Development of Effective Textile-Reinforced Concrete Noise Barrier

Thin-walled, high-strength concrete elements exhibiting low system weight and great slenderness can be created with a large degree of lightweight structure using the textile-reinforced, load-bearing concrete (TRC) slab and a shell with a very high level of sound absorption. This was developed with the objective of lowering system weight, and then implemented operationally in construction. Arising from the specifications placed on the load-bearing concrete slab, the following took place: an adapted fine-grain concrete matrix was assembled, a carbon warp-knit fabric was modified and integrated into the fine concrete matrix, a formwork system at prototype scale was designed enabling noise barriers to be produced with an application-oriented approach and examined in practically investigations within the context of the project. This meant that a substantial lowering of the load-bearing concrete slab’s system weight was possible, which led to a decrease in transport and assembly costs

Carbonbeton-Schalendemonstrator

Ein Carbonbeton-Schalentragwerk, das im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 1542 „Leicht Bauen mit Beton“ von der TU Chemnitz entwickelt wurde, wurde nach Projektabschluss erfolgreich errichtet.A carbon reinforced concrete shell structure which wasdeveloped by Chemnitz University of Technology as part of the DFG Priority Programme SPP 1542 “Concrete ligth” was successfully erected after the project was completed

Automatisierte Herstellungstechnologie zur Fertigung von dünnwandigen 3D-geformten Verbundelementen für nachhaltige energieeffiziente Fassadenlösungen – „GreenFACE“

Zielstellung des Forschungsprojektes war die Entwicklung eines montagefertigen Verbundsystems aus vorgefertigten Elementen, Verankerungen und Unterkonstruktion zur Umsetzung nachhaltiger Fassadenlösungen. Dabei wurde ein neuer mineralischer Materialverbund mit textiler Verstärkung eingesetzt, der die Fertigung extrem dünnwandiger 3D-geformter Elemente mit hoher Passgenauigkeit gestattet. Das somit eröffnete sehr große Leichtbaupotential geht mit einer starken Gewichtsreduktion einher und ermöglicht damit erhebliche Ressourcen- und Energieeinsparungen. ...The aim of the research project was the development of an assembly working system consisting of careful elements, anchors and substructure for the development of leading facade solutions. Has become a new mineral composite material with a textile ef ect, which allows the production of extremely narrow-walled 3D high-performance elements with a high degree of accuracy. This means that there is a very great potential for lightweight construction, with a strong weight reduction and thus enables what it is to do. ..

Wiederverwendbare flexible GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen

Für die Herstellung großformatiger dünnwandiger Schalentragwerke bedarf es geeigneter Schalungssysteme, die eine frei geformte Geometrie, eine erhöhte Wiederverwendbarkeit sowie eine glatte Sichtbetonqualität der Elemente ohne Fehlstellen (Architekturbeton) in Kombination mit einer hohen Produktivität gestatten [1]. Derzeit ist die Herstellung frei geformter Beton-Leichtbauelemente sowohl mit einem erheblichen Material- und Montageals auch Kostenaufwand verbunden [2]–[4]. Zu üblichen Schalungstechniken zählen konventionell segmentierte Holz- und Stahlsysteme, pneumatisch gestützte und modellierte Schalungen sowie deren Kombinationen. Für einfach verformbare Schalungssysteme sind dazu einige Patente angemeldet worden, z. B. [5]–[7]. Aktuelle Forschungen (wie bspw. [8]–[11]) beschäftigen sich weiterhin mit flexiblen Schalungssystemen, die über zahlreiche einstellbare Aktuatoren frei formbare Flächen mit zumeist polymeren Schalhäuten erzeugen.For the production of large-size concrete shell structures with thin walls, it is necessary to provide formwork systems, which permit freely formed geometries, enhanced reusability and smooth, fair-faced concrete quality of the elements without defects (architectural concrete) in combination with high productivity [1]. Currently, the production of lightweight, freeformed concrete elements is characterized by high material and installation eff orts as well as costs [2]–[4]. Common formwork techniques include segmented systems made of wood or steel, pneumatically supported and modelled formworks as well as combinations thereof. There are some pending patents on simply deformable formwork systems, e.g. [5]–[7]. Furthermore, recent research activities encompass flexible formwork systems, which generate free-form areas with the help of numerous adjustable actuators and polymer membranes [8]–[11]

Gekrümmte Beton-Leichtbauelemente mit bionisch inspirierten Krafteinleitungssystemen durch Einsatz flexibler GFK-Schalungen

Die Architektur des 21. Jahrhunderts ist geprägt von der freien Formfindung, wobei Ressourceneinsparung in Kombination mit Funktionsintegration immer stärker in den Fokus effizienter Bauweisen rücken. Klassische Werkstoffe, wie z. B. Stahlbeton, stoßen hinsichtlich organischer Formen und Funktionalisierung schnell an ihre Grenzen. Darüber hinaus sind beim Stahlbeton aufgrund der Korrosionsneigung der Stahlbewehrung hohe Betonüberdeckungen gefordert, was der Umsetzung filigraner Bauweisen mit geringen Dicken entgegensteht (s. etwa [1], [2]). Daher ist die Erforschung von neuartigen Betonstrukturen mit Leichtbaueigenschaften unter Anwendung von textilen Bewehrungen seit einigen Jahren Gegenstand intensiver wissenschaftlicher Arbeiten, z. B. in den DFG-SFB 528 und 532, im BMBF-Vorhaben C³ und zahlreichen internationalen Projekten, z. B. [1], [3]–[5]). [Aus: Ausgangsfragen und Zielsetzung]The architecture of the 21st century is characterized by free form finding, whereby saving resources in combination with functional integration are increasingly important for efficient construction methods. Classic materials, such as steel reinforced concrete, quickly reach their limits in terms of organic shapes and functionalization. In addition, due to the corrosion tendency of the steel reinforcement, high concrete coverings are required, which prevents the implementation of filigree construction methods with small thicknesses (see e.g. [1], [2]). Therefore, the research of new types of concrete structures with lightweight properties using textile reinforcement has been the subject of intensive scientific work for some years, e.g. DFG–SFB 528 and 532, BMBF project C³ and numerous international projects, e.g. [1], [3]–[5]). [Off: Initial questions and objectives

Flexible GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen mit stabilisierten Abstandsgewirken

Zur effizienten Fertigung gekrümmter Freiformschalen mit großen Abmessungen wurde ein neuer konstruktiv-technologischer Lösungsansatz in Form eines flexibel formbaren, mehrschichtigen Schalungssystems aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) erarbeitet. Diese GFK-Schalungselemente gestatten unter Ausnutzung ihres anisotropiebedingten Strukturverhaltens eine gezielte Einstellung von definierten Krümmungszuständen. In umfassenden Untersuchungen zum Systemaufbau der entwickelten GFK-Schalungen und Beton-Leichtbauelemente mit stabilisierten Abstandsgewirken wurden repräsentative, gekrümmte Freiformflächen mit verschiedenen Krümmungsradien entworfen, numerisch berechnet, hergestellt sowie die Konturengenauigkeit und die belastungsgerechte Integration der Gewirke verifiziert

Funktionsintegrative Leichtbaustrukturen für Tragwerke im Bauwesen

In den letzten Jahren gewinnt der Leichtbau im Bauwesen im Zuge der Ressourceneinsparung wieder stärker an Bedeutung, denn ohne eine deutliche Steigerung der Effizienz ist zukunfts-fähiges Bauen und Wohnen nur schwer zu bewerkstelligen. Optimiertes Bauen, im Sinne der Errichtung und Unterhaltung von Bauwerken mit geringem Einsatz an Material, Energie und Fläche über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes hinweg, bedarf des Leichtbaus in punkto Material, Struktur und Technologie. In der vorliegenden Arbeit wird ein wissenschaftlicher Überblick zum aktuellen Stand der eigenen Forschungen in Bezug auf funktionsintegrativen Leichtbau im Bauwesen gegeben sowie erweiterte Methoden und Ansätze abgeleitet, die eine Konzeption, Bemessung und Erprobung von neuartigen Hochleistungs-Tragstrukturen in Leichtbauweise gestatten. Dabei steht die Entwicklung leistungs-starker und zugleich multifunktionaler Werkstoffkombinatio-nen und belastungsgerecht dimensionierter Strukturkomponenten unter dem Aspekt der Gewichtsminimalität in Material und Konstruktion im Fokus. Ein breit gefächertes Eigen-schaftsprofil für \"maßgeschneiderte\" Leichtbauanwendungen besitzen textilverstärkte Ver-bundbauteile, denn sowohl die Fadenarchitektur als auch die Matrix können in weiten Berei-chen variiert und an die im Bauwesen vorliegenden komplexen Anforderungen angepasst werden. In der vorliegenden Arbeit werden hierzu vor allem Methoden und Lösungen anhand von Beispielen zu: multifunktionalen Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV), funktionsintegrier-ten faserverstärkten mineralischen Tragelemente und Verbundstrukturen in textilbewehrter Beton-GFK-Hybridbauweise betrachtet. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Schaffung von materialtechnischen, konstruktiven und technologischen Grundlagen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Leichtbauidee über Demonstrator und Referenzobjekt bis hin zur technologischen Umsetzung zur Überführung der Forschungsergebnisse in die Praxis.In the last few years, lightweight construction in the building sector has gained more and more importance in the course of resource saving. Without a significant increase in efficiency, future-oriented construction and resource-conserving living is difficult to achieve. Optimized building, in the sense of the erection and maintenance of buildings with little use of material, energy and surface over the entire life time cycle of a building, requires lightweight design in terms of material, structure and technology. In this thesis, a scientific overview of the current state of research on function-integrative light-weight construction in architecture is presented. Furthermore, advanced methods and research approaches were developed and applied, that allows the design, dimensioning and testing of novel high-performance supporting structures in lightweight design. The focus is on the development of high-performance, multi-functional material combinations and load-adapted structural elements, under the aspect of weight minimization in material and construction. Textile-reinforced composites have a broad range of material properties for optimized \"tailor-made\" lightweight design applications, since the thread architecture as well as the matrix can be varied within wide ranges and can adapted to the complex requirements in the building industry. Within the scope of this thesis, methods and solutions are examined in the field of: multifunc-tional fiber-reinforced plastics (FRP), function-integrated fiber-reinforced composites with mineral matrix (TRC) and textile-reinforced hybrid composites (BetoTexG: combination of TRC and FRP). In this connection the creation of material, structural and technological foundations along the entire value chain is of central importance: From the lightweight design idea to the demonstrator and reference object, to the technological implementation for the transfer of the research results into practice

The Durability and Performance of Short Fibers for a Newly Developed Alkali-Activated Binder

This study reports the development of a fiber-reinforced alkali-activated binder (FRAAB) with an emphasis on the performance and the durability of the fibers in the alkaline alkali-activated binder (AAB)-matrix. For the development of the matrix, the reactive components granulated slag and coal fly ash were used, which were alkali-activated with a mixture of sodium hydroxide (2–10 mol/L) and an aqueous sodium silicate solution (SiO2/Na2O molar ratio: 2.1) at ambient temperature. For the reinforcement of the matrix integral fibers of alkali-resistant glass (AR-glass), E-glass, basalt, and carbon with a fiber volume content of 0.5% were used. By the integration of these short fibers, the three-point bending tensile strength of the AAB increased strikingly from 4.6 MPa (no fibers) up to 5.7 MPa (carbon) after one day. As a result of the investigations of the alkali resistance, the AR-glass and the carbon fibers showed the highest durability of all fibers in the FRAAB-matrix. In contrast to that, the weight loss of E-glass and basalt fibers was significant under the alkaline condition. According to these results, only the AR-glass and the carbon fibers reveal sufficient durability in the alkaline AAB-matrix

An Alkali Activated Binder for High Chemical Resistant Self-Leveling Mortar

This paper reports the development of an Alkali Activated Binder (AAB) with an emphasis on the performance and the durability of the AAB-matrix. For the development of the matrix, the reactive components granulated slag and coal fly ash were used, which were alkali activated with a mixture of sodium hydroxide (2 - 10 mol/l) and aqueous sodium silicate solution (SiO2/Na2O molar ratio: 2.1) at ambient temperature. A sodium hydroxide concentration of 5.5 mol/l revealed the best compromise between setting time and mechanical strengths of the AAB. With this sodium hydroxide concentration, the compressive and the 3-point bending tensile strength of the hardened AAB were 53.4 and 5.5 MPa respectively after 14 days. As a result of the investigation of the acid resistance, the AAB-matrix showed a very high acid resistance in comparison to ordinary Portland cement concrete. In addition, the AAB had a high frost resistance, which had been validated by the capillary suction, internal damage and freeze thaw test with a relative dynamic E-Modulus of 93% and a total amount of scaled material of 30 g/m2 after 28 freeze-thaw cycles (exposure class: XF3)