There is an increasing need for the development of novel technologies for tunnel construction in difficult geological conditions to protect segmental linings from unexpected large deformations. In the context of mechanized tunneling, one method to increase the damage tolerance of tunnel linings in such conditions is the integration of a compressible two-component grout for the annular gap between the segmental linings and the deformable ground. In this regard, expanded polystyrene (EPS) lightweight concrete/mortar has received increasing interest as a potential “candidate material” for the aforementioned application. In particular, the behavior of the EPS lightweight composites can be customized by modifying their pore structure to accommodate deformations due to specific geological conditions such as squeezing rocks. To this end, novel compressible cementitious EPS-based composite materials with high compaction potential have been developed. Specimens prepared from these composites have been subjected to compressive loads with and without lateral confinement. Based on these experimental data a computational model based on the Discrete Element Method (DEM) has been calibrated and validated. The proposed calibration procedure allows for modeling and prognosis of a wide variety of composite materials with a high compaction potential. The calibration procedure is characterized by the identification of physically quantifiable parameters and the use of phenomenological submodels. Model prognoses show excellent agreement with new experimental measurements that were not incorporated in the calibration procedure.
In Betonbauwerken können zyklische Belastungen bereits lange vor einem Ermüdungsversagen zu Degradationserscheinungen im Mikrogefüge führen. In Kombination mit anderen Einwirkungen, z. B. alkalihaltige Taumittel oder Meerwasser, kann dadurch die Dauerhaftigkeit beeinträchtigt werden. Bei den zyklischen Belastungen ist zwischen lastabhängigen und lastunabhängigen zu unterscheiden. Lastunabhängige wiederkehrende Beanspruchungen stellen sich insbesondere durch thermische, in Sonderfällen auch durch hygrische Verformungen im Jahres‐ und Tagesgang ein. Lastabhängige zyklische Beanspruchungen können unterschiedlicher Natur sein, z. B. infolge Verkehr auf Fahrbahnen oder Brücken oder bei Windkraftanlagen infolge der Rotorblätter. Um den Einfluss der zyklischen Belastungen auf die Degradation und in Folge auf die Dauerhaftigkeit zeitraffend erfassen zu können, wurde am Lehrstuhl für Baustofftechnik der Ruhr‐Universität Bochum ein Mehrfachprüfstand für solche Beanspruchungen entwickelt. Dieser Prüfstand erlaubt eine praxisnahe Simulation zyklischer Lasten an großformatigen Betonkörpern. Die Entwicklung, das Funktionsprinzip sowie der erfolgreiche Einsatz des Mehrfachprüfstandes in mehreren Forschungsvorhaben werden in dieser Veröffentlichung dargestellt.
Die Eignung hüttensandhaltiger Zemente sowie von Steinkohlenflugaschen zur Vermeidung einer betonschädigenden Alkali‐Kieselsäure‐Reaktion (AKR) im Beton ist hinreichend bekannt. Im deutschen Betonstraßenbau werden entsprechende Bindemittel jedoch nur selten eingesetzt, da eine Verschlechterung des Frost‐Tausalz‐Widerstands des Betons erwartet wird, insbesondere bei hohen Klinkersubstitutionsraten. Die zweischichtige Bauweise von Fahrbahndecken bietet hier die Möglichkeit, Zemente mit erhöhtem Hüttensandanteil nur im Unterbeton einzusetzen, während im hochbelasteten, dünnen Oberbeton weiterhin klinkerreiche Zemente verwendet werden. So kann die Gefahr einer schädigenden AKR im Unterbeton vermindert werden, ohne den Frost‐Tausalz‐Widerstand der Fahrbahndecke zu beeinträchtigen. Diese Herangehensweise wird im aktuellen Regelwerk (TL Beton‐StB 07) allerdings noch ausgeschlossen. Für den Ober‐ und Unterbeton ist ein Zement der gleichen Art und Festigkeitsklasse zu verwenden. Weiterhin ist die Anrechnung von Steinkohlenflugasche auf den Wasserzementwert von Straßenbeton nicht zulässig. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens sollten daher die notwendigen theoretischen sowie labortechnischen Kenntnisse gewonnen werden, um die Chancen und Risiken einer flexibleren Bindemittelanwendung im Betonstraßenbau einzuschätzen.
Deck caps of bridges—in Germany shortly known as “bridge caps”—are usually made of steel reinforced concrete to form the anchoring area for the guardrail of bridge deck edges on existing cantilever slabs. Combined with protective devices, the outside arranged deck caps provide safety against lateral breaking or crashes of vehicles. Due to their exposed position in the cross section of bridges and the particularly intensive stresses, the deck caps are considered as wear parts and have to be renewed several times during the service life of a bridge. The decisive factor here is the discrepancy between the frost resistance of the concrete and the crack width restriction. On the one hand, only very small cracks (<0.2 mm) can be accepted to prevent corrosion of the rebars under the strong exposure of these elements. To confine crack widths without applying an excessively high degree of reinforcement, a low concrete compressive strength is advantageous. On the other hand, a sufficient frost resistance requires a correspondingly high compressive strength. With carbon reinforcement, these contrary points could be defused and simultaneously the needed durability could be provided. Therefore, slightly modified deck cap concretes combined with a carbon reinforcement mesh were tested to examine the bond behavior with and without freeze–thaw attack. To prove the characteristics of this combined system, the crack formation and crack distribution were investigated experimentally. The test results were compared to calculated values from a mathematically tool to be able to develop different reinforcement concepts in future that can ensure an optimized crack formation and crack width for deck caps.
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