der Firma Schudy Sondermaschinenbau erfolgte die Entwicklung eines Versuchsstandes, der im Frühjahr 2019 in Betrieb genommen wurde. Der Versuchsstand besteht insgesamt aus sieben Versuchscontainern. (Text gekürzt)

Eignung von ziegelreichen Recycling-Baustoffen für Tragschichten ohne Bindemittel

Der Anteil an Ziegel in einem RC-Baustoff ist nach den TL RC-ToB 95 begrenzt. Die Trennung in hart- und weichgebrannte Ziegel - auch in Mischung mit weiteren Baustoffkomponenten z. B. Mörtel und Putz - sowie auch die Höhe der Grenzwerte sind noch nicht ausreichend abgesichert. Mit dieser Forschungsarbeit soll geklärt werden, inwieweit sich höhere Anteile an Ziegelbruch auf die Qualität einer ToB auswirken. In Laborversuchen werden getrennt die Eigenschaften der hart- und weichgebrannten Ziegel und auch des Mörtels und Putzes im Hinblick auf den Frostwiderstand, die Schlagfestigkeit sowie die Porosität ermittelt. In RC-Gemischen werden die Auswirkungen unterschiedlicher Anteile der Ziegel bzw. des Mörtel/Putzes, insbesondere die Frostempfindlichkeit, das Tragverhalten sowie die Wasserdurchlässigkeit untersucht. Im Rahmen der Arbeit sollen auch die bisherigen praktischen Erfahrungen mit ziegelreichen RC-Baustoffen erfasst werden. Als Ergebnis sind ggf. Vorschläge für modifizierte Anforderungen an die stoffliche Zusammenstellung für RC-Baustoffe zu erarbeiten.

CO2-reduzierter Beton durch Upcycling von Reststoffen aus der Betonaufbereitung und CCU, Teilvorhaben: Zusatzmittel für Recyclingzemente / ReCO2ver

Im Gesamtprojekt URBAN wird, mithilfe einer neuartigen Methode, aus Altbeton ein hydraulisch aktives Bindemittel auf Belit-basis gewonnen. Wird dieser Belit-Zement mit normalem Zement gemischt, kann ein gleichwertiges Produkt im Vergleich zu herkömmlichem Zement erreicht werden, jedoch mit stark verringertem CO2-Fußabdruck. Heutzutage werden in den meisten Fällen in der Anwendung von Zement auch Zusatzmittel wie Fließmittel und Beschleuniger eingesetzt. Allein die Fließmittel machen rund 70 % des Zusatzmittelmarktes aus. Es erscheint klar, dass der neuartige Recyclingzement ein geeignetes Fließmittel sowie einen Beschleuniger benötigt, um mit herkömmlichen Zementen auf dem Markt konkurrenzfähig zu sein. Einen etwas spezielleren Markt stellen die Betonwaren dar. Auch hierfür soll ein Zusatzmittel entwickelt werden, da hier ein wichtiges Anwendungsgebiet für die neuen RC-Zemente gesehen wird. In diesem Teilprojekt sollen diese Zusatzmittel (Fließmittel/Beschleuniger/Betonwarenhilfe) für die neuartigen Belit-Zemente entwickelt werden. Dafür werden umfangreiche Tests im Mörtel gemacht. Am Ende soll zumindest ein gut geeignetes Fließmittel und ein Beschleuniger resultieren, um den Belit-Zementen eine vergleichbare Performance im Vergleich zu herkömmlichen Zementen zu verleihen. Außerdem soll eine Betonwarenhilfe entwickelt werden. Somit stünde eine Alternative für die Betonwarenindustrie im Vergleich zu herkömmlichem Zement zur Verfügung. Dafür werden besonders anwendungsnah Gyratorprüfkörper hergestellt, um die Bedingungen im Betonwarenwerk nachstellen zu können.

Einfluss der Fugendicke und der Verbandsregeln auf die Druckfestigkeit von Kalksandsteinmauerwerk

Kalksandsteinmauerwerk ist ein Wandbaustoff mit hervorragenden Eigenschaften, der eine Kombination aus Mauerstein und Mauermoertel darstellt. Die wichtigste Eigenschaft des Mauerwerks ist dessen Druckfestigkeit. Das Ziel der Forschungsarbeit ist es, den Einfluss der Fugendicke und der Verbandsart auf die Druckfestigkeit von Kalksandsteinmauerwerk zu untersuchen. In einem weiteren Ansatz sollte ein Mittelbettmoertel mit einer Fugendicke von d = 5 mm entwickelt und die Eigenschaften von KS-Mittelbettmauerwerk beschrieben werden. Dazu wurden zunaechst die Steineigenschaften von verschiedenen auf dem Markt verwendeten Kalksandsteinen bestimmt. Eine repraesentative Auswahl dieser Steine wurde fuer weitergehende Untersuchungen herangezogen. Die Moertelindustrie lieferte zusaetzlich zu dem im Labor hergestellten Normalmoertel einen Duennbettmoertel und nach einem vorgegebenen Anforderungsprofil entsprechende Mittelbettmoertel. Mit einer Reihe von Mauerstein-/Mauermoertelkombinationen wurden Mauerwerkswaende, zum Teil geschosshoch, hergestellt und hinsichtlich ihrer Druckfestigkeit geprueft. Fuer die Pruefungen wurden KS-Voll-, Loch- sowie Hohlblocksteine verwendet. Als Moertel wurde ein Normalmoertel mit einer Fugendicke von d = 12 mm, ein Mittelbettmoertel mit einer Fugendicke von d = 5 mm Fuge und ein Duennbettmoertel mit einer Fugendicke von d = 2 mm eingesetzt. Als Einsteinmauerwerk wurden die Waende im Laeufer- und Binderverband aufgemauert, als Verbandsmauerwerk wurden sie im Blockverband ausgefuehrt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass durch eine Verringerung der Fugendicke bis zu 30 Prozent hoehere Mauerwerksdruckfestigkeiten erreicht werden koennen. Es entspricht auch dem Erkenntnisstand anderer Untersuchungen, dass die Fugendicke einen entscheidenden Einfluss auf die Mauerwerksdruckfestigkeit hat. Durch eine dickere Lagerfuge und den damit einhergenden groesseren Querverformungen des Moertels erhoehen sich die Zugspannungen im Mauerstein, was zu einem fruehen Versagen des Mauerwerks fuehrt. Der Unterschied bei den Mauerwerksdruckfestigkeiten ist bei Reduzierung der Fugendicke von d = 5 mm auf d = 2 mm geringer als bei einer Reduzierung der Fugendicke von d = 12 mm auf d = 5 mm. Die von der Moertelindustrie entwickelten Mittelbettmoertel fuehren bei einer Fugendicke von d = 5 mm zu aehnlichen Mauerwerksdruckfestigkeiten wie bei Verwendung von Duennbettmoertel mit einer Fugendicke von d= 2 mm. Die Untersuchungsergebnisse bestaetigen damit die guenstige Wirkung einer Mittelbettfuge auf die Mauerwerksdurckfestigkeit. Ein Einfluss der Verbandsart auf die Mauerwerksdruckfestigkeit ist aus den Untersuchungsergebnissen nicht eindeutig ableitbar. Ein geringer Festigkeitsunterschied zwischen Laeufer-, Binder- und Blockverband ergibt sich lediglich bei Verwendung von KS-Lochsteinen. Hier fuehren die als Verbandsmauerwerk im Blockverband erstellten Pruefwaende zu etwas geringeren Mauerwerksdruckfestigkeiten. Di

Instandsetzungssysteme aus textilbewehrten Mörteln und Betonen für Verkehrswasserbauwerke

Das Ziel des Vorhabens ist es, das neue Instandsetzungssystem „Textilbewehrte Mörtel und Betone“ dahingehend weiter zu entwickeln, dass der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung geeignete, ausschreibungsreife Lösungen für bestimmte Randbedingungen (freibewittert / Wasserwechselbereich; mit / ohne Spaltwasserdruckansatz etc.) zur Verfügung gestellt werden können. Aufgabenstellung und Ziel Die BAW hat in der Vergangenheit im Rahmen von zwei FuE-Vorhaben die Möglichkeit einer Instandsetzung von Wasserbauwerken mittels Vorsatzschalen aus textilbewehrtem Spritzmörtel und Spritzbeton eruiert (Westendarp et al. 2016). Die Vorteile dieser Systeme gegenüber den derzeit in ZTVW LB 219, Abschnitt 3 und 4 geregelten verankerten und bewehrten Vorsatzschalen aus Beton und Spritzbeton sind u. a. der Ersatz der korrosionsgefährdeten Bewehrung und die geringen Dicken. Gegenüber den in ZTV-W LB 219, Abschnitt 5 geregelten dünnschichtigen, unbewehrten Spritzmörteln und Spritzbetonen haben textilbewehrte Systeme den Vorteil einer gezielten Rissbreitensteuerung. In einem anschließenden FuE-Vorhaben (Rahimi 2022) wurde das BAWMerkblatt „Flächige Instandsetzung von Wasserbauwerken mit textilbewehrten Mörtel- und Betonschichten (MITEX)“ in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bauforschung (ibac) der RWTH Aachen erarbeitet und veröffentlicht. In diesem Merkblatt werden die Anforderungen und Prüfungen für Schichten aus textilbewehrtem Spritzmörtel und -beton für die flächige Instandsetzung gerissener Wasserbauwerke beschrieben, die einer freien Bewitterung (kein Riss- und Spaltwasserdruck und mit Haftverbund) ausgesetzt sind. Des Weiteren wurde durch die Beteiligung am C³-Vorhaben Carbon Composite Concrete, Teilvorhaben V 4.9 „Regelwerksgerechte Instandsetzung von Wasserbauwerken mit C³“ in erster Linie ein Pflichtenheft und eine Datenanalyse über den Verbund und die Dauerhaftigkeit von derartigen Systemen im Verkehrswasserbau aufgestellt bzw. durchgeführt sowie die Projektpartner in ihren Aufgabenstellungen unterstützt. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, das neue Instandsetzungssystem mit textilbewehrten Mörtel- und Betonschichten dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) geeignete, ausschreibungsreife Lösungen für bestimmte Randbedingungen (freibewittert/Wasserwechselbereich; mit/ ohne Risswasser- und Porenwasserdruck etc.) zur Verfügung gestellt werden können. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Mit dem neuen Instandsetzungssystem aus textilbewehrten Mörteln oder Betonen und durch den Ersatz korrosionskritischer Bewehrung könnte der WSV ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, mit dessen Hilfe sich Instandsetzungen insbesondere an älteren massiven Wasserbauwerken zielsicherer und kostengünstiger als bislang realisieren ließen. Untersuchungsmethoden Folgende Aktivitäten werden durchgeführt: - weiterführende Aktivitäten mit dem Institut für Bauforschung Aachen (ibac) der RWTH Aachen: a) praktische Untersuchungen für das Lastszenario 2 (kein Haftverbund, konstruktive Verankerung, kein Risswasser- und Porenwasserdruck) b)theoretische und praktische Analysen zum Lastszenario 3 (kein Haftverbund, statische Verankerung, Risswasser- und Porenwasserdruck) - Planung und Durchführung einer Probeinstandsetzungsmaßnahme (Schleuse Anderten) - Bearbeitung der Fragestellungen zu Spaltwasserdruck, Ansatz Adhäsion, Temperatureinflüsse etc.

Upcycling-Anlage für Baurestmassen unter Einsatz eines Farbsortierers und NIR-Technik

Zur Ermittlung der Materialeigenschaften von Kalksandsteinen in Verbindung mit Moertel nach DIN 1053 unter Hochtemperaturbeanspruchung als Grundlage fuer brandschutztechnische Nachweise

Das Brandverhalten von Kalksandstein-Mauerwerk wurde bisher ausschliesslich durch Brandpruefungen gemaess DIN 4102 Teil 2 und Teil 3 an praxisgerechten, grossformatigen Bauteilen nachgewiesen. Ueber das Hochtemperaturverhalten von Kalksandsteinen und Moerteln sowie der Kombination Stein/Moertel lagen weltweit bisher kaum Ergebnisse vor. Im vorliegenden Forschungsbericht werden die Ergebnisse der Untersuchungen unter erhoehten Temperaturen zur Bestimmung der thermischen und mechanischen Materialeigenschaften von ausgewaehlten Kalksandsteinen und Moerteln vorgestellt und bewertet. Zur Ermittlung der thermischen Materialkennwerte wurden zahlreiche Temperaturmessungen aus den oa Bauteilpruefungen ausgewertet. Ausserdem wurden nach der Entwicklung der dafuer erforderlichen Pruefmaschine erste Warmkriechversuche mit instationaerer Erwaermung an Mauerwerksabschnitten durchgefuehrt. Hierbei wurde der Einfluss von Stoff- und Lagerfugen - vermoertelt oder stumpf gestossen - auf die thermische Dehnung und Gesamtdehnung unter Last ermittelt. Die erzielten Ergebnisse wurden derart aufbereitet, dass sie in einem Parallelvorhaben als Rechengrundlagen eines rechnerischen Nachweisverfahrens fuer das Brandverhalten von Kalksandstein-Mauerwerk verwendbar sind.

Schutz der aquatischen Biodiversität durch 3D-gedruckte Riffstrukturen aus natürlichen mineralischen Rohstoffen, Teilprojekt B

Entwicklung von Mörtelfugen mit textilen Einlagen und deren Erprobung im Labormaßstab, TP1.1: labortechnische Materialentwicklung

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