Jahresbericht 2014 - Institute of Building Materials Research and

Transcrição

FORSCHUNG
ENTWICKLUNG
ÜBERWACHUNG
PRÜFUNG
BERATUNG
Jahresbericht 2014
des Lehrstuhls für
Baustoffkunde
am Institut für
Bauforschung
der RWTH
Aachen University
www.ibac.rwth-aachen.de
JAHRESBERICHT 2014
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brameshuber
Prof. Dr.-Ing. Anya Vollpracht
IMPRESSUM
Der Lehrstuhl für Baustoffkunde im Institut für Bauforschung Aachen (ibac) ist eine Organisationseinheit der RWTH Aachen University, die wiederum eine Körperschaft des öffentlichen Rechts unter Aufsicht des Ministeriums für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes NordrheinWestfalen ist.
Anschrift:
Institut für Bauforschung (ibac) der RWTH Aachen University
Lehrstuhl für Baustoffkunde
Schinkelstraße 3
52062 Aachen (Germany)
Telefon: +49 (0) 241 80-9 51 00
Telefax: +49 (0) 241 80-9 21 39
E-Mail: [email protected]
Betriebsleiter:
Dr. U.J.F. Thomas Krüger
[email protected]
Redaktion:
Sigrid Hubatsch
[email protected]
Rüdiger Schwarz
[email protected]
Redaktionsschluss: 31.12.2014
Layout:
Dipl.-Des. (FH) Ute Leonhardt
[email protected]
Erscheinungsweise:
Einmal jährlich online
Das Werk einschließlich seiner Texte ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb
der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung unzulässig und strafbar.
Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen und die Speicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Namentlich gekennzeichnete Beiträge geben die Meinung des
Verfassers wieder, die nicht unbedingt mit der Redaktion/dem Herausgeber übereinstimmen muss.
INHALTSVERZEICHNIS
Impressum .........................................................................................................................................2
Inhaltsverzeichnis ..............................................................................................................................3
1
Vorwort ........................................................................................................................................5
2
Der Lehrstuhl am Institut für Bauforschung ................................................................................7
3
Lehre ...........................................................................................................................................8
3.1 Vorlesungen, Übungen, Praktikum ......................................................................................... 8
3.2 Bachelor- und Masterarbeiten ................................................................................................ 9
3.2.1 Bachelorarbeiten.............................................................................................................. 9
3.2.2 Masterarbeiten ............................................................................................................... 10
4
Juniorprofessur / Promotionen ..................................................................................................11
4.1 Juniorprofessur für Dr.-Ing. Anya Vollpracht ........................................................................ 11
4.2 Promotionen ......................................................................................................................... 11
5
Forschung .................................................................................................................................15
5.1 Juniorprofessur Umweltverträglichkeit von Baustoffen / Bindemittel .................................... 15
5.1.1 Bericht der Juniorprofessorin ......................................................................................... 15
5.2 Arbeitsgruppe Bindemittel .................................................................................................... 16
5.2.1 Forschungsschwerpunkte Gruppe Bindemittel .............................................................. 16
5.2.2 Forschungsarbeiten Gruppe Bindemittel ....................................................................... 16
5.2.3 Kurzberichte ausgewählter Forschungsvorhaben Gruppe Bindemittel .......................... 17
5.3 Arbeitsgruppe Umweltverträglichkeit .................................................................................... 21
5.3.1 Forschungsschwerpunkte Gruppe Umweltverträglichkeit .............................................. 21
5.3.2 Forschungsarbeiten Gruppe Umweltverträglichkeit ....................................................... 21
5.3.3 Kurzberichte ausgewählter Forschungsvorhaben Gruppe Umweltverträglichkeit ......... 22
5.4 Arbeitsgruppe Beton ............................................................................................................. 29
5.4.1 Bericht des Arbeitsgruppenleiters .................................................................................. 29
5.4.2 Forschungsschwerpunkte .............................................................................................. 29
5.4.3 Forschungsarbeiten ....................................................................................................... 30
5.4.4 Kurzberichte ausgewählter Forschungsvorhaben Gruppe Beton .................................. 31
5.5 Arbeitsgruppe Mauerwerk .................................................................................................... 35
5.5.3 Forschungsarbeiten ....................................................................................................... 36
5.5.4 Kurzbericht eines ausgewählten Forschungsvorhabens Gruppe Mauerwerk................ 37
5.6 Arbeitsgruppe Mineralogie und Anorganische Chemie ........................................................ 39
6
PÜZ-Stellen ...............................................................................................................................41
6.1 Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungsstellen (PÜZ-Stellen) ........................................... 41
7
Veranstaltungen des Lehrstuhls für Baustoffkunde ..................................................................43
8
Publikationen ............................................................................................................................45
8.1 in wissenschaftlichen Zeitschriften ....................................................................................... 45
8.2 auf wesentlichen Fachkongressen ....................................................................................... 46
8.3 in wesentlichen Büchern ...................................................................................................... 47
9
Mitarbeit in Ausschüssen ..........................................................................................................48
10 Personal ....................................................................................................................................52
Jahresbericht 2014 | Lehrstuhl für Baustoffkunde, Aachen
1
Vorwort
VORWORT
Liebe Freunde des ibac,
das Jahr 2014 wird wohl als „Jahr der Ressourcenentflechtung“ in die Annalen des ibac eingehen.
Zu Jahresbeginn wurde eine grundlegende Umstrukturierung des Instituts vorgenommen, die dem
Lehrstuhl für Baustoffkunde und dem Lehr- und Forschungsgebiet Baustoffkunde – Bauwerkserhaltung und Instandsetzung jeweils Eigenständigkeit bringt und Reibungsverluste minimieren
soll. Insbesondere wurde das nichtwissenschaftliche Personal, Geräte und Räumlichkeiten eindeutig zugeordnet, um, wie eingangs erwähnt, die gemeinsam genutzten Ressourcen zu entflechten.
Zeitgleich wurde eine neue Professur am ibac eingerichtet: Prof. Dr. rer. nat Oliver Weichold hat
das Lehr- und Forschungsgebiet Strukturelle Polymerkomposite im Bauwesen übernommen und
wird z. B. im Bereich Bauwerkserhaltung und Instandsetzung neue Forschungsaspekte in das ibac
hineinbringen.
Seit Juni 2014 haben wir zudem eine Juniorprofessur zur Umweltverträglichkeit von Baustoffen unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Anya Vollpracht, die dem Lehrstuhl für Baustoffkunde angegliedert ist. Somit hat das ibac nun zwei Abteilungen mit jeweils zwei Professuren. Nach wie vor ist es
gewünscht, die Kollegen bereichsübergreifend um Rat zu fragen und Aufträge an Labore der anderen Abteilung zu vergeben. Beide Abteilungen haben aber nun die Möglichkeit, die alltäglichen
Herausforderungen auf ihre eigene Art und Weise zu lösen und ihre Belange auch gegenüber der
Fakultät unabhängig zu vertreten.
In diesem Sinne berichten wir nun in diesem Rückblick über die Aktivitäten des Lehrstuhls für Baustoffkunde und der Juniorprofessur Umweltverträglichkeit von Baustoffen am Institut für Bauforschung im Jahr 2014. Ganz im Sinne der Umweltverträglichkeit haben wir uns entschlossen,
Papier zu sparen und ab diesem Jahr den Jahresbericht des Lehrstuhls in elektronischer Form auf
unserer Webseite herauszugeben.
Neben den zahlreichen kleinen Neuerungen durch die Umstrukturierung hat uns die Aktualisierung
und Änderung unserer Akkreditierung im Prüflabor und in der Zertifizierungsstelle in 2014 intensiv
beschäftigt. An dieser Stelle stellt man sich schon manchmal die Frage, ob der erhebliche zeitliche
und finanzielle Aufwand für die Akkreditierung im Hinblick auf eine Verbesserung der Qualität unserer Baustoffe tatsächlich zielführend und gerechtfertigt ist.
Im Bereich der Lehre ist festzustellen, dass der Zustrom an neuen Studierenden bisher ungebremst ist, so dass wir nach wie vor mit überfüllten Hörsälen zu kämpfen haben und wir die Übungen aufgrund der hohen Teilnehmerzahl nicht so gestalten können, wie wir es als optimal ansehen.
Dennoch bleiben praktische Übungen im Labor Bestandteil der Ausbildung und wir hoffen, dass
zukünftig wieder kleinere Gruppengrößen möglich sein werden. Ergänzend zur traditionellen Lehre
arbeiten wir an einem Ausbau des Blended Learnings. Dies beinhaltet vorlesungsbegleitende
E-Tests und vertonte Folien, die die wesentlichen Inhalte einer Vorlesung kurz zusammenfassen
und den Studierenden die Möglichkeit geben, den Stoff zu Hause zu wiederholen oder vorzubereiten.
In der Forschung setzt sich der Trend zu interdisziplinären Gemeinschaftsprojekten fort. Die Zusammenarbeit mit Forschern z. B. aus dem Bereich des Maschinenbaus, der Werkstoffforschung
5
Vorwort
oder der Chemie ermöglicht den beteiligten wissenschaftlichen Mitarbeitern einen Blick über den
Tellerrand und hilft uns, tiefer in die Grundlagenforschung einzusteigen. An dieser Stelle möchten
wir uns bei allen bedanken, die uns in unserer Arbeit und auch der persönlichen Weiterbildung unterstützt haben, die uns ihr Vertrauen geschenkt oder uns mit ihren Ideen und Anregungen begeistert haben.
Ihre
Anya Vollpracht
Wolfgang Brameshuber
6
2
Der Lehrstuhl am Institut
DER LEHRSTUHL AM INSTITUT FÜR BAUFORSCHUNG
Juniorprofessur
Umweltverträglichkeit
von Baustoffen
Lehrstuhl für
Baustoffkunde
Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Beton
Mauerwerk
Mineralogie und
Anorganische Chemie
Labore
Prof. Dr.-Ing.
Anya Vollpracht
Betriebsleitung
Bibliothek
Grafik
IT-Services
Mechanik
Personal
Rechnungswesen
Sekretariat
Textverarbeitung
Bindemittel
Zertifizierungsstelle für Bauprodukte (BauPVO)
PÜZ-Stellen (LBO)
7
Labor
3
Lehre
LEHRE
3.1 Vorlesungen, Übungen, Praktikum
Der Lehrstuhl für Baustoffkunde betreute im Sommersemester 2014 insgesamt 607 Studierende
und im Wintersemester 2014/2015 insgesamt 1567 Studierende.
Sommersemester 2014
Studierendenzahlen für das Jahr 2014
Institut für Bauforschung - Lehrstuhl für Baustoffkunde
Veranstaltung
Baustoffkunde II
(insgesamt 582 Studenten)
Studiengang
Anzahl
Studenten
Bauingenieurwesen
302
Wirtschaftsingenieurwesen
165
Umweltingenieurwissenschaften
7
Mobilität und Verkehr
69
Lehramt
14
25
Institutspraktikum
Wintersemester 2014 / 2015
Baustoffkunde I
Baustoffkunde I
für Architekten
Baustoffkunde 3
Beton – Eigenschaften
und Prüfung
Grundlagen der Physik
Bauingenieurwesen
290
202
153
Mobilität und Verkehr
67
Lehramt
11
Architektur
217
Entsorgungsingenieurwesen
1
4
Bauingenieurwesen
259
Lehramt
12
9
2
Bauingenieurwesen
92
Architektur
1
Lehramt
1
Bauingenieurwesen
38
11
189
Lehramt
8
Dorothée Slaats
8
Lehre
3.2 Bachelor- und Masterarbeiten
3.2.1 Bachelorarbeiten
– Adams, T.:
Rezepturentwicklung und Charakterisierung von Schaumbeton
Betreuer: J. Haufe
– Haferkamp, D.:
Experimentelle Bestimmung des Verbundverhaltens am Wandfuß einer Porenbeton-Kellerwand
Betreuerin: D. Saenger
– Hennecke, R.:
Experimentelle Bestimmung des Verbundverhaltens am Wandfuß einer Ziegel-Kellerwand
– Huwe, M.:
Untersuchungen der Eignung von alkaliaktivierten Bindemitteln zur Verwendung in Fassadenbauteilen
Betreuer: S. Cleven
– Jantzen, P.:
Weiterentwicklung eines mineralischen Klebstoffs
Betreuer: C. Neunzig
– Kalthoff, M.:
Verhalten von Beton unter chemischer Beanspruchung unter Berücksichtigung der Anforderungen
im Werkzeugmaschinenbau
– Klotzek, T.:
Experimentelle Untersuchungen zur Druckfestigkeit von mit PU-Schaum verklebtem Mauerwerk
aus Porenbeton-Plansteinen
Betreuer: B. Winkels
– Neckel, G.:
Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss der Schlankheit auf die Druckfestigkeit von filigranen
Hochlochziegeln
– Rüthers, M. L.:
Marktanalyse für den (ökonomischen) Einsatz von Stahlfasern in Beton
– Schweers, P.:
Verhalten verschiedener Hülsen in Beton beim Ausziehversuch unter Berücksichtigung der Anforderungen im Werkzeugmaschinenbau
9
Lehre
– Staab, P.:
Einfluss des Zementes auf Frisch- und Festbetoneigenschaften bei Verwendung verschiedener
Stahlfasertypen
3.2.2 Masterarbeiten
– Cleven, S.:
Untersuchungen zur Mischungsoptimierung an Betonen für Fassadenplatten
– Hellinghausen, S.:
Untersuchung des Verformungsverhaltens von druckbeanspruchten Mauerwerkprüfkörpern mit Hilfe optischer Messverfahren
Betreuer: M. Graubohm
– Tillkorn, A.:
Sulfatträgeroptimierung im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit und das Erstarrungsverhalten PCEhaltiger Betone bei variabler Temperatur
Betreuerin: A. Vollpracht
– Wolter, M.:
Entwicklung von Porenbetonmischungen mit der Rohdichteklasse 0,4 und 0,6
Betreuer: H. Nebel
10
4
Juniorprofessur / Promotionen
JUNIORPROFESSUR / PROMOTIONEN
4.1 Juniorprofessur für Dr.-Ing. Anya Vollpracht
Zum 1. Juni 2014 wurde die Leiterin der Gruppe Bindemittel, Dr.-Ing. Anya Vollpracht, als Juniorprofessorin des Forschungsbereichs "Umweltverträglichkeit von Baustoffen" berufen. Wir gratulieren ihr dazu ganz herzlich und wünschen ihr viel Erfolg für die vor ihr liegenden Aufgaben und Projekte!
4.2 Promotionen
Schmidt, U. | Biegezugfestigkeit von Mauerwerk
Tag der mündlichen Prüfung: 7. April 2014
Kurzfassung:
Die Biegezugfestigkeit von Mauerwerk ist die maßgebende Baustoffkenngröße bei der Bemessung
von rechtwinklig zur Plattenebene belasteten Mauerwerkbauteilen, also erddruckbelasteten Kellerwänden, windbeanspruchten Verblendfassaden sowie Ausfachungsmauerwerk und nichttragenden inneren Trennwänden. In dieser Arbeit wird das Tragverhalten bei einem einaxialen Lastabtrag
– parallel bzw. senkrecht zu den Lagerfugen – mit numerischen Berechnungsverfahren sowie Bauteilversuchen untersucht, die Spannungszustände im Mauerwerk analysiert und Berechnungsansätze für die Biegezugfestigkeit hergeleitet. Die ermittelten bruchmechanischen Kennwerte und
vollständigen Stoffgesetze der Mauersteine und der Verbundfugen bilden die wesentliche Grundlage für die Untersuchungen am Mauerwerk.
Die untersuchten Mauersteinmaterialien zeigen deutlich unterschiedliches Verhalten unter Zugbeanspruchung, das mit „spröde“ (Ziegel) bis „ausgeprägt nichtlinear, duktil“ (Leichtbeton) beschrieben werden kann und sich in der Kerbempfindlichkeit sowie den ermittelten SpannungsRissöffnungskurven widerspiegelt. Dennoch ist es gelungen, den untersuchten Größeneffekt auf
die Mauerstein-Biegezugfestigkeit mit Hilfe eines funktionalen Zusammenhangs für alle Mauersteinarten zu erfassen.
Die Verbundfugen werden mit einem Mesomodell beschrieben, bei dem der Mörtel und die Kontaktzone Mauerstein/Mauermörtel verschmiert abgebildet werden. Für die Verbundfugen werden
die vollständigen Stoffgesetze unter Zugbeanspruchung sowie unter Scherbeanspruchung bei
gleichzeitiger Druckspannung rechtwinklig zur Fuge für unterschiedlichen Mauerstein/MauermörtelKombinationen bestimmt. Insbesondere das Zugtragverhalten wird maßgeblich durch die Kerbwirkung infolge Schwindeffekten sowie die Verdübelungswirkung der Mörteldorne bei Lochsteinen
beeinflusst. Die experimentellen Untersuchungen belegen einen erheblichen Einfluss der Ausführungsart/-qualität auf die Verbundfestigkeit. Die Stoffgesetze unter Scherbeanspruchung können
mit einem neu entwickelten und mit Hilfe numerischer Berechnungen validierten Prüfverfahren
durch Torsionsversuche an Hohlzylindern direkt und an Vollzylindern unter Anwendung eines hergeleiteten analytischen Ansatzes ermittelt werden. Die numerischen Untersuchungen an Zweistein-Prüfkörpern mit rechteckigen Querschnitten verdeutlichen zum einen den Einfluss der Steifigkeit der Mörtelfuge auf die Scherspannungsverteilung bis zur Erstrisslast. Zum anderen ist fest11
zustellen, dass beim maximal übertragbaren Torsionsmoment der Querschnitt nahezu vollständig
durchplastifiziert ist. So ist im Bruchzustand für die untersuchten Mörtel und Querschnittsgeometrien der Ansatz einer voll plastifizierten Fuge auf dem Spannungsniveau der Scherfestigkeit (Adhäsion und Reibung) vertretbar.
Für die Berechnung des Tragverhaltens einer parallel zu den Lagerfugen biegebeanspruchten
Wand, bei der die Anzahl der Einflussfaktoren größer und insbesondere infolge der Stoßfugen die
Spannungszustände komplexer sind als bei einer senkrecht zu den Lagerfugen biegebeanspruchten Wand, wird ein numerisches Modell erarbeitet und an Wandversuchen kalibriert. Die Versuchsund Berechnungsergebnisse zeigen i. allg. eine sehr gute Übereinstimmung. Die Analyse der
Spannungszustände in den Mauersteinen und Mörtelfugen in den numerischen Untersuchungen
und die experimentellen Untersuchungen an den Mauerwerkwänden mit umfangreichen Verformungsmessungen ermöglichen es, die Versagensmechanismen nachzuvollziehen.
Mit dem entwickelten numerischen Modell werden umfangreiche Parameterstudien für die Versagensfälle „Stein“ und „Fuge“ durchgeführt. Dabei werden die Stoffgesetze der Mauersteine und des
Mörtels sowie die geometrischen Eigenschaften des Mauerwerks variiert. Der Einfluss der Stoßfugenvermörtelung sowie der Einfluss einer Auflast senkrecht zur Lagerfuge wird untersucht. Die
Untersuchungen zum Steinversagen zeigen, dass die Spannungsverteilung im Mauerstein und
damit auch die Mauerwerk-Biegezugfestigkeit maßgeblich durch das Überbindemaß und die
Steinbreite (Mauerwerkdicke) sowie nach Erstrissbildung vom Nachbruchverhalten der Steinmaterialien beeinflusst werden. Die ermittelten Spannungszustände in den Lagerfugen sind äußerst
komplex und erscheinen nicht durch analytische Ansätze beschreibbar. Zur Ermittlung des maximal übertragbaren Momentes in der Lagerfuge wird daher analog zu den Torsionsversuchen am
Zweisteinkörper zunächst eine voll plastifzierte Lagerfuge unter Ansatz der Haftscherfestigkeit und
dem auflastabhängigen Reibungsanteil angenommen. Es zeigt sich jedoch, dass das Entfestigungsverhalten in Abhängigkeit der Überbindegeometrie und dem Stoffgesetz zur zutreffenden
Ermittlung des Torsionsmomentes berücksichtigt werden muss. Durch die Vermörtelung der Stoßfuge erfolgt eine Verschiebung des Rotationspunktes von der Mitte der Überbindefläche zum
Steinrand.
Die Ergebnisse der numerischen Simulationsrechnungen werden unter Berücksichtigung der bei
den experimentellen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse, teilweise mit vereinfachenden
Annahmen zur Beschreibung der komplexen Spannungszustände, in Form von Berechnungsansätzen analytisch beschrieben. Der Vergleich der Berechnungs- mit den Versuchsergebnissen
zeigt insbesondere für die eigenen Untersuchungen, bei denen die maßgebenden Eingangsgrößen
für die Berechnungsansätze vorliegen, eine gute Übereinstimmung. Jedoch auch für frühere Versuchsergebnisse konnte eine zufriedenstellende Übereinstimmung erzielt werden.
Bei einer Biegebeanspruchung senkrecht zu den Lagerfugen tritt in der Regel Fugenversagen auf.
Maßgebend ist das Stoffgesetz der Verbundfuge unter Zugbeanspruchung, das in Kleinprüfkörpern
ermittelt wurde. Die durchgeführten Wandversuche zeigen den Einfluss der Streuung der Materialeigenschaften und der Ausführungsqualität auf die Biegezugfestigkeit. Der statistische Ansatz
der „weakest-link“-Theorie erscheint grundsätzlich zielführend, die eigenen Versuche lassen aufgrund der Prüfkörperanzahl eine statistische Auswertung jedoch nicht zu. Anhand der eigenen Untersuchungen ist jedoch zu erkennen, dass bei einem statistischen Ansatz neben der Streuung der
Materialeigenschaften, der Fugenanzahl und ggf. der Wandlänge auch die Sprödigkeit der Verbundfuge als maßgebende Kenngröße zu berücksichtigen ist.
12
Zusammenfassend liefert die Arbeit zum einen wesentliche Erkenntnisse zu den Stoffgesetzen der
Mauerwerk-Komponenten „Stein“ und „Mörtelfuge“ sowie deren zutreffende Ermittlung, zum anderen zu den Spannungsverteilungen in einachsig biegebeanspruchtem Mauerwerk und den Versagensmechanismen bei Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens.
Hinzen, M. |
Einfluss von Kurzfasern auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften sowie
das Tragverhalten von Textilbeton
Tag der mündlichen Prüfung: 2. Juni 2014
Kurzfassung:
Textilbeton ist ein neuartiger Verbundwerkstoff, der aus speziellen feinkörnigen Betonen und
mehraxialen technischen Textilien aus Glas oder Carbon, die als Bewehrung eingesetzt werden,
besteht. Die Motivation zur Entwicklung eines derartigen Werkstoffs war der Wunsch nach einer
immer dünnwandigeren und leichteren Bauweise sowie nach architektonisch ansprechenden
Sichtbetonqualitäten. Sowohl die Ausgangsstoffe als auch die einzelnen Materialeigenschaften
und das Tragverhalten des Verbundwerkstoffs weichen von den Erfahrungen und wissenschaftlichen Erkenntnissen im Stahlbetonbau teilweise erheblich ab.
Zwischen den Jahren 1999 und 2011 beschäftigten sich daher zwei Sonderforschungsbereiche der
Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) an den Forschungsstandorten Aachen und Dresden
mit grundlegenden Untersuchungen zu den genannten Eigenschaften /z. B. Jes04, Orl04, Bro05,
Vos08, But09/. In einem State of the Art Report /Bra06/ wurden wichtige Erkenntnisse bereits 2006
gemeinsam veröffentlicht. In den vergangenen Jahren konnten zahlreiche Prototypen realisiert und
auch konkrete Anwendungen in der Praxis umgesetzt werden: Das Zugtragverhalten von Textilbeton ähnelt dem Spannungs-Dehnungsverlauf von Stahlbeton. Nach einem größtenteils linearelastischen Bereich im ungerissenen Zustand des Betons (Zustand I) setzt ein Bereich der Mehrfachrissbildung mit stark reduzierter Steifigkeit des Verbundwerkstoffs ein (Zustand IIa), die bei
Textilbeton unter ungünstigen Bedingungen auch zu einem annähernd horizontalen Verlauf der
Spannungs-Dehnungslinie führen kann. Nach der vollständigen Ablösung der Textilbewehrung von
der Betonmatrix können so lange weitere Zugkräfte aufgenommen werden bis das Textil versagt
(Zustand IIb). Die gezeigten Anwendungen in haben alle gemeinsam, dass sie im Gebrauchszustand mit entsprechender Sicherheit ungerissen bleiben müssen.
13
Da die Tragfähigkeit von Textilbeton in der Regel deutlich oberhalb der Erstrissspannung der Betonmatrix liegt, bleibt der Ausnutzungsgrad des Verbundwerkstoffs vergleichsweise gering. Eigene
Vorversuche /Hin07/ haben gezeigt, dass die Zugabe von Kurzfasern, die der speziellen feinkörnigen Betonmatrix angepasst sind, das Tragverhalten in vielerlei Hinsicht verbessern kann. Eine
Hybridbewehrung aus technischen Textilien und Kurzfasern wirkt gleichermaßen auf der Mikround der Makroebene des Materials. Da die vorgesehenen Kurzfasergehalte alleine nicht in der Lage wären, einen Riss zu überbrücken, können sie vor allem in Kombination mit dem dehnungsverfestigenden Textil ihre Wirkung entfalten. Die meisten Berichte zur Kombination von Textilbeton
und Kurzfasern beschränken sich bisher auf die phänomenologische Beschreibung des Tragverhaltens. Noch unklar sind die genauen Mechanismen, die eine gezielte Beeinflussung des
Tragverhaltens von Textilbeton ermöglichen und deren Untersuchung daher Gegenstand dieser
Arbeit ist.
14
5
Forschung
FORSCHUNG
5.1 Juniorprofessur Umweltverträglichkeit von Baustoffen / Bindemittel
5.1.1 Bericht der Juniorprofessorin
Seit dem Jahr 2008 obliegt mir die Leitung der Arbeitsgruppe Bindemittel. Diese Arbeitsgruppe behandelte zu diesem Zeitpunkt bereits seit mehr als 15 Jahren auch das Thema Umweltverträglichkeit. Seitdem haben wir zunehmend Forschungsprojekte in diesem Bereich akquiriert, so dass das
Thema mit einem wissenschaftlichen Mitarbeiter nicht mehr zu bewältigen war. Der Ausbau dieses
Forschungsgebiets führte zu dem Wunsch nach einer Juniorprofessur, die diesen Bereich eigenständig bearbeitet. Dieser Plan wurde von der Fakultät für Bauingenieurwesen unterstützt und ein
reguläres Berufungsverfahren eingeleitet. Seit Juni 2014 bin ich nun Juniorprofessorin am Lehrstuhl für Baustoffkunde. In dieser Funktion leite ich auch weiterhin die Arbeitsgruppe Bindemittel.
Um unsere Forschungsaktivitäten etwas anschaulicher darzustellen, wurden die Bereiche Umweltverträglichkeit und Bindemittel aufgeteilt, im Arbeitsalltag begreifen wir uns allerdings nach wie vor
als Einheit.
Neben dieser Neuerung haben wir in 2014 zwei neue Mitarbeiter gewonnen. Im Mai hat Patrick
Hartwich, M. Sc. bei uns seine Arbeit aufgenommen. P. Hartwich hat in Siegen Chemie studiert.
Zum Einstieg hat er ein Projekt zu Ultraleichtbeton für die Arbeitsgruppe Bindemittel bearbeitet,
über das im Abschnitt 5.1.4 berichtet wird. Im November wurde ein DFG-Projekt zum Thema „Einfluss des Eluenten auf die Auslaugung von Spurenelementen aus Beton“ bewilligt, das P. Hartwich
ab 2015 bearbeiten wird. Damit wird er uns zukünftig im Bereich Umweltverträglichkeit von Baustoffen unterstützen. In diesem Aufgabenfeld ist auch Xiaochen Lin M. Sc. tätig, der sich 2014 mit
der Einbindung von Schwermetallen durch Bodenbehandlungen und dem Auslaugverhalten von
ungebundenen Baustoffen im Säulenversuch befasst hat. Sein Projekt zur Dauerhaftigkeit der
Schadstoffeinbindung durch Behandlung mit Bindemitteln wird in Abschnitt 5.2.3 vorgestellt. Als
weiteren Neuzugang haben wir seit Mitte Juli Dipl.-Ing. Michael Kraus in die Arbeitsgruppe Bindemittel aufgenommen. Herr Kraus wechselte von der Arbeitsgruppe Beton zu uns.
Dipl.-Ing. Johannes Haufe befasst sich schwerpunktmäßig mit dem Thema Sulfatbeständigkeit von
zementgebundenen Baustoffen und bearbeitete hierzu im Jahr 2014 Materialprüfungsaufträge und
erstellte Forschungsanträge. Mit der Bewilligung des BMBF-Verbundvorhabens Ressourcen schonender Beton (R-Beton) zum 01.11.2014 übernimmt er nun als zusätzliches Forschungsthema das
Frischbetonrecycling. Dipl.-Ing. Christina Nobis ist mit dem Thema Hüttensand als Betonzusatzstoff betraut und bearbeitet hierzu in Zusammenarbeit mit dem FEhS ein AiF-Vorhaben, das zum
Ende des Jahres abgeschlossen wird. Daneben bearbeitete sie Aufträge zur Materialprüfung sowie
eine Literaturrecherche zum Recycling von Bauschutt (siehe Abschnitt 5.2.3) und engagierte sich
stark in der Lehre.
Unser PÜZ-Stellen- und Laborleiter Dipl.-Ing. Stefan Vannahme hat in 2014 sehr viel Zeit und Kraft
in die Aktualisierung und Änderung unserer Akkreditierung investiert. Trotz dieser Mehrbelastung
konnte die Güteüberwachung auch 2014 erfolgreich durchgeführt werden. Auch in diesem Jahr organisierte er einen Flugasche-Workshop für die Kraftwerksbetreiber und die Vermarkter von Steinkohlenflugasche. Die Veranstaltung hat bei den Beteiligten hohen Anklang gefunden.
Für ihren Einsatz im vergangenen Jahr möchte ich allen Mitarbeitern/-innen herzlich danken!
Anya Vollpracht
15
Forschung
5.2 Arbeitsgruppe Bindemittel
5.2.1 Forschungsschwerpunkte Gruppe Bindemittel
 Optimierung von Betoneigenschaften
Frischbetoneigenschaften, Wärmeentwicklung, Dauerhaftigkeit (chemischer Angriff, Carbonatisierung)
 Entwicklung von Hochleistungsbetonen
Sonderbetone mit hohen Zusatzstoffgehalten, selbstverdichtende Betone
 Mikrostruktur
Phasen- und Gefügebeschreibung von Beton und anderen Baustoffen, mineralogische Zusammensetzung, Porengrößenverteilung, Porenwasseranalyse
 Transportvorgänge in porösen Baustoffen
Diffusion, Permeabilität (Gase, Flüssigkeiten, Ionen), Dichtheit gegen umweltgefährdende Flüssigkeiten
 Industrielle Nebenprodukte
Eigenschaften, Reaktionsmechanismen, Verträglichkeit, Wirksamkeit, Grenzen der Anwendbarkeit
 Betonzusatzmittel
Wechselwirkungen von LP-Bildnern mit Fließmitteln und anderen Betonausgangsstoffen,
Schaumbildner
 Qualitätskontrolle
Zulassungs- und Überwachungsprüfungen, Zustimmungen im Einzelfall
5.2.2 Forschungsarbeiten Gruppe Bindemittel
 Abgeschlossene Forschungsarbeiten
F997
Entwicklung von Anwendungsregeln für Hüttensandmehl als Betonzusatzstoff
Förderer: AiF
F1018
Eignung von Flugaschen mit erhöhtem Glühverlust für den Einsatz als Betonzusatzstoff
Förderer: Industrie
 Laufende Forschungsarbeiten
F1016
Ultra-lightweight Concrete for heat insulation purposes – Boost Fund Sustainable Buildings of the Future
Förderer: RWTH Aachen University
F1032
Materialcharakterisierung von alternativen Bindemitteln für Textilbeton – Geopolymere
Förderer: BMBF
16
Forschung
5.2.3 Kurzberichte ausgewählter Forschungsvorhaben Gruppe Bindemittel
 F1016
Ultra-Leichtbetone für wärmedämmende Bauteile
Eine der Herausforderungen unserer Zeit besteht in der Entwicklung nachhaltiger, umweltschonender Materialien und Baustoffe. Das Institut für Bauforschung beschäftigt sich daher im Rahmen des
RWTH-Forschungsprojekts „Sustainable Buildings of the Future“ mit der Weiterentwicklung von
Schaumbetonen, die als leistungsfähige Wärmedämmung zum Einsatz kommen sollen. Ziel ist es,
eine nachhaltige und konkurrenzfähige Alternative zu den heute üblichen Dämmmaterialien – wie
z. B. Produkte auf Kunststoffbasis, oder der Herstellung energieintensiver Porenbetonsteine – zu
liefern.
Die entscheidende Eigenschaft von Schaumbeton, die Wärmeleitfähigkeit, wird maßgeblich von ihrer Dichte beeinflusst. Je geringer diese ist, desto besser ist die Wärmedämmung. Die Aufgabe
des Forschungsprojekts besteht deshalb vor allem darin, eine ausreichende Menge an Luft in den
Beton einzutragen und dabei gleichzeitig die mechanische Stabilität des Systems zu gewährleisten. Die für Beton übliche Dichte von rund 2.600 kg/m³ soll so auf ≤ 400 kg/m³ gesenkt werden.
Dazu müssen die Ausgangsstoffe sinnvoll gewählt und aufeinander abgestimmt werden. Neben
einem schneller härtenden Portlandzement hoher Feinheit, der für hohe Frühfestigkeiten sorgt, und
leichter Gesteinskörnung muss vor allem die Verträglichkeit der eingesetzten Betonzusatzmittel
(Fließmittel und Schaumbildner) gegeben sein, da sonst die Stabilität des Schaums beeinträchtigt
wird. Dabei können auch schaumstabilisierende Additive zum Einsatz kommen.
Zunächst wurden Tastversuche mit verschiedenen Schaumbildnern auf Tensid- und Proteinbasis
durchgeführt. Hierbei wurde der Schaum mit einem Handrührgerät hergestellt. Durch Variation der
Schaumbildnerkonzentrationen wurde der Einfluss auf die zeitabhängige Schaumstabilität untersucht. Anschließend wurde dem Schaum Zementleim zugegeben.
Als alternatives Herstellverfahren wurde die in-situ-Aufschäumung von Zementschäumen getestet,
bei der alle Ausgangsstoffe im Mörtelmischer gemischt werden (Mischschäumverfahren). Die Herstellung von Probekörpern war bei dieser Verfahrensweise auf kleine Mengen beschränkt. Im Verlauf des Projekts wurde daher ein Schaumgenerator beschafft, der es erlaubt, größere Mengen an
Schaum zu produzieren (siehe Abb. 1).
Abb. 1: Schaumgenerator (links) und laufende Schaumproduktion (rechts)
Erste Festbetonprüfungen konnten an einem Schaumbeton mit einer Rohdichte von rund
400 kg/m³ (siehe Abb. 2) durchgeführt werden, dieser wurde im Rahmen einer Bachelorarbeit im
17
Forschung
Mischschäumverfahren hergestellt und charakterisiert. Die Eigenschaften des Schaumbetons sind
in der Tabelle 1 zusammengefasst. Im Zuge der Untersuchungen wurden ebenfalls erste Erfahrungen mit einem neuen Plattenmessgerät zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit gesammelt.
Abb. 2: Schaumbeton mit einer Rohdichte von 400 kg/m³
Tabelle 1: Festbetoneigenschaften des Schaumbetons
Parameter
Einheit
Wert
Druckfestigkeit (28 Tage)
MPa
0,61 ± 0,16
E-Modul (28 Tage)
GPa
0,531 ± 0,023
Charakteristische Wärmeleitfähigkeit λ10
W/(m·K)
0,116
Porosität bestimmt mit Quecksilberdruckporosimetrie
Vol.-%
65
Porosität bestimmt mit Lichtmikroskopie
Vol.-%
63
Für eine effektive Wärmedämmung nach der Energieeinsparverordnung EnEV 2014 wäre mit dem
entwickelten Schaumbeton eine Bauteildicke von 45 cm beim Einsatz als Wärmedämmung in der
Außenwand notwendig. Der bisher entwickelte Schaumbeton ist damit noch nicht konkurrenzfähig.
Zurzeit laufen weitere Experimente mit optimierter Schaumproduktion. Das Ziel ist es, einen
Schaumbeton mit einer Dichte von 150 kg/m³ zu produzieren.
Darüber hinaus gibt es gemeinsam mit dem Institut für Massivbau Bestrebungen, Schaumbeton in
Fassaden-Sandwichelemente einzusetzen. Hier soll sonst üblicher Polyurethanschaum substituiert
werden. Dadurch würden die Sandwichelemente höheren Anforderungen im Brandschutz genügen. Ebenso wird das Recycling derartiger Bauelemente nach Erreichen der Nutzungsdauer erleichtert, da die verwendeten Stoffe auf ökologisch unbedenklichen Baustoffen basieren.
Förderer: Boost-Fund der RWTH Aachen University
Patrick Hartwich
18
 F1018
Forschung
Eignung von Flugaschen mit erhöhtem Glühverlust für den Einsatz als Betonzusatzstoff
In dieser Literaturrecherche sollte der Einfluss des Glühverlusts von Flugaschen auf die Frischund Festbetoneigenschaften von Flugaschebetonen herausgearbeitet werden. Ziel war es, festzustellen, welche Obergrenze für den Glühverlust ggf. in Abhängigkeit von der Expositionsklasse
technisch sinnvoll ist. Bisher können Flugaschen mit über 5,0 M.-% Glühverlust in Deutschland nur
in Betonwaren eingesetzt werden, während im Ausland z. T. Flugaschen mit erheblich größeren
Glühverlusten für Konstruktionsbetone erlaubt sind. Ausgewertet wurden neben zahlreichen Literaturquellen auch eine institutsinterne Datenbank der Güteüberwachung von Flugaschen aus
18 Kraftwerken bzw. Kesseln.
Im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit konnte ein leichter Anstieg des Wasseranspruchs statistisch
nachgewiesen werden. Auch das Ausbreitmaß von Mörteln geht leicht zurück, wie Abb. 1 zeigt.
Ausbreitmaß von Flugaschemörteln (f/z = 25/75) bezogen auf
das Ausbreitmaß des jeweiligen Referenzmörtels in %
120
110
 = 5,7 %
100
104,6
 = 6,5 %
100,6
 = 6,5 %
 = 6,1 %
97,3
95,6
90
80
70
0 - 5,0
5,1 - 7,0
7,1 - 9,0
> 9,0
Glühverlust in M.-%
Abb. 1: Relatives Ausbreitmaß von Flugaschemörteln in Abhängigkeit vom Glühverlust
(Probenanzahl: 0–5,0 M.-%: 6047, 5,1–7,0 M.-%: 118, 7,1–9,0 M.-%: 12, > 9,0 M.-%: 8)
Im Bereich von 5,1 bis 7,0 M.-% Glühverlust verschlechtert sich zwar die Verarbeitbarkeit von Mörtel und Beton im Vergleich zu Mischungen mit Flugaschen der Glühverlustkategorie A, im Vergleich zu Referenzmischungen ohne Flugaschen ist jedoch im Mittel keine Verringerung des Ausbreitmaßes festzustellen. Bei höheren Glühverlusten ist mit einem Absinken des Ausbreitmaßes
bzw. einem Anstieg des Wasseranspruchs zu rechnen, der mit Fließmitteln ausgeglichen werden
kann.
Ein in der Literatur häufig behandeltes Thema ist die Wechselwirkung des Kohlenstoffs, der den
Glühverlust im Wesentlichen ausmacht, mit Luftporenbildnern. Die Literaturauswertung zeigt hier
keinen eindeutigen Trend. Adsorptionsversuche deuten darauf hin, dass der Glühverlust zur Beurteilung der Verwendbarkeit von Flugasche in Kombination mit LP-Bildnern nicht geeignet ist, weil
die chemische und physikalische Beschaffenheit der Kohlenstoffpartikel in den Flugaschen sehr
unterschiedlich ist und dadurch bei gleichem Glühverlust sehr unterschiedliche Adsorptionseigenschaften auftreten können. Beispielhaft zeigt Abb. 2 Bilder von Kohlepartikeln aus Flugaschen mit
sehr unterschiedlichen Porositäten.
19
Forschung
Abb. 2: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Kohlenstoffpartikeln aus Flugaschen
(links: /Pay98/, rechts: /Spö01/)
Auch der jeweils verwendete Luftporenbildner hat erheblichen Einfluss auf die Adsorption an Kohlenstoffpartikeln. Mehrere Quellen zeigen allerdings einen Anstieg der erforderlichen Dosierung
des LP-Bildners mit steigendem Glühverlust. Zu Betonen mit Flugaschen mit Glühverlusten über
5 M.-% liegen jedoch zu wenige Daten vor, um verlässliche Aussagen zu treffen. Wahrscheinlich
ist die spezifische Oberfläche (BET) der Flugaschen ein besserer Kennwert, wobei einschränkend
zu sagen ist, dass die Adsorption von Stickstoff nicht eins zu eins auf LP-Bildner-Moleküle übertragen werden kann, da die Mikroporen der Kohlenstoffpartikel für diese großen Moleküle nicht zugänglich sind.
Solange kein geeigneter Kennwert für die Flugaschen vorliegt, um deren Verträglichkeit mit LPBildnern abzuschätzen, sollte auf eine Verwendung von Flugaschen der Glühverlustkategorien B
und C in LP-Betonen verzichtet werden, weil sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Probleme,
z. B. bei der Einstellung des Luftgehalts bei der Betonherstellung, entstehen. Bei den mechanischen Eigenschaften von Flugaschebetonen sind keine negativen Auswirkungen bei erhöhtem
Glühverlust zu erwarten. Es wurden rd. 40 Betone und über 300 Mörtel mit einem f/z-Verhältnis
von maximal 0,5 ausgewertet. Der Glühverlust in der Datensammlung lag bei maximal 17,5 M.-%.
Zur Dauerhaftigkeit wurden erheblich weniger Daten gefunden als z. B. zur Druckfestigkeit, die
vorhandenen Ergebnisse lassen jedoch den Schluss zu, dass höchst wahrscheinlich keine Verschlechterungen durch Flugaschen der Glühverlustkategorien B und C im Vergleich zu A zu erwarten sind.
/Pay98/
Payá, J.; Monzo, J.; Borrachero, M.V., Perris, E.; Amahjour, F.: Thermogravimetric Methods for Determining
Carbon Contents in Fly Ash. In: Cement and Concrete Research, Vol 28 (1998), Nr. 5, S. 675–686
/Spö01/
Spörel, F.: Untersuchungen zum Einfluss der Steinkohlenflugasche auf die Bildung und Stabilität künstlich
eingeführter Luftporen im Beton. Aachen, Technische Hochschule, Fachbereich 3, Institut für Bauforschung,
Diplomarbeit, 2001. - (unveröffentlicht)
/Spö09/
Spörel, F. ; Uebachs, S. ; Brameshuber, W.: Investigations on the influence of fly ash on the formation and
stability of artificially entrained air voids in concrete : Untersuchungen zum Einfluss der Flugasche auf die Bildung und Stabilität künstlich eingeführter Luftporen im Beton. In: Materials and Structures (RILEM) 42 (2009),
Nr. 2, S. 227-240 ISSN 1359-5997 97878
Förderer: VGB
Anya Vollpracht
20
Forschung
5.3 Arbeitsgruppe Umweltverträglichkeit
5.3.1 Forschungsschwerpunkte Gruppe Umweltverträglichkeit
 Umweltverträglichkeit von zementgebundenen Baustoffen
Gehalt an anorganischen umweltrelevanten Stoffen, Eluierbarkeit, Einbindungsmechanismen,
Modellierung des Auslaugverhaltens unter verschiedenen Einbaubedingungen
 Umweltverträglichkeit von Abdichtungs- und Injektionsstoffen
Gehalt an organischen umweltrelevanten Stoffen, Eluierbarkeit, Modellierung des Auslaugverhaltens, ökotoxikologische Untersuchungen
 Auslaugverhalten ungebundener Baustoffe
Säulenversuche, Schütteltests
 Recycling und Abfallverwertung
Verwertung von industriellen Nebenprodukten, Betonbruch und Bauschutt unter Berücksichtigung der Umweltwirkungen
5.3.2 Forschungsarbeiten Gruppe Umweltverträglichkeit
F1007
Anpassung eines Analysekonzepts zur Bestimmung von Spurenelementen in Eluaten zementgebundener Baustoffe (Kooperation mit dem VDZ)
Förderer: AiF
F7099
Verwendung von Recyclingmaterial in der Betonproduktion – Sachstand
F1020
Ressourcenschonender Beton (R-Beton) – Teilvorhaben: Frischbetonrecycling und Erforschung von Verfahren zum praxisgerechten Umgang mit umweltrelevanten Merkmalen
Förderer: BMBF
F7095
Dauerhaftigkeit von Bodenbehandlungen mit Bindemittel im Hinblick auf das Elutionsverhalten (Versuchsprogramm)
Förderer: bast
F7100
Vergleichbarkeit der Auslaugraten von Materialien im Originalzustand bzw. mit Sandzumischung nach dem Säulenkurzverfahren (DIN 19528)
Förderer: bast
F7101
Bewertung der Umweltverträglichkeit von Zementsuspensionen
Förderer: DIBt, Industrie
21
Forschung
5.3.3 Kurzberichte ausgewählter Forschungsvorhaben Gruppe Umweltverträglichkeit
 F1007
Analysekonzept zur Bestimmung von Spurenelementen in Eluaten zementgebundener Baustoffe
In der Vergangenheit wurden bei Auslaugversuchen an Beton hohe Versuchsstreuungen und eine
schlechte Übereinstimmung von Ergebnissen unterschiedlicher Labore festgestellt. Ziel dieses
Forschungsvorhabens war es daher, ein einheitliches Konzept zur Analyse von Spurenelementen
in Eluaten zementgebundener Baustoffe, inklusive Probekörperherstellung, -lagerung und
-vorbehandlung, zu entwickeln. Dabei wurden auch alle gängigen Analysemethoden zur Spurenelementbestimmung in den Eluaten systematisch auf ihre Eignung untersucht.
Zunächst wurde der Einfluss der Prüfkörperherstellung, -lagerung und -vorbehandlung auf das
Freisetzungsverhalten von Spurenelementen geprüft. Zusätzlich wurde untersucht, wie Eluate stabilisiert und analysiert werden können. Um den Einfluss analytischer Streuungen bei der Analyse
in verschiedenen Laboratorien berücksichtigen zu können, wurden die gleichen Eluate in zwei Forschungsstellen mit bis zu drei verschiedenen Methoden auf die gleichen Parameter analysiert. Anschließend wurden die Ergebnisse ausgewertet und ein Analysenkonzept zur Bestimmung der
Freisetzung anorganischer Stoffe aus zementgebundenen Baustoffen als eine Konkretisierung des
horizontalen dynamischen Auslaugtests (DSLT) entworfen.
Als Ausgangsstoffe wurden drei Zemente mit unterschiedlichen Spurenelementgehalten und unterschiedlichen Hauptbestandteilen beschafft, charakterisiert und in Auslaugversuchen untersucht.
Die Eluate der Auslaugversuche wurden geteilt und parallel in den Forschungsstellen 1 (VDZ), 2a
(ibac) und 2b (FZ Jülich, ZEA3) analysiert. Im ersten Schritt wurde der Einfluss verschiedener
Eluatbehandlungen und deren Lagerungsbedingungen auf die Stabilität der Eluate ermittelt. Die
Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die Lagerungstemperatur die Probenstabilität beeinflusst.
Ein Einfrieren der Eluate während der Lagerung führte zu schlechter reproduzierbaren Ergebnissen über einen Lagerungszeitraum von 14 Tagen als die Lagerung bei Raumtemperatur oder gekühlt bei 4 °C ± 2 °C. Ein Ansäuern der Proben führte nicht zu signifikant unterschiedlichen Ergebnissen verglichen mit nicht angesäuerten Eluaten. Für die im Anschluss durchgeführten Untersuchungen wurde daher eine Ansäuerung der Eluate nach der Probenahme und eine Lagerung bei
4 °C ± 2 °C bis zur Analyse festgelegt.
Es wurden zwei Betonagen mit einem Zement CEM I 42,5 R durchgeführt (Beton B1 und B4). Anschließend wurden mehrere Würfel dieser Betone einem Auslaugtest unterzogen. Bei dem ersten
Beton B1 wurde der Einfluss der Nachbehandlung der Prüfkörper auf das Auslaugverhalten von
Spurenelementen systematisch untersucht. Zudem wurde an diesem Beton der Einfluss unterschiedlicher Oberflächenbehandlungen und unterschiedlicher Verhältnisse von Eluentvolumen zu
Prüfkörperoberfläche (V/O-Verhältnisse) auf die Auslaugergebnisse ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vorlagerung der Prüfkörper, insbesondere die Carbonatisierung der Prüfkörper, einen starken Einfluss auf die Ergebnisse des Auslaugtests haben kann. Hierbei können die Spurenelemente in drei Gruppen eingeteilt werden:
– Elemente, bei denen bei Vorlagerung an Luft und unter versiegelten Bedingungen gleiche Ergebnisse erzielt werden,
– Elemente die bei Lagerung an Luft geringere Spurenelementfreisetzungen zeigen und
– Elemente, bei denen die Freisetzung bei Vorlagerung an Luft deutlich erhöht ist.
22
Forschung
Die einzigen Schwermetalle in dem Versuchsprogramm, deren Freisetzung durch die Vorlagerung
der Prüfkörper an Luft nicht signifikant beeinflusst wurde, waren Kupfer und Zink. Bei den Elementen Barium, Kobalt, Nickel, Blei und Thallium wurden nach der Vorlagerung der Prüfkörper an
Luft deutlich geringere Freisetzungen nachgewiesen, wie Abb. 1 beispielhaft für Barium zeigt.
70
Ba-Freisetzung in mg/m²
Ba-Freisetzung in mg/m²
70
übliche Verfahrensweise
60
Lagerung ab 7 d bei 20/65
60
Labor 1 (ICP-OES)
Labor 2 (ICP-MS)
50
40
30
30
20
20
10
10
0
10
20
30
Labor 2 (ICP-MS)
50
40
0
Labor 1 (ICP-OES)
40
50
60
0
70
0
10
20
30
40
50
Zeit in d
60
70
Zeit in d
Abb. 1: Barium-Freisetzung im DSLT bei versiegelter Vorlagerung (links) und bei Vorlagerung an Luft (rechts)
Das entgegengesetzte Verhalten zeigten die Elemente, die als Oxoanionen in den Eluaten vorliegen können. Hierzu gehören Arsen, Antimon, Bor, Chrom, Molybdän und Vanadium (s. Abb. 2).
As-Freisetzung in mg/m²
7,0
7,0
As-Freisetzung in mg/m²
übliche Verfahrensweise
6,0
Lagerung ab 7 d bei 20/65
6,0
Labor 1 (ICP-MS)
Labor 2 (ICP-MS)
5,0
5,0
Labor 2:
Eluate 1 bis 6 unter
DTL (1 µg/l)
4,0
4,0
3,0
3,0
2,0
2,0
1,0
1,0
0,0
0,0
Labor 1 (ICP-MS)
Labor 2 (ICP-MS)
0
10
20
30
40
50
60
70
0
Zeit in d
10
20
30
40
50
60
70
Zeit in d
Abb. 2: Arsen-Freisetzung im DSLT bei versiegelter Vorlagerung (links) und bei Vorlagerung an Luft (rechts)
Die Elemente Quecksilber, Selen und Cadmium konnten i. d. R. nicht nachgewiesen werden.
Die Ergebnisse zeigen zudem, dass die Oberflächenbehandlungen (Abbürsten oder Abwaschen
der Würfel vor dem Auslaugtest) das Auslaugergebnis nicht signifikant beeinflussen. Die Streuung
bei der Dreifachbestimmung bei Beton B1 wurde durch die Oberflächenbehandlung im Mittel etwas
verringert. Auch das V/O-Verhältnis beeinflusst das Ergebnis des Auslaugtests nur sehr wenig bis
23
Forschung
gar nicht. Die Verringerung des V/O-Verhältnisses führte zu den höchsten Elementkonzentrationen
in den Eluaten und dadurch erwartungsgemäß zu den geringsten relativen Streuungen in der Dreifachbestimmung.
Der Vergleich der Analyseergebnisse beider Forschungsstellen zeigt eine gute Vergleichbarkeit bei
der Analytik. Bei wenigen Elementen ergaben die Analysen der Eluate von Beton B1 unterschiedliche Ergebnisse. Hierzu zählten Antimon, Kupfer und Nickel. Die unterschiedlichen Ergebnisse bei
Antimon und Kupfer konnten auf eine Kontamination der Eluate in einer Forschungsstelle zurückgeführt werden, die aus einer Charge von Spritzenvorsatzfiltern resultierte. Nach dem Austausch
des Filtermaterials wurden übereinstimmende Ergebnisse erzielt. Die unterschiedlichen Ergebnisse bei Nickel konnten auf eine Interferenz in dem ICP-MS auf der Masse von 60Ni durch 44Ca16O
zurückgeführt werden, die in beiden Forschungsstellen unterschiedlich stark ausgeprägt war.
Zusätzlich wurden ergänzende Untersuchungen an Beton mit einem Portlandflugaschezement
CEM II/B-V 42,5 R (Beton B2) bzw. einem Hochofenzement CEM III/B 32,5 N (Beton B3) durchgeführt. Auch hier konnten, mit Ausnahme von Nickel, gute Übereinstimmungen der Analysenresultate und geringe Streuungen bei der Dreifachbestimmung realisiert werden.
Aus Beton B4, der die gleiche Zusammensetzung wie Beton B1 aufwies, wurden 10 Betonwürfel
hergestellt, unter identischen Bedingungen vorgelagert und dem Auslaugtest unterzogen. Diese
Zehnfachbestimmung zeigte nur geringe Streuungen und die Ergebnisse von Beton B1 wurden gut
wiedergefunden. Die Ergebnisse beider Forschungsstellen stimmten bis auf Nickel gut überein. Es
wurde nach einer möglichen Lösung gesucht, um künftig auch bei Nickel vergleichbare Ergebnisse
zu erzielen. Die durchgeführten Versuche ergaben, dass das Isotop 62Ni am wenigsten durch Interferenzen von Calcium gestört wird. Trotz der geringen natürlichen Isotopenhäufigkeit von 62Ni
könnte ein Lösungsansatz sein, Nickel in calciumreichen Matrices, wie z. B. in Eluaten zementgebundener Baustoffe, auf diesem Isotop zu bestimmen.
Abschließend wurden die erzielten Ergebnisse verwendet, um ein einheitliches Analysekonzept in
Anlehnung an den horizontalen dynamischen Auslaugtest (DSLT) gemäß Fpr-CEN/TS 16637-2:2013
zu formulieren. Das Konzept umfasst die Herstellung der Prüfkörper, die Durchführung des Auslaugversuches, Hinweise zur Analyse der Eluate sowie zur Auswertung der Ergebnisse.
Förderer: AiF
Anya Vollpracht
 F7095
Dauerhaftigkeit von Bodenbehandlungen mit Bindemittel im Hinblick auf das Elutionsverhalten (Versuchsprogramm)
Um die natürlichen Ressourcen und den Deponieraum zu schonen, wird eine Verwertung von Bodenmaterial und alternativen Baustoffen (z. B. RC-Baustoffe) im Straßen- und Erdbau durch Regelungen in der TL Gestein-StB 04 und der TL BuB E-StB 09 ermöglicht. Um die mögliche Eluierung von umweltrelevanten Parametern aus diesen Baustoffen langfristig zu reduzieren, könnte eine Behandlung mit Bindemitteln auf der Basis von Zement oder Kalk in Abhängigkeit von den
Schadstoffarten und -gehalten vorgenommen werden. Wenn die Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit
der Bodenbehandlung nachgewiesen werden könnte, würden diese Maßnahme eine gute Alternative zum Einbau unter dichten Deckschichten darstellen. Im Rahmen eines Vorprojekts wurden die
in der internationalen Literatur beschriebenen Erkenntnisse zu dieser Thematik zusammengestellt
und ausgewertet /1/. Die Ergebnisse zeigen, dass die Freisetzungen mit der Zeit zurückgehen. Al24
Forschung
lerdings sind die Einbindungsmechanismen von den Materialeigenschaften und dem Gehalt der
untersuchten umweltrelevanten Parameter abhängig. Zur Dauerhaftigkeit der Einbindung gibt es
noch offene Fragestellungen, die mit bisherigen Erfahrungen und Kenntnissen nicht beantwortet
werden können. Daher werden in einem aktuellen Forschungsprojekt am Institut für Bauforschung
(ibac) der RWTH Aachen University experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um eine Grundlage für eine verlässliche Aussage zur Dauerhaftigkeit von Bodenbehandlungen mit Zement bzw.
Kalk im Hinblick auf das Elutionsverhalten zu erhalten.
Das Versuchsprogramm umfasst Felduntersuchungen und Laborversuche. In Felduntersuchungen
werden die Randbedingungen (wie z. B. Temperatur- und Feuchteverteilung, Verwitterung der
Bindemittel) in den mit Bindemittel behandelten Bodenschichten erfasst, damit diese im Laborversuch nachgestellt werden können. Da die wesentlichen Bindemittel für Bodenbehandlungen
Zement und Kalk sind, wurden zwei mindestens 10 Jahre alte Einbauorte ausgewählt, bei denen
zum einen Zement und zum anderen Kalk verwendet worden ist. An den Einbauorten werden am
ibac entwickelte Sensoren zur Überwachung der tiefenabhängigen Temperatur- und Feuchteverteilung eingebaut. Bohrkerne, Bodenluft, Regenwasserproben und ggf. Sickerwasserproben
werden in vorgegebenen Intervallen vor Ort entnommen. Die Felduntersuchung läuft voraussichtlich bis Ende 2015.
Im Rahmen der Laborversuche wurden zwei Bindemittel (ein Portlandzement und ein Kalk CL90)
und zwei zu verfestigende, schwermetallbelastete Materialien (ein Gemisch aus Bodenmaterialien
und ein Gemisch aus Brechsanden) ausgewählt. Die chemische Zusammensetzung der Ausgangsstoffe wurde bestimmt. Die frisch behandelten und die unbehandelten Materialien wurden mit
verschiedenen Auslaugverfahren (Säulenversuch und Schütteltest) untersucht. Die behandelten
Materialien werden dann künstlich gealtert und das Auslaugverhalten bestimmt. Der eingesetzte
Säulenversuch (s. Abb. 1) entspricht DIN 19528:2009.
Abb. 1: Säuleneinrichtung
Das Wasser wird mit einer Kolbenpumpe von unten nach oben durch die Säule gepumpt. Mit der
verwendeten Kolbenpumpe kann ein konstanter Wasserzufluss unter hohem Druck (bis 6,9 bar)
gewährleistet werden. Zum Vergleich wurde Quarzsand, der nahezu blindwertfrei ist, auch mit Bindemittel behandelt und mit dem gleichen Säulenversuch ausgelaugt.
Zum Vergleich der Freisetzung umweltrelevanter Parameter aus den unterschiedlichen Materialien
sind in Abb. 2 die mittleren Konzentrationen bei W/F = 2 dargestellt.
25
1.000
Forschung
Mittlere Konzentrationen bei W/F = 2 in mg/l
Mittlere Konzentrationen bei W/F = 2 in mg/l
10
100
1
10
0,1
1
Boden
Boden + Zement
Boden + Kalk
Bauschutt
Bauschutt + Zement
Bauschutt + Kalk
Sand+Zement
Sand+Kalk
0,01
Na
K
Ca
Cl
Ba
SO4
Pb
Cu
Mittlere Konzentrationen bei W/F = 2 in µg/l
Mittlere Konzentrationen bei W/F = 2 in µg/l
1000
100
100
10
10
1
1
0,1
0,1
Sb
B
Mo
Ni
As
Zn
Cr
Co
Se
V
Abb. 2: Mittlere Konzentrationen bei W/F = 2
Aus dem mit Bindemittel behandelten Quarzsand wurden kaum Schwermetalle ausgelaugt. Der
Boden und der Bauschutt zeigen bei einigen Schwermetallen/Spurenelementen relativ hohe Konzentrationen. Durch die Behandlung mit den beiden Bindemitteln wurden die Konzentrationen von
Antimon, Vanadium und z. T. Bor stark reduziert. Barium, Blei und z. T. Kobalt und Nickel wurden
durch die Behandlung verstärkt freigesetzt, wobei Barium wahrscheinlich aus den Bindemitteln eluiert worden ist und nicht aus dem behandelten Baustoff mobilisiert wird, da auch der Quarzsand
nach der Behandlung Barium freisetzt. Die Einflüsse der Bindemittelbehandlung auf die Eluierbarkeit der anderen Parameter waren materialabhängig. Arsen, Kupfer, Molybdän und Selen wurden
durch Zugabe der Bindemittel im Bauschutt gut gebunden, beim Boden jedoch mobilisiert und
dadurch verstärkt eluiert. Zement und Kalk wirken bei den meisten Parametern in ähnlicher Weise.
Im neuen Jahr stehen nun die Alterungsversuche zur Überprüfung der Dauerhaftigkeit der Einbindung an.
/1/ Brameshuber, W.; Lin, X.; Vollpracht, A.; Nebel, H.: Langzeitverhalten von mit Bindemitteln behandelten Böden und
Baustoffen hinsichtlich des Auslaugverhaltens von Schadstoffen. Bonn: Bundesministerium für Verkehr, Bau und
Stadtentwicklung, Abteilung Straßenbau. In: Schriftenreihe Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik
(2013), Heft 1088, ISBN 978-3-86918-291-9
Förderer: BASt
(Diesem Bericht liegen Teile des im Auftrag des Bundeministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur, vertreten durch
die Bundesanstalt für Straßenwesen, unter FE 05/0167/2011/LRB laufenden Forschungsvorhabens zugrunde.)
Xiaochen Lin
26
 F7099
Forschung
Erhöhung des Recyclinganteils bei der Betonherstellung
Die in Deutschland anfallenden Baurestmassen, ein heterogenes Materialgemisch aus Beton- und
Mauerwerksbruch oder ungebundener Gesteinskörnung, werden fast vollständig aufbereitet und
als rezyklierte Gesteinskörnung (RC-GK) wiederverwertet. Bei mineralischen Bauabbruchabfällen
liegt die Verwertungsquote derzeit bei 96,4 %. Eine weitere Steigung ist aufgrund unvermeidbarer
Verunreinigungen dieser Materialen durch umweltgefährdende Stoffe kaum noch möglich.
Haupteinsatzgebiet für RC-GK ist der Straßen- und Erdbau, wo sie in untergeordneten Bauteilen
mit geringen Anforderungen eingesetzt wird. Eine Anwendung als Gesteinskörnung für die Betonherstellung findet in Deutschland lediglich in vernachlässigbarer Menge statt. Hinsichtlich der Ressourcenschonung ist es unerheblich, ob RC-GK z. B. in ungebundenen Bauweisen des Straßenbaus oder im Beton eingesetzt wird, weil sie in beiden Fällen Primärrohstoffe ersetzt. Allerdings ist
nicht klar, ob die bisher im Straßen- und Erdbau eingesetzte Menge tatsächlich in vollem Umfang
benötigt wird und ob die zukünftig anfallenden Mengen an Bauschutt die derzeitigen Verwertungswege wird überschreiten werden. Hinzu kommt, dass die derzeitige Verwertung dem Potenzial der
RC-GK nicht gerecht wird. Beispiele aus dem Ausland zeigen, dass hohe Recyclinganteile bei der
Betonherstellung technisch möglich sind. Aufgabe dieser Recherche ist es, die derzeit möglichen
und tatsächlich genutzten Anwendungsgebiete von RC-GK darzustellen und Hemmnisse bezüglich
des Einsatzes bei der Betonherstellung zu erläutern.
Für die Betonherstellung erlaubt die DAfStb-Richtlinie „Beton nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2
mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620“ den Einsatz von RC-GK bis zu 5 M.-%
der in Beton eingesetzten Gesteinskörnung ohne Einschränkungen hinsichtlich der Exposition,
wenn diese aus der Produktion des Betonproduzenten stammt und ohne vorherigen Gebrauch
wieder aufbereitet worden ist. Erfüllt die RC-GK bestimmte Anforderungen, sind in Abhängigkeit
von der Expositionsklasse des Betons Anteile von maximal 45 Vol.-% zulässig. Ein Einsatz von
RC-GK mit einem Korndurchmesser kleiner als 2 mm ist aufgrund der zu erwartenden erhöhten
Wasseraufnahme nicht erlaubt. Diese Regelungen erfordern vom Betonhersteller das Vorhalten
zusätzlicher Silos neben denen für natürliche Gesteinskörnung zur Lagerung von RC-GK in unterschiedlichen Fraktionen für die Betonherstellung. Die Silokapazitäten von Betonwerken sind meist
begrenzt und der Einsatz von RC-GK daher logistisch schwer umsetzbar. In anderen Ländern wie
beispielsweise der Schweiz oder in den Niederlanden ist ein vollständiger Austausch der gesamten
Gesteinskörnungsfraktionen durch RC-GK unter bestimmten Randbedingungen möglich, so dass
einige Betonhersteller ihre Produktion ohne Veränderung der bestehenden Anlagen vollständig auf
RC-GK umstellen konnten.
Ein weiteres Hemmnis für den Einsatz von RC-GK im Beton ist die Notwendigkeit des Nachweises
der Eignung der RC-GK hinsichtlich der Alkaliunempfindlichkeit und der Umweltverträglichkeit. Ab
der Feuchtigkeitsklasse WF (feucht) muss belegt werden, dass im zur Herstellung von RC-GK
verwendeten Altbeton ausschließlich alkaliunempfindliche Ausgangstoffe verwendet wurden. Alternativ kann die Unbedenklichkeit der RC-GK durch eine gutachterliche Stellungnahme nachgewiesen werden. Des Weiteren ist der Nachweis der Umweltverträglichkeit der RC-GK im Rahmen einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zu erbringen. Diese Untersuchungen sind mit einem
hohen Kosten- und Arbeitsaufwand verbunden, die viele Betonhersteller vor dem Einsatz von RCGK abschrecken.
Zudem fehlen in Deutschland Erfahrungen im Umgang mit Beton mit RC-GK. Recyclingbeton (RCBeton) weist gegenüber Beton mit natürlicher Gesteinskörnung einen geringeren E-Modul und
größere Schwind- und Kriechmaße auf. Aufgrund der im Vergleich zu natürlicher Gesteinskörnung
27
Forschung
größeren Oberfläche der RC-GK und der höheren Wasseraufnahme ist möglicherweise ein Mehreinsatz von Zement und/oder Fließmittel bei der Betonherstellung erforderlich.
Ein positives Beispiel, wie der Recyclinganteil bei der Betonherstellung ökologisch und ökonomisch sinnvoll umgesetzt werden kann, ist eine neue Entwicklung beim Frischbetonrecycling. Beim
Recycling von Frischbetonresten, die im Betonwerk täglich anfallen, wird der Beton üblicherweise
ausgewaschen und die Gesteinskörnung unter hohem Wassereinsatz zurückgewonnen.
Eine alternative Methode wurde 2010 von der italienischen Firma Mapei S.p.A. zum Patent angemeldet. Der nicht eingebaute Restbeton wird noch im Fahrmischer zu Granulaten aus Gesteinskörnung und Zementstein aufbereitet (siehe Abb. 1). Verwendet werden zwei pulverförmige Zusatzmittel, die im Fahrmischer unter den Frischbeton gemischt werden. Bei der ersten Komponente handelt es sich um ein superabsorbierendes Polymer, das dem Frischbeton das freie Wasser
entzieht. Die zweite Komponente ist ein Beschleuniger auf Basis von Aluminiumsulfat. Für das
System wird derzeit eine bauaufsichtliche Zulassung angestrebt.
Abb. 1: Betongranulat (mechanisch aufgebrochen)
Christina Nobis
28
Forschung
5.4 Arbeitsgruppe Beton
5.4.1 Bericht des Arbeitsgruppenleiters
Im Jahr 2014 haben sich in der Arbeitsgruppe einige personelle Veränderungen ergeben: seit April
ist Simon Cleven, M. Sc. als neuer wissenschaftlicher Mitarbeiter tätig. Dipl.-Ing. Michael Kraus ist
in die Arbeitsgruppe Bindemittel gewechselt. Der bisherige Leiter der Arbeitsgruppe, Marcus Hinzen, hat das Institut im September verlassen und eine Tätigkeit in der Industrie angetreten. Er hat
am 2. Juni seine Dissertation mit dem Thema „Einfluss von Kurzfasern auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften sowie das Tragverhalten von Textilbeton“ verteidigt und das Promotionsverfahren mit Auszeichnung abgeschlossen. Herzlichen Glückwunsch!
An dieser Stelle sei ihm für sein Engagement für das ibac herzlich gedankt! Die Leitung der Arbeitsgruppe habe ich seitdem übernommen.
Die Drittmitteleinnahmen der Arbeitsgruppe stammten im laufenden Jahr zu etwa gleichen Teilen
aus Material- und Forschungsaktivitäten. Es ist angestrebt, dieses Verhältnis in Richtung Forschung zu verschieben. Dazu wurden einige Forschungsanträge bei der DFG, der AiF und dem
BMBF gestellt.
In der Lehre betreut die Arbeitsgruppe Studierende in den ersten beiden Semestern in den Fächern Physik und Baustoffkunde und führt im 2. Semester ein Betonpraktikum in Kleingruppen
durch. Im Masterstudiengang Baustoffwissenschaften veranstaltet sie eine Vorlesung und ein
Praktikum zum Thema Faserbeton.
Joachim Hannawald
5.4.2 Forschungsschwerpunkte
 Baustoffe
Betone (Normalbeton, Hochfester Beton, Leichtbeton, Textilbeton)
Gesteinskörnungen (künstliche und natürliche, normale und leichte Gesteinskörnungen, Gesteinskörnungen für verformungsfähige und hochfeste Betone, rezyklierte Gesteinskörnungen)
– Forschungs- und Untersuchungsschwerpunkte
 Entwicklung von Hochleistungsbetonen
Ultrahochfeste Betone, Textilbewehrter Beton, Faserbetone und Faserzementprodukte
 Produktionstechniken von Textilbeton
Gießen, Spritzen, Laminieren, Schleudern
 Mechanische und bruchmechanische Eigenschaften von Beton
Festigkeit, Verformbarkeit, Rissbildung
 Dauerhaftigkeit
Frostwiderstand und Carbonatisierung
29
Forschung
 Mikrostruktur
Kontaktzone (Zementstein-Gesteinskörnung)
 Qualitätskontrolle
Zulassungs- und Überwachungsprüfungen, Zustimmungen im Einzelfall
5.4.3 Forschungsarbeiten
F1810
SFB 532 Textilbewehrter Beton – Grundlagen für die Entwicklung einer neuartigen
Technologie, Transferprojekt T04: Extrudieren von Textilbeton
Förderer: DFG
F7087
Ermittlung der Dauerstandgrenze von Leichtbetonen mit sehr geringer Rohdichte
Förderer: DIBt
F6830
SFB 532 Textilbewehrter Beton – Grundlagen für die Entwicklung einer neuartigen
Technologie, Transferprojekt T08: Geformte textile Bewehrungselemente für Betonbauteile
Förderer: DFG
F878
Hochofenzement-Betone in Auslagerung nach XF1 und XF3
Förderer: BAW/Industrie
F880;2 Verbundforschung Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand von Beton unter besonderer
Berücksichtigung der verwendeten Gesteinskörnungen – Teilprojekt "Auslagerungsversuche zum Frost- bzw. Frost-Tausalz-Widerstand der Gesteinskörnung im Beton"
Förderer: AIF/FTB
F1016;6u Sustainable Buildings of the Future – Einsatz von Faserbeton
Förderer: RWTH Boost Fund
F1017
Einsatz von Zementbeton als eigenständiger Werkstoff und als Verbundstoff im Werkzeugmaschinenbau
Förderer: DFG
F1022
Prüfung des Entwässerungsverhaltens von Beton
Förderer: DBV
F1025
Herstellverfahren für Fassadenelemente aus Textilbeton und Kurzfasern
Förderer: AiF/ZIM
F7087
Ermittlung der Dauerstandgrenze von Leichtbetonen mit sehr geringer Rohdichte
Förderer: DIBt
30
Forschung
5.4.4 Kurzberichte ausgewählter Forschungsvorhaben Gruppe Beton
 F1022
Prüfung des Entwässerungsverhaltens von Beton
Ziel des DBV-Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines baustellengeeigneten Versuchsapparates, der es vor Ort ermöglicht, das Entwässerungsverhalten von Transportbeton (v. a. im
Anwendungsfall Pfahlbeton) qualitativ zu bewerten.
Die bisher am Markt vorhandenen Verfahren („Bluteimerverfahren“ nach DIN EN 480-4, Filterpresse der Firma Bauer oder ÖVBB-Filterpresse gemäß ÖVBB-Merkblatt „Weiche Betone“) haben sich
bisher nicht durchgesetzt bzw. sind wegen ihrer langen Versuchsdauer als Abnahmekriterium für
Transportbeton ungeeignet.
Tabelle 1: Betonrezepturen
In Vorversuchen sollte zunächst eine Palette
von Betonrezepturen entwickelt werden, die
eine große Bandbreite des abgesonderten
Wassers im Bluteimerverfahren zeigt, um
die Eignung der zu entwickelnden Versuchseinrichtung zu überprüfen. Hierzu sollte sowohl der w/z-Wert der Rezeptur als auch die
eingesetzte Sieblinie variiert werden.
Beton
Eine Übersicht über die Rezepturen ist in
Tabelle 1 dargestellt. Zur Verwendung kamen bei allen bisher durchgeführten Mischungen 350 kg/m³ eines CEM I 52,5 R.
0,5-B
w/z
Fließmittel
0,6-A
0,6-B
Sieblinie
A
0,6
-
B
0,6-C
C
0,5-A
A
-
B
0,5
0,5-C
C
0,5-C-FM
Das Ausbreitmaß der Rezeptur C-0,4-FM
wurde auf rund 450 mm eingestellt und der
hierzu erforderliche Fließmittelgehalt für die
übrigen Rezepturen übernommen.
PCE
0,4-A-FM
0,4-B-FM
0,4-C-FM
C
A
0,4
PCE
B
C
Der Einfluss des Wasserzement-(w/z-)Wertes beziehungsweise der Sieblinie ist in Abb. 1 dargestellt. Hier wird deutlich, dass eine feinere Sieblinie erwartungsgemäß einen höheren Wasseranspruch besitzt und die Blutneigung des Betons somit abnimmt. Außerdem ist ersichtlich, dass
ein höherer w/z-Wert und damit eine größere Menge Wasser im Beton die Blutneigung erhöhen.
Ausgenommen sind hierbei die Versuche, bei denen Fließmittel eingesetzt wurden. Um mögliche
Wechselwirkungen der Fließmittel im Beton erkennen zu können, wurde in weiteren Versuchen der
Einfluss verschiedener Fließmittel untersucht (Abb. 2).
31
105
Forschung
Blutwassermenge [l/m³]
Blutwassermenge [l/m³]
35
90
30
75
0,4-A-PCE1
0,4-C-PCE1
0,6-A
0,6-C
60
25
0,5-A
0,5-C
0,5-C-PCE1
0,4-C-PCE1
20
0,4-C-PCE2
0,4-C-NSF
45
15
30
10
15
5
0
0
0
60
120
180 240
Zeit [min]
300
360
0
Abb. 1: Einfluss des w/z-Wertes und der Sieblinie
60
120
180 240
Zeit [min]
300
360
Abb. 2: Einfluss des Fließmittels
Hierbei zeigte sich, dass das eingesetzte Fließmittel großen Einfluss auf die Menge des vom Beton
abgesonderten Wassers hat. Es wurden drei unterschiedliche Fließmittel mit der Betonrezeptur
C-0,4-FM getestet. Beim Einsatz von PCE1 betrug die Menge des abgesonderten Wassers umgerechnet über 30 l/m³, was rund 23 % des Zugabewassers entspricht, wohingegen beim Einsatz von
PCE2 sowie einem Fließmittel auf Naphthalinbasis (NSF) Mengen von unter 0,5 l/m³ festgestellt
wurden.
Für die weiteren Untersuchungen wurden entschieden, den Zementleimgehalt auf 400 kg/m³ anzuheben, um die Fließmittelmenge zur Einstellung der notwendigen Konsistenz absenken zu können. Die weiteren Versuche werden außerdem mit dem PCE2 durchgeführt, da davon auszugehen
ist, dass das PCE1 negative Wechselwirkungen mit dem eingesetzten Zement hervorruft und Versuche mit diesem Fließmittel somit keine Rückschlüsse auf die Blutneigung des Betons zulassen.
Im nächsten Schritt werden nun die Rezepturen aus Tabelle 1 mit einem Zementgehalt von
400 kg/m³ untersucht, wobei parallel Untersuchungen zum Entwässerungsverhalten des Betons
unter Druckbelastung (bis maximal 10 bar) durchgeführt werden.
Förderer: Deutscher Beton- und Bautechnikverein e.V.
Simon Cleven
32
 F1025
Forschung
Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung eines Fassadenelementes aus
umgeformtem Textilbeton mithilfe eines neuartigen Faltwerkzeuges
(ConcreteFold)
Ziel des Forschungsprojektes „ConcreteFold“ ist die Entwicklung eines gefalteten TRC-Fassadenelementes mittels eines neuartigen Verfahrens und innovativen Faltwerkzeuges zur kostengünstigen Herstellung von TRC-Fassadenelementen mit hoher geometrischer Komplexität. Diese Komplexität zeichnet sich durch eine mehrfache Faltung des TRC-Elementes aus. Die Herstellung einer derartigen Geometrie erfordert ein neuartiges Verfahren. Dieses ermöglicht die Umformung
von textilbewehrten Betonplatten im Frischbetonzustand (Grünstand).
Dieses Umformverfahren erlaubt die Herstellung von textilbewehrten Betonelementen ohne komplexe zweiseitige Schalung. Besonders eignet sich dieses Verfahren für TRC-Elemente durch seine flexibel drapierbare textile Bewehrung. Ein solches Verfahren beschleunigt die Produktionsschritte und erweitert die aktuellen Verfahren zur Herstellung von gefalteten Fassadenelementen
aus TRC. Insgesamt sechs Projektpartner beteiligen sich an diesem Projekt.
Die Aufgabe des ibac ist die Entwicklung einer geeigneten Betonmatrix. Herkömmliche Betonmatrizes für Textilbetone weisen eine sehr feinkörnige Struktur, eine hohe Fließfähigkeit und eine
hohe Zug- und Druckfestigkeit auf. Hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften sind sie mit
hochfesten Betonen vergleichbar, die auch eine hohe Frühfestigkeit aufweisen. Zum Zeitpunkt der
Grünstandfestigkeit sind sie nicht für eine mechanische Beanspruchung ausgelegt und können
reißen, wenn die Bruchdehnung des noch nicht ausgehärteten Betons überschritten wird. Um die
aufgebrachten Verformungen rissarm ertragen zu können, muss die Betonmatrix duktiler gestaltet
werden.
Für die Entwicklung einer geeigneten Betonzusammensetzung wurde zuallererst ein stark vereinfachtes Faltwerkzeug gebaut. Damit lässt sich ein Probekörper mit einem Tief- bzw. Hochpunkt in
verschiedenen Winkeln erstellen.
Bei den ersten Mischversuchen wurde zum einen der Ausschal- und Faltzeitpunkt mittels Daumendruck bestimmt, zum anderen Mischanpassungen vorgenommen. Hierbei wurden das Größtkorn als auch der Bindemittegehalt und die Bindemittelart angepasst.
Der Herstellprozess eines gefalteten Probekörpers gliedert sich wie folgt:
Zuerst wird ein ebener Grünling im Laminierverfahren hergestellt. Die Abmessungen (100 x 25 x
1,5 cm³) wurden hierbei so gewählt, um ein eventuelles Nachrutschen des Betons auf einer Seite
während des Faltvorgangs zu provozieren. Die Schalhaut bildet eine Folie, die dazu dient, den
Grünling nach dem Ausschalen auf das Faltwerkzeug befördern zu können.
Liegt der Grünling auf dem Werkzeug, wird eine der Seiten entweder nach oben (Herstellung eines
Tiefpunktes, siehe Abb. 1) oder nach unten (Herstellung eines Hochpunktes) in einem Winkel zwischen 0 und ±90° geklappt.
Der Probekörper härtet anschließend abgedeckt auf dem Faltwerkzeug aus.
33
Forschung
Abb. 1: Vereinfachtes Faltwerkzeug zur Abbildung eines Tiefpunkts mit variablem Winkel
Die bisherigen Faltversuche zeigten, dass es eine Unterscheidung zwischen Hoch- und Tiefpunkten bezüglich der Rissentwicklung im Beton gibt. Während die Tiefpunkte bis 90° auch ohne textile
Bewehrung rissfrei herzustellen sind, ist bei den Hochpunkten eine starke Rissbildung zu verzeichnen.
Um eine Rissentstehung zu vermeiden wurden deshalb Fasern und eine textile Bewehrung hinzugefügt. Allerdings ließ sich die Rissentstehung nur verringern und nicht gänzlich vermeiden.
Das Aufbringen einer Folie auf der Einfüllseite hingegen führte zu einer rissfreien Oberfläche. Mit
Folie konnten somit unbewehrte Probekörper mit einem Faltwinkel von -90° (Hochpunkt) hergestellt werden. Es ist davon auszugehen, dass durch die wirkenden Adhäsionskräfte die Oberfläche des Betons zusammengehalten wird und die Folie somit als äußere Bewehrung dient. Ein weiterer positiver Effekt der zweiten Folie ist eine optische Verbesserung der Oberfläche auf der Einfüllseite.
Geplant ist der Bau eines zweiten Faltwerkzeugs, womit sich zwei Hochpunkte und ein Tiefpunkt
herstellen lassen. Damit sollen auch Probekörper mit variablen Biegeradien hergestellt und die Mischung weiter an die Beanspruchungen angepasst werden.
Föderer: AiF
Christiane Kerschl
34
Forschung
5.5 Arbeitsgruppe Mauerwerk
Die Arbeiten der Gruppe Mauerwerk waren insbesondere durch lang laufende Materialprüfungsaufträge mit teilweise hohem Anspruch bei der Versuchsdurchführung und dem Abschluss einiger
Forschungsvorhaben geprägt. Nach dieser Phase folgt nun wieder die Konzentration auf stärker
wissenschaftlich geprägte Arbeiten.
Markus Graubohm wird sich der Fragestellung zur Modellierung der Druckfestigkeit widmen und
das alte Modell von Prof. Hilsdorf um die Phase der Mehrfachrissbildung erweitern.
Doris Saenger bearbeitet die Biegeverstärkung von Mauerwerk mit Textilien als Bewehrung, etwas, das für Kellerwände und hoch beanspruchte tragende Wände einen wichtigen Schub in der
Anwendung bringen wird. Die Erfahrungen aus dem Sonderforschungsbereich Textilbeton fließen
unmittelbar ein. Die Zusammenarbeit mit europäischen Partnern wurde auf diesem Gebiet weiter
ausgebaut, da diese sich zwangsläufig schon sehr lange mit dem bewehrten Mauerwerk im Bestand bei Erdbebenbeanspruchung auseinandersetzen.
Bernd Winkels hat seinen Schwerpunkt derzeit im Bereich des Formänderungsverhaltens von Porenbeton. Hier besteht eine sehr gute Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Mineralogie und Anorganische Chemie, die sich um die Phasenanalyse und Phasenveränderungen z.B. bei CO2Beanspruchung kümmert – ein schönes Beispiel für gruppenübergreifende Zusammenarbeit!
 Baustoffe
Mauersteine; Mörtel: Mauermörtel, Verfugmörtel, Putzmörtel; Mauerwerk mit und ohne Bewehrung; Natursteinmauerwerk
 Festigkeiten, Tragverhalten
Druck-, Zug-, Biegezug-, Schubfestigkeit; bewehrtes Mauerwerk; rechnerische Beschreibung,
Stoffgesetze, Optimierung; Verbundverhalten Bewehrung-Mörtel, Korrosionsschutz
 Verformungseigenschaften, Risssicherheit
--Linien, E-Moduln, Schwind-, Quellverhalten, Kriechen, Relaxation; Stoffgesetze; Beurteilungsverfahren für die Risssicherheit von Mauerwerk, Putz
 Entwicklung und Weiterentwicklung von Bauweisen
Dünnbettmauerwerk, Trockenmauerwerk, Fertigteile
 Schutz und Erhaltung von Mauerwerk
Zustandsaufnahmen, Mauerwerkfestigkeit, Instandsetzung, Restauriermörtel, Putze, Baustoffentwicklung, -optimierung, Wirksamkeitsnachweise, Qualitätssicherung
35
Forschung
 Prüfverfahren Mauersteine, Mörtel, Mauerwerk
Festigkeitsprüfungen an Einzelbaustoffen und Verbundstoffen (Druck-, Zug-, Verbundfestigkeit),
Verformungseigenschaften, Rissüberbrückung; Entwicklung und Weiterentwicklung von Prüfverfahren
 Baustoffentwicklung
Gezielte Eigenschaftsverbesserungen, -anpassungen i. W. bei Mörteln, Putzen, Mauersteinen
5.5.3 Forschungsarbeiten
F991
Standsicherheit horizontal belasteter Mauerwerkwände unter geringer Auflast
Förderer: AiF
F1004
Risssicherheit von nichttragenden Trennwänden aus Porenbeton
Förderer: AiF
F1015
Druckfestigkeit von Mauerwerk
Förderer: DFG
36
Forschung
5.5.4 Kurzbericht eines ausgewählten Forschungsvorhabens Gruppe Mauerwerk
 M1784
Vorgefertigtes Mauerwerk im Klebeverfahren
Das Bauen mit werksmäßig vorgefertigten Mauertafeln aus Ziegeln ist eine langjährig in der Praxis
bewährte Bauart, die infolge des wachsenden Kostendrucks auf den Baustellen mittlerweile nicht
nur im Einfamilien-, Doppel- und Reihenhausbau, sondern immer häufiger sowohl für größere
Wohnanlagen als auch im Gewerbe- und Industriebau eingesetzt wird. Die Vorteile der Elementbauweise sind dabei vielfältig. Neben den infolge der rationellen Vorfertigung der Mauertafeln kürzeren Rohbauzeiten und damit verbunden niedrigeren Baukosten sind hier u. a. auch das gleichmäßige Qualitätsniveau und die hohe Maßgenauigkeit der Mauertafeln zu nennen, die durch die
automatisierte, von handwerklicher Geschicklichkeit und Wettereinflüssen unabhängige Produktion
erreicht werden.
Bei den in der Vergangenheit verwendeten Herstellungstechniken wurden die Mauertafeln im Fertigteilwerk wie konventionelles Baustellenmauerwerk aufrecht stehend aus Mauersteinen in Kombination mit mineralischen Mauermörteln im Verband durch den Einsatz von halb- oder vollautomatisierten Fertigungsanlagen vorgefertigt.
Eine Neuerung im Bereich des vorgefertigten Mauerwerks stellt das von der Firma Redbloc in Zusammenarbeit mit einem amerikanischen Technologiekonzern entwickelte, patentierte Trockenklebeverfahren für Ziegelfertigwände dar, bei dem anstelle eines herkömmlichen Dünnbettmörtels
ein Zweikomponenten-Polyurethanklebstoff (2K-PUR) maschinell auf die plangeschliffene Ziegeloberfläche aufgetragen wird. Bei dem verwendeten Zweikomponenten-Polyurethanklebstoff handelt es sich um einen reaktiven PUR-Klebstoff, der aus einer Klebstoff- und einer Härterkomponente im Fertigteilwerk hergestellt wird. Die Komponenten werden aus separaten Lagertanks in Arbeitsbehälter gepumpt, dort vortemperiert und über Dosieraggregate dem Mischkopf zugeleitet. Die Reaktionsmischung wird aus dem Mischkopf ausgetragen und reagiert auf der Lagerfugenfläche der Mauerziegel aus, siehe Abb. 1.
Abb. 1: Auftrag des 2K-Polyurethan-Klebstoffs
37
Forschung
Mitte des Jahres 2013 wurde das Institut für Bauforschung Aachen (ibac) von der Redbloc
Deutschland GmbH mit Untersuchungen an mit 2K-PUR-Klebstoff vorgefertigtem Mauerwerk beauftragt, um die nötigen Grundlagen für die Erlangung einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung für Mauertafeln nach dem Redbloc-System und damit die Voraussetzungen für eine Anwendung dieser neuen Bauart in Deutschland zu schaffen.
Das Versuchsprogramm umfasste Untersuchungen an Mauersteinen, an Verbundprüfkörpern und
an Wandprüfkörpern. Als Eingangsprüfung wurden zunächst die wesentlichen Normeigenschaften
der für das Zulassungsverfahren ausgewählten und in Abb. 2 dargestellten Planhochlochziegel bestimmt.
Abb. 2: Verwendete Planhochlochziegel
Im zweiten Schritt erfolgten Untersuchungen an Kleinprüfkörpern zur Bestimmung des Verbundverhaltens unter Scher- und Zugbeanspruchung sowie der Festigkeitsentwicklung und der Dauerhaftigkeit des 2K-PUR-Klebstoffs. Weiterhin wurden Haftscheruntersuchungen durchgeführt, um
den Einfluss der für Transport und Montage erforderlichen Bewehrungsstreifen aus KohlenstoffFaserbändern auf die Verbundeigenschaften zu überprüfen.
Im letzten Schritt wurden Untersuchungen an Wandprüfkörpern durchgeführt, um die Biege-,
Druck- und Schubtragfähigkeit des Mauerwerks zu bestimmen. In der Regel wurden auch Referenzprüfkörper mit einem handelsüblichen Dünnbettmörtel hergestellt und geprüft, um die Ergebnisse der mit 2K-PUR-Klebstoff verklebten Prüfkörper besser einordnen und beurteilen zu können.
Lediglich bei der Untersuchung des Schubtragverhaltens wurde aufgrund der Aufwändigkeit der
Vorbereitung und Durchführung der Wandversuche nach dem vereinheitlichten Prüfverfahren des
DIBt und den damit verbundenen hohen Kosten auf Vergleichsversuche an Wänden mit Dünnbettmörtel verzichtet.
Mit der Erteilung einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung für das Redbloc-System ist Anfang des Jahres 2015 zu rechnen.
Förderer: Redbloc Deutschland GmbH
Markus Graubohm
38
Forschung
5.6 Arbeitsgruppe Mineralogie und Anorganische Chemie
Das zweite Jahr der Arbeitsgruppe zeichnete sich weitgehend in der Bearbeitung von zahlreichen
Materialprüfungen und dem Stellen von Forschungsanträgen aus. Zudem wurde das Forschungsprofil der Arbeitsgruppe mit den Themen „Angriff von kalklösender Kohlensäure“ und „Photokatalytische Betonoberflächen“ erweitert. Wir hoffen, dass wir mit diesen interessanten Themen das Forschungsprofil des Lehrstuhls für Baustoffkunde abrunden können.
Nadine Höhne, M. Sc. ist die neue Laborleiterin des Strukturlabors und ist somit die Ansprechpartnerin bei den Themen lichtmikroskopische Untersuchungen, Ermittlung von Porenradienverteilungen sowie Dichte und Feinheit von Bindemitteln. Neben der Einarbeitung in die Aufgaben
einer Laborleiterin hat sich N. Höhne weitgehend auf das Schreiben von Anträgen in dem Themenbereich „Einfluss von Sulfat auf die Eigenschaften von Porenbeton“ konzentriert. Die Thematik
„Einflussfaktoren bei der Herstellung von Porenbeton“ ist als Promotionsthema für sie vorgesehen.
Nebenbei hat Nadine Höhne verschiedene Materialprüfungen mit diversen Fragestellungen bearbeitet.
Meine eigenen Arbeiten waren primär auf Materialprüfungsaufträge mit der Thematik „Dauerhaftigkeit von Tiefbohrzementen“ fokussiert. Hier wurde untersucht, ob ausgesuchte Bindemittel, welche bei Tiefbohrungen verwendet werden könnten, durch verschiedene Fluide beeinflusst werden
können. Neben diesem großen Projekt wurden verschiedene kleinere Materialprüfungsaufträge
bearbeitet.
Auch im Jahr 2015 wird die Arbeitsgruppe das ibac weiterhin effizient verstärken und das Forschungsprofil des Lehrstuhls für Baustoffkunde abrunden.
Holger Nebel
 Baustoffe
Anorganische und organische Baustoffe
 Dauerhaftigkeit von Tiefbohrzementen
Einfluss von verschiedenen Fluiden auf die Dauerhaftigkeit von Tiefbohrzementen
 Herstellung von autoklavierten Bauprodukten
– Herstellung von Porenbeton
– Untersuchung des Einflusses von Ausgangsstoffen auf den Porenbeton
– Dauerhaftigkeit von Porenbeton
 Angriff von kalklösender Kohlensäure
– Prüfung des Angriffs von kalklösender Kohlensäure an Mörteln und Betone
– Aufbau einer Datenbank zur Berechnung der Abtragstiefe durch den Angriff von kalklösender
Kohlensäure
39
Forschung
 Photokatalytische Betonoberflächen
– Prüfung der Effizienz der photokatalytischen Abbauprozesse
– Prüfung der superhydrophilen Eigenschaften
 Umweltverträglichkeit von Baustoffen
Bestimmung der wassereluierbaren anorganischen und organischen Stoffe
 Denkmalpflege
– Diagnose von Schäden
– Sanierungskonzepte und Qualitätssicherung
– Verträglichkeitsprüfungen
– Charakterisierung von historischen Mörteln
 Porenwasser
Ermittlung des Einflusses von Zumahlstoffen, Zusatzstoffen, Zusatzmitteln sowie des Hydratationsalters und der Carbonatisierung auf die qualitative und quantitative Zusammensetzung des
Porenwassers
 Reaktivität von puzzolanischen und latent hydraulischen Bindemitteln
– Selektives Lösen
– Thermoanalysen
 Bauschadendiagnose
– Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen
– Röntgenographische Untersuchungen
– Lichtmikroskopische Untersuchungen
– Bestimmung des Mischungsverhältnisses von Mörteln/Betonen
– Bestimmung der Gesteinskörnungssieblinie
– Quantifizierung von baustoffschädlichen Salzen, z. B. Chloride und Sulfate
– Ursache von Ausblühungen
 Qualitative und quantitative Analytik anorganischer und organischer Baustoffe
– Güteüberwachung
– Forschungsprojekte aller Arbeitsgruppen
– Baustoffentwicklung
 Thermoanalytische Untersuchungen an Baustoffen
– Einfluss der Carbonatisierung auf CSH-Phasen
– Mineralogische Zusammensetzung des Zementsteins
– Quantifizierung des Polymeranteils in PCC
40
6
PÜZ-Stellen
PÜZ-STELLEN
6.1 Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungsstellen (PÜZ-Stellen)
Voraussetzung für den Handel und die Verwendung aller wesentlichen Bauprodukte sind ein Verwendbarkeitsnachweis (Norm, allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder europäisch technische
Zulassung, allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis oder Zustimmung im Einzelfall) und ein
Übereinstimmungsnachweis. Die Art der zu erbringenden Nachweise ist für den deutschen Markt
in den Bauregellisten enthalten, die regelmäßig vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) aktualisiert werden. Eine Aufteilung der Bauprodukte in die Teile der Bauregelliste erfolgt danach, ob
ein Nachweis nach den Landesbauordnungen mit Ü-Kennzeichnung oder ein Nachweis nach der
europäischen Bauproduktenverordnung (BauPVO) mit CE-Kennzeichnung erfolgen muss.
Für diese Tätigkeiten wird mit dem jeweiligen Hersteller ein langfristiger Vertrag abgeschlossen.
Nach erfolgreichem Erstaudit des Produkts und/oder der Produktion (WPK-Handbuch) wird ein
Übereinstimmungszertifikat nach LBO oder ein Zertifikat der Leistungsbeständigkeit nach BauPVO
ausgestellt. Je nach Produktanforderung folgt danach die laufende Begleitung durch Produktprüfung und/oder jährlicher WPK-Auditierung.
Insgesamt wurden 73 derzeit aktuelle Zertifikate von den Zertifizierungsstellen des Lehrstuhls für
Baustoffkunde am ibac erteilt.
Eine Übersicht über Bauprodukte bzw. Bauarten, für die das ibac als Prüf- oder Zertifizierungsstelle nach BauPVO notifiziert oder als Prüf-, Überwachungs- und Zertifizierungsstelle nach LBO
anerkannt ist, wird auf der Homepage des ibac (www.ibac.rwth-aachen.de) angegeben.
6.1.1 Harmonisierte Bauprodukte nach Bauproduktenverordnung
Für alle in Europa harmonisierten Bauprodukte müssen die jeweiligen Hersteller eine Erklärung
gegenüber dem Markt abgeben, dass ihr Produkt den Anforderungen der europäischen Regelwerke entspricht. Äußeres Kennzeichen dieser Herstellererklärung für den Einzelkunden ist i. d. R.
das CE-Kennzeichen auf dem Produkt. Je nach Anforderungsniveau verlangt die BauPVO als
Grundlage der Herstellererklärung diverse Nachweise, die der Hersteller bei einer unabhängigen,
qualifizierten und notifizierten Stelle (notified body) beauftragt. Diese Stelle bestätigt dem Hersteller, dass sein Produkt, seine Produktion und ggf. seine werkseigene Produktionskontrolle (WPK)
die in den technischen Spezifikationen genannten Anforderungen einhält. Bescheinigt wird dies
durch ein Zertifikat.
Das ibac ist als notified body NB 1077 auf Grundlage der BauPVO notifiziert. Voraussetzung für
die Notifizierung nach BauPVO ist eine Akkreditierung durch die Deutsche Akkreditierungsstelle
(DAkkS). Mit dieser Akkreditierung wird der Zertifizierungsstelle (BauPVO) die langjährige Kompetenz, auch ihrer Arbeitsabläufe bei der Prüf- und Zertifizierungstätigkeit, amtlich bestätigt.
41
PÜZ-Stellen
Tabelle 1: Zuständigkeiten der Zertifizierungsstelle nach Bauproduktenverordnung
Bauprodukte
Zuständiger
Mitarbeiter
Zertifizierungsstellenleiter
Bindemittel
Gesteinskörnung
Zusatzstoffe
Zusatzmittel
Dipl.-Ing. (FH)
St. Vannahme
Dr. T. Krüger
Stahlbetonfertigteile
Fasern für Beton
Mauersteine
Mauermörtel
Dipl.-Ing.
M. Graubohm
6.1.2 Bauprodukte und Bauarten nach Landesbauordnung (LBO)
Die bauaufsichtliche Anerkennung als PÜZ-Stelle nach Landesbauordnung wurde zuletzt vom
Deutschen Institut für Bautechnik am 11.09.2013 unter der Kennziffer „NRW 01“ neu gefasst. Die
Anerkennung gilt für zahlreiche Bauprodukte der Bauregelliste A Teil 1 und A Teil 2 sowie für viele
Produkte mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung, die im Teil IIa des Verzeichnisses der PÜZStellen nach den Landesbauordnungen genannt sind. Ebenso wurde das ibac als Prüfstelle für die
Überprüfung von Herstellern von Bauprodukten und Anwendern von Bauarten entsprechend
Teil IV und als Überwachungsstelle für die Überwachung von Tätigkeiten mit Bauprodukten und
bei Bauarten entsprechend Teil V des Verzeichnisses der PÜZ-Stellen nach Landesbauordnungen
anerkannt.
Tabelle 2: Zuständigkeiten der PÜZ-Stellen nach Landesbauordnung
Bauprodukte/
Bauarten
Prüfstellen-/
Überwachungsstellenleiter
Zertifizierungsstellenleiter
von DIN 1045 abweichende Betone
Dipl.-Ing. (FH)
St. Vannahme
W. Brameshuber
Dipl.-Ing.
M. Graubohm
W. Brameshuber
Beton-ÜK2-Baustellen
Putze
Mauerwerk
Thomas Krüger
42
7
Veranstaltungen
VERANSTALTUNGEN DES LEHRSTUHLS FÜR BAUSTOFFKUNDE
47. Aachener Baustofftag, 9. April 2014
„Neue Erkenntnisse zu Betonzusatzstoffen“
 Begrüßung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brameshuber, Institut für Bauforschung, RWTH Aachen University
 Überblick über Entwicklungen bei Fasern
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brameshuber, Institut für Bauforschung, RWTH Aachen University
 Bericht aus dem RILEM Kommittee SCM (Supplementary Cementitious Materials)
Dr.-Ing. Anya Vollpracht, Institut für Bauforschung, RWTH Aachen University
 Hüttensand als Betonzusatzstoffe I
Dr.-Ing. Volker Feldrappe, FEhS - Institut für Baustoff-Forschung e.V., Duisburg
 Hüttensand als Betonzusatzstoffe II
Dipl.-Ing. Christina Nobis, Institut für Bauforschung, RWTH Aachen University
 Flugaschen für die Verbesserung des AKR-Widerstands
Prof. Dr.-Ing. Detlef Heinz, Technische Universität München
 Asche aus Reisschalen
Prof. Dr.-Ing. Thomas A. Bier, Technische Universität Bergakademie Freiberg
 Flugasche und Sulfatwiderstand
Dipl.-Ing. Johannes Haufe, Institut für Bauforschung, RWTH Aachen University
 Geopolymere – Alternative zu Zement
Dipl.-Min. Eugen Kleen, MC-Bauchemie Müller GmbH & Co, Bottrop
Zu diesem Baustofftag durften wir ca. 100 Teilnehmer im Eurogress Aachen begrüßen.
43
Veranstaltungen
Prof. Dr.-Ing. Thomas A. Bier referierte über
Asche aus Reisschalen
Flugasche-Workshop
In diesem Jahr lud der Lehrstuhl alle Flugaschehersteller, die Produkte vom ibac überwachen lassen, zur 16. Fachveranstaltung dieser Art ein. Auch in diesem Jahr konnten auf dieser Veranstaltung wieder Vertreter der vom ibac überwachten Kraftwerke begrüßt werden.
Auf diesem Flugasche-Workshop wurden Vorträge über den aktuellen Stand der Flugaschenormen
und die Zertifizierung von Flugaschen nach BauPVO gehalten. Ein Grundlagenvortrag über die
Wirkungsweise von Flugasche in Beton rundete die Veranstaltung ab.
Der Flugasche-Workshop wird auch 2015 stattfinden.
Stefan Vannahme
44
8
Publikationen
PUBLIKATIONEN
8.1 in wissenschaftlichen Zeitschriften
Brameshuber, W. ; Graubohm, M.:
Neues Mörtelsystem für Dünnbettmauerwerk - "Mörtelband".
In: Mauerwerk 18 (2014), Nr. 1, S. 2–14 ISSN 1432-3427
Formfaktoren für Mauersteine.
Sanierungsverfahren auf Materialeigenschaften abstimmen. Teil 1: Gut untersucht ist halb geplant.
Teil 2: Prüfergebnisse + Erfahrung = Sicherheit.
In: Bauen im Bestand B + B 37 (2014), Nr. 3, S. 22–26, Nr. 5, S. 57–61 ISSN 2190-9504
Brameshuber, W. ; Saenger, D.:
Zustimmungsverfahren einer gelochten Parkhausfassade aus Klinkern.
Brameshuber, W. ; Saenger, D. ; Winkels, B.:
Neue Entwicklungen im Mauerwerkbau.
In: Mauerwerk 18 (2014), Nr. 3/4, S. 151–163 ISSN 1432-3427
Brameshuber, W.:
Nicht genormtes Architekturmauerwerk, Rationalisierung und 9/11.
In: Mauerwerk 18 (2014), Nr. 1, S. 1 ISSN 1432-3427
Brameshuber, W.:
Freude an Innovationen in der Baustofftechnik.
In: Bauingenieur (2014), Jahresausgabe 2014/2015, S. 104–108
Brameshuber, W., Mechtcherine, V. ; Gorges, M. ; Schroefl, C. ; Assmann, A.; Bettencourt Ribeiro,
A. ; Cusson, D. ; Custodio, J. ; Fonseca da Silva, E. ; Ichimiya, K. ; Igarashi, S.-I. ; Klemm, A. ;
Kovler, K. ; Mendonca Lopes de, A.N. ; Lura, P. ; Nguyen, V.T. ; Reinhardt, H.-W. ; Toledo Filho,
R.D. ; Weiß, J. ; Wyrzykowski, M. ; Ye, G. ; Zhutovsky, S.:
Effect of Internal Curing by Using Superabsorbent Polymers (SAP) on Autogenous Shrinkage and
Other Properties of a High-Performance Fine-Grained Concrete: Results of a RILEM Round-Robin
Test.
In: Materials and Structures (RILEM) 47 (2014), Nr. 3, S. 541–562 ISSN 1359-5997
Nobis, C.:
Erhöhung des Recyclinganteils bei der Betonherstellung.
In: Beton 64 (2014), Nr. 9, S. 17 = Fachtagung Praxis Transportbeton, Hamburg, 3. und 4. September 2014 ISSN 0005-9846
45
Publikationen
8.2 auf wesentlichen Fachkongressen
Brameshuber, W.:
Überblick über die Entwicklungen bei Fasern. Aachen : Institut für Bauforschung, 2014.
In: Neue Erkenntnisse zu Betonzusatzstoffen, 47. Aachener Baustofftag, Aachen, 09. April 2014,
36 Seiten
Graubohm, M. ; Brameshuber, W.:
Crack Safety of Non-Load Partition Walls Made of Autoclaved Areated Concrete. Guimaraes :
Chapa5, 2014.
In: Proceedings of the 9th International Masonry Conference, Guimaraes, July 7 - 9, 2014,
(Lourenco, P.B. ; Haseltine, B.A. ; Vasconcelos, G. (Eds.)), 12 Seiten ISBN 978-972-8692-85-8
Haufe, J.:
Flugasche und Sulfatwiderstand. Aachen : Institut für Bauforschung, 2014.
21 Seiten
Nebel, H.:
Requirements on Building Materials Concerning Durability. Potsdam : Xella, 2014.
In: 10 Years Xella Research on Building Materials, Symposium, Potsdam, 4th September 2014, 6
Seiten
Nobis, C.:
Entwicklung von Anwendungsregeln für Hüttensandmehl als Betonzusatzstoff. Teil 2: k-Wert Konzept und Equivalent Concrete Performance Concept (ECPC). Aachen : Institut für Bauforschung,
2014.
25 Seiten
Saenger, D. ; Brameshuber, W.:
Stability of Lightweight Masonry Basement Walls for an Out-of-Plane Loading. Guimaraes :
Chapa5, 2014.
In: Proceedings of the 9th International Masonry Conference, Guimaraes, July 7 - 9, 2014,
(Lourenco, P.B. ; Haseltine, B.A. ; Vasconcelos, G. (Eds.)), 12 Seiten ISBN 978-972-8692-85-8
Vollpracht, A.:
Bericht aus dem RILEM COMMITTEE TC 238-SCM: Hydration and Microstructure of Concrete
with Supplementary Cementitious Materials. Aachen : Institut für Bauforschung, 2014.
26 Seiten
46
Publikationen
8.3 in wesentlichen Büchern
Brameshuber, W.:
Mit Baustoffen Neues wagen! Hannover : Institut für Baustoffe.
In: Schriftenreihe Berichte aus dem Institut für Baustoffe (2014), Nr. 12 Festschrift Ludger Lohaus
zur Vollendung des sechzigsten Lebensjahres, S. 97–105 ISBN 978-3-936634-13-6
Brameshuber, W.:
Eigenschaften von Mauersteinen, Mauermörtel, Mauerwerk und Putzen : Properties of Masonry
Units, Mortars, Masonry and Plasters. Berlin : Ernst & Sohn.
In: Mauerwerk-Kalender 39 (2014), S. 3–34 ISBN 978-3-433-03070-7
47
9
Mitarbeit in Ausschüssen
 Réunion Internationale des Laboratoires d'Essais et de Recherches sur les Matériaux et
les Constructions (RILEM)
RILEM-Delegierter Deutschlands: Brameshuber
RILEM – member of bureau (Brameshuber)
TC 222-SCF Simulation of Fresh Concrete Flow (Brameshuber)
TC 225-SAP Application of Super Absorbent Polymers in Concrete Construction (Brameshuber)
TC 232-TDT Test Methods and Design of Textile-Reinforced Concrete
(Brameshuber – Convenor, Hinzen)
TC 233-FPC Form Pressure Generated by Fresh Concrete (Brameshuber)
TC 238-SCM Hydration and Microstructure of Concrete with Supplementary Cementitious Materials (Brameshuber, Vollpracht)
TC 244-NUM Numerical Modelling of Cement-Based Materials (Brameshuber)
TC TDK Testing methods for determination of double-K criterion for crack propagation in concrete (Brameshuber)
Technical Committee SRT Sulfate resistance testing (Brameshuber, Haufe)
 Comité Européen de la Normalisation (CEN)
TC 125 Mauerwerk
WG 4 Prüfverfahren (Brameshuber)
TC 104 Beton
SC 1 Normung EN 206
– WG 4 Fly Ash (Brameshuber)
– WG 9 Silica Fume (Brameshuber)
 Fédération Internationale du Béton (fib)
TG 8.12 SCM – Constitutive Laws for Concretes with Supplementary Cementitious Materials
(Brameshuber, Vollpracht)
48
 Sachverständigenausschüsse des Deutschen Instituts für Bautechnik, Berlin (DIBt)
 Betontechnologie
– A - Grundsatzfragen Bauprodukte (Brameshuber)
– B1 - Bindemittel (Brameshuber)
– B2 - Betonzusatzmittel (Brameshuber – Obmann)
– B3 - Betonzusatzstoffe (Brameshuber – Obmann)
– B5 - Sonderbetone (Brameshuber)
– B1 - Faserzementprodukte (Brameshuber)
– PG Sulfatangriff (Brameshuber – Obmann)
– PG Frost- und Frost-Tausalzprüfung (Brameshuber)
– PG Textilbetonverstärkung (Brameshuber)
 Mauerwerk
– B1 - Wandbauelemente (Brameshuber)
– B2 - Mauermörtel (Brameshuber)
 Umweltschutz
– A - Grundsatzfragen Umweltschutz (Vollpracht)
– B – Baustoffe (Vollpracht)
– PG Prüfverfahren zur Umweltbewertung (Vollpracht)
– PG Boden- und Grundwassergefährdung (Vollpracht, Brameshuber)
– PG Beton (Vollpracht, Brameshuber)
– PG Beregnete Bauteile (Brameshuber, Vollpracht)
– AG Modellierung Dach und Fassade (Brameshuber)
49
 Deutsches Institut für Normung (DIN)
– Normenausschuss Bauwesen (NABau)
 Fachbereich 6 Mauerwerksbau
– Lenkungsgremium NABau-Fachbereich 06 Mauerwerksbau (Brameshuber)
– Arbeitsausschuss DIN 1053-3 Bewehrtes Mauerwerk (Brameshuber)
– Arbeitsausschuss DIN 1053-4 Mauerwerk; Bauten aus Fertigteilen (Brameshuber)
– Arbeitsausschuss DIN 1053-5 Bauen mit großformatigen Planelementen (Brameshuber)
– Arbeitskreis Baustoffe zu EC 6 (Brameshuber – Obmann, Graubohm)
– Arbeitskreis Bemessung zu EC 6 (Brameshuber)
– Arbeitskreis Weiterentwicklung Eurocode 6 (Brameshuber)
– Spiegelausschuss Mauerwerksbau (SpA zu CEN/TC 125, CEN/TC 250/SC 6) (Brameshuber)
– Spiegelausschuss Mauermörtel (SpA zu CEN/TC 125/WG 2) (Brameshuber)
– Spiegelausschuss Prüfverfahren (SpA zu CEN/TC 125/WG 4) (Brameshuber – Obmann,
Graubohm)
– Koordinierungsausschuss Mauersteine (SpA zu CEN/TC 125/WG 1)
(Brameshuber – Obmann, Graubohm)
– Arbeitsausschuss Erdbebensicherheit von Mauerwerk (Brameshuber)
– Spiegelausschuss Putzmörtel (SpA zu CEN/TC 125/WG 5, CEN/TC 125/WG 2) (Saenger)
– Arbeitsausschuss Wandbaustein und -platten aus Porenbeton (Brameshuber – Obmann)
– Arbeitsausschuss Mauerziegel (Brameshuber)
– Arbeitsausschuss Beton-, Leichtbeton-Mauersteine und Leichtbeton-Wandbauplatten
(Brameshuber)
– Arbeitsausschuss Kalksandstein (Brameshuber)
– Arbeitsausschuss Werkmörtel (Brameshuber)
 Fachbereich 7 Beton und Stahlbeton / Deutscher Ausschuss für Stahlbeton
Deutscher Ausschuss für Stahlbeton – Vorstand ( Brameshuber)
Lenkungsgremium NA Bau Fachbereich 07 Beton- und Stahlbetonbau (Brameshuber)
50
Arbeitsausschuss Betontechnik (Brameshuber)
– Spiegelausschuss TC 104 SC 1 WG 4, WG 9 und WG 15 Zusatzstoffe (Brameshuber)
– Technischer Ausschuss Umwelt (Brameshuber - Obmann, Vollpracht)
Arbeitsausschuss NA Fasern für Beton (Brameshuber)
Arbeitsausschuss Betonzusatzstoffe (SpA zu CEN/TC 104/WG4, WG9, WG15) (Brameshuber)
Arbeitsausschuss Zement (SpA zu CEN/TC 51 und ISO/TC 74) (Brameshuber)
 Verschiedene
– Gemeinschaftsausschuss NA 005 53 01 GA NABAU/NAW; Boden und Grundwasser
(Brameshuber)
– Arbeitskreis STLB-Bau, LB 013 (Brameshuber)
 Bundesminister für Verkehr bzw. Bundesanstalt für Straßenwesen
ZTV-ING Arbeitsgruppe Massivbau (Brameshuber)
 Deutscher Beton- und Bautechnikverein (DBV)
– Beratendes Mitglied (Brameshuber)
– Bausachverständiger (Brameshuber)
– Ausbildungsbeirat Beton (Brameshuber)
– HABT-AK Chemischer Angriff (Brameshuber, Vollpracht)
 Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP)
Fachausschuss Zerstörungsfreies Prüfen im Bauwesen (Brameshuber)
51
Personal
10 PERSONAL
Lehrstuhlleitung
Wolfgang Brameshuber, Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Assistenz Prof. Brameshuber
Dorothée Slaats
Juniorprofessur
Umweltverträglichkeit von Baustoffen /
Bindemittel
Juniorprofessorin (ab 01.06.14)
Anya Vollpracht, Prof. Dr.-Ing.
Betriebsleitung
Thomas Krüger, Dr.
Lehre / Organisation
Personalangelegenheiten und
Öffentlichkeitsarbeit
Sigrid Hubatsch
Information / Textverarbeitung
Rüdiger Schwarz
Koordination Lehre
Dorothée Slaats
Prüfstellen für bauaufsichtlich relevante Produkte
Bereich Bindemittel, Beton
Stefan Vannahme, Dipl.-Ing.(FH)
Bereich Mauerwerk
Markus Graubohm, Dipl.-Ing.
Verwaltung / Technik / IT / Werkstatt
Valeria Ciorba, Dipl.-Ök.
Kaufmännische Verwaltung
Gabriele Foerster
Bibliothek
Karola Küster
Grafik
Ute Leonhardt, Dipl.-Des.(FH)
IT-Services
Andreas Geister
Rainer Krickel (Leiter)
Christian Müller
Werkstatt
Dennis Breuer (Auszubildender)
Vincent Mabbett (Auszubildender)
52
Personal
Arbeitsgruppen
Anya Vollpracht, Prof. Dr.-Ing.
(Arbeitsgruppenleiterin,
Juniorprofessorin ab 01.06.14)
Johannes Haufe, Dipl.-Ing.
Michael Kraus, Dipl.-Ing.
(ab 01.07.14)
von Baustoffen / Bindemittel
Patrick Hartwich, M. Sc.
(ab 15.05.2014)
Xiaochen Lin, M. Sc.
Christina Nobis, Dipl.-Ing.
Stefan Vannahme, Dipl.-Ing. (FH)
Joachim Hannawald, Dr.-Ing. Dipl.-Phys.
(Arbeitsgruppenleiter ab 01.10.14)
Christiane Kerschl, Dipl.-Ing.
Michael Kraus, Dipl.-Ing.
Beton
(bis 30.06.14)
Simon Cleven, M. Sc.
(ab 01.04.2014)
Christian Neunzig, Dipl.-Ing.
Wolfgang Brameshuber, Prof. Dr.-Ing.
(Arbeitsgruppenleiter)
Markus Graubohm, Dipl.-Ing.
Mauerwerk
Dorothea Saenger, Dipl.-Ing.
Bernd Winkels, Dipl.-Ing.
Holger Nebel, Dr. rer. nat.
(Arbeitsgruppenleiter)
Mineralogie und
Anorganische Chemie
Nadine Höhne, M. Sc.
Gabriele Losch
Astrid Skrotzki
Labor
Doris Ruppelt, Dipl.-Ing. (FH)
53
Personal
Baustofflabore
Stefan Vannahme, Dipl.-Ing. (FH) (Leiter)
Sandra Clesius
Bereich Arbeitsgruppe Bindemittel
Jörg Klippel
Peter Meyer
Thomas Apweiler (Leiter)
Frank Engelmann
Wolfgang Föller
Bereich Arbeitsgruppe Beton
Hans Streb
Günter Wiwianka
Manuel Wagner (Auszubildender)
Niklas Wilden (Auszubildender)
Günther Albers
Ranko Pavlovic
Bereich Arbeitsgruppe Mauerwerk
Felix Otte
Zusätzlich unterstützen 26 studentische Hilfskräfte den Lehrstuhl bei der Bearbeitung von
Projekten.
54
Personal
Neue Mitarbeiter
Als neuer Mitarbeiter verstärkt
Simon Cleven, M. Sc.
seit dem 01. April 2014 die Arbeitsgruppe Beton.
Seit dem 15. Mai 2014 arbeitet
Patrick Hartwich, M. Sc.
in der Gruppe Umweltverträglichkeit von Baustoffen / Bindemittel.
55
56
Institut für Bauforschung
Postfach, 52056 Aachen, GERMANY
+49 (0) 241 80-951 00
+49 (0) 241 80-921 39
[email protected]

Jahresbericht 2014 - Institute of Building Materials Research and

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