Beton- und Stahlbetonbau最新文献

Modulares Bauen ermöglicht die serielle Vorfertigung von Bauelementen und verlagert Herstellungsprozesse von der Baustelle in die geschützte Umgebung des Fertigteilwerks. In einer Serienfertigung mit hinreichenden Stückzahlen wird die Rationalisierung, Digitalisierung und Automatisierung von Fertigungsprozessen wirtschaftlich und Skaleneffekte können ausgeschöpft werden. Bei der konstruktiven Umsetzung von modularen Baustrukturen steht der entwerfende Ingenieur vor der Herausforderung, diese in sinnvolle Module zu gliedern und Fügestellen tragfähig und dauerhaft auszubilden. Der vorliegende Beitrag stellt einen Modularisierungsansatz auf Basis der Segmentbauweise vor und beschreibt den Entwurf, die konstruktive Durchbildung und die Segmentherstellung einer 8,10 m langen Versuchsbrücke. Um besonders materialeffiziente und dünnwandige Betonquerschnitte ausbilden zu können und das Risiko der Bewehrungskorrosion zu vermeiden, werden hierbei nichtmetallische Carbonbewehrungen verwendet. Die Formgebung der Bewehrungselemente, welche derzeit noch eine technische Hürde in der Anwendung von Carbonbeton darstellt, wurde mithilfe von neulich entwickelten Verfahren des thermischen Umformens umgesetzt. Mit der Realisierung einer modularen Segmentbrücke mit thermisch umgeformter Carbonbewehrung möchten die Autoren zur Entwicklung von technischen Lösungen für modulare Tragstrukturen beitragen sowie neuartige Anwendungsmöglichkeiten von nichtmetallischen Bewehrungen aufzeigen.

Ziel dieser Veröffentlichung ist die vergleichende Ökobilanzierung von Instandsetzungsmaßnahmen nach TR-IH anhand eines Fallbeispiels. Hierbei wird eine fiktive zweigeschossige Tiefgarage betrachtet, deren Bodenplatte unbeschichtet ist und deren Zwischendecke zahlreiche Trennrisse aufweist. Anhand gängiger Chloriddiffusionsmodelle kann das zeitliche Chlorideindringen in die Bodenplatte und damit die zeitliche Entwicklung des Schädigungsgrades abgeschätzt werden. In Abhängigkeit vom Schädigungsgrad werden zulässige Instandsetzungsverfahren nach TR-IH ausgewählt und deren erforderliche Einzelmaßnahmen definiert, für die wiederum das Global Warming Potential (GWP) im Rahmen einer Ökobilanzierung berechnet wird. Somit kann abhängig vom Bauteilalter zum Zeitpunkt der Instandsetzung das GWP für verschiedene Instandsetzungsverfahren ermittelt werden. In einem weiteren Schritt werden praxisnahe Annahmen für Betrieb und Wartung getroffen, sodass das GWP der Instandsetzungsverfahren über die Restnutzungsdauer in Abhängigkeit vom Instandsetzungszeitpunkt ermittelt werden kann. Die Berechnungsergebnisse belegen, dass frühzeitige Instandsetzungen zu einem niedrigen GWP führen. Ferner sind behutsame Instandsetzungsverfahren ohne große Eingriffe in die Struktur (Verfahren 7.7, 7.8 oder 8.3) mit besonders geringem GWP verbunden. Vergleicht man KKS (Verfahren 10.1) mit dem Verfahren 7.2, so ist KKS deutlich günstiger bei der Rissinstandsetzung oder wenn über die Betriebsdauer Strom aus erneuerbaren Energien angesetzt wird.

Immer häufiger werden Spannbetonbrücken in Deutschland zurückgebaut. Problematisch ist dabei in der Regel die ungenügende Kenntnis über die Eigenschaften der verbauten Bestandsmaterialien. Insbesondere der Zustand der Spannglieder und des Verpressmörtels lässt sich nur schwer feststellen. Im Zuge des Rückbaus kann eine Durchtrennung der Spannglieder abseits der Koppelfugen aus bauablaufsbedingten Gründen von Vorteil sein. Voraussetzung für die Sicherstellung der Tragsicherheit des Rückbauabschnitts ist eine erfolgreiche Verbundverankerung der Spannglieder mit dem umgebenden Verpressmörtel, dem Hüllrohr und dem Beton. Neben einem guten Zustand der Spannglieder und des Verpressmörtels ist eine ausreichende Kenntnis dieses Verbundverhaltens daher essentiell. Angaben zu den Verbundeigenschaften des bei der Talbrücke Unterrieden verbauten Spannstahls ließen sich in der Literatur jedoch kaum finden. Daher wurden während des Rückbaus der Talbrücke Unterrieden Untersuchungen zur Erkundung des Zustands der Spannglieder durchgeführt. Dazu gehörten Rückdehnungsmessungen zur Ermittlung der vorhandenen Vorspannung und Zugversuche an Spannstäben, die im Anschluss an die Rückdehnungsmessungen aus dem Bauwerk entnommen wurden. Weiterhin wurden Verbundprobekörper aus der Brücke entnommen und im Labor getestet, um Rückschlüsse auf das Verankerungsverhalten der Spannglieder ziehen zu können. Anhand dieser Untersuchungen sollen die in der Rückbauplanung getroffenen Annahmen verifiziert werden.

Der Bausektor verursacht einen großen Teil des Verbrauchs natürlicher Ressourcen und ist zugleich Quelle der größten Abfallströme. Daher muss es Ziel sein, die Kreislaufwirtschaft im Bausektor zu verbessern. In diesem Zusammenhang wurde am Institut für Material- und Bauforschung der Hochschule München die Verwendung rezyklierter Gesteinskörnung über die technischen Baubestimmungen hinaus bis zu 100 % für Konstruktionsbetone untersucht. Die ersten Anwendungen von Beton mit 100 % rezyklierter Gesteinskörnung (100 % R-Beton) wurden bereits abgeschlossen. Basierend auf den Erkenntnissen aus den Forschungs- und Bauprojekten wurden Ökobilanzen erstellt, in denen 100 % R-Beton (zirkuläres System) mit Normalbeton (lineares System) für den Anwendungsfall C30/37 XC4/XF3 verglichen wurde. Die Ökobilanzen der beiden Produktsysteme wurden in Form von Nomogrammen aufbereitet, sodass Eingangsparameter wie z. B. Transportleistungen angepasst und eine grafische Auswertung zur Ermittlung des GWP durchgeführt werden können. Somit lassen sich basierend auf den durchgeführten Ökobilanzen leicht Empfehlungen für den Einsatz von 100 % R-Beton bzgl. der Verringerung des GWP in konkreten Anwendungsfällen geben. Dabei können auch andere Zemente nach einer einfachen Umrechnung berücksichtigt werden. Die Analysen zeigen, dass das zirkuläre System bei gleichen Transportleistungen und gleichem Zementgehalt jedoch etwas höherem FM-Gehalt ein geringfügig niedrigeres GWP aufweist.

Im vorliegenden Beitrag wird über acht Anwendungsbeispiele aus der Praxis für Beton mit 100 % rezyklierter Gesteinskörnung berichtet. Die Anwendungen umfassen bewehrte/unbewehrte Bohrpfähle, Fundamente, tragende Innen-/Außenwände, Stützen und Deckenplatten sowie frei bewitterte Fertigteile. Einige Bauteile wurden als Sichtbeton ausgeführt. Das jeweilige Projekt wird zusammen mit den Ergebnissen der Betonentwicklung und Betonprüfung sowie den Erfahrungen aus der Erwirkung der Zustimmungen im Einzelfall zusammengefasst. Auf Basis der Erkenntnisse aus den verschiedenen Praxisprojekten kann geschlussfolgert werden, dass für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, bislang begrenzt auf bis zu XC4 und XF3, Beton mit 100 % RC-GK verwendet werden kann. Druckfestigkeiten für Ortbeton bis C35/45 mit guter Verarbeitbarkeit auch bei Pumpbeton (hier: Pumpstrecke 40 m) unter Verwendung von 100 % RC-GK Typ 1 waren problemlos möglich. Für Fertigteile wurde ein Beton mit ausreichender Frühfestigkeit und einer Endfestigkeit von C40/50 entwickelt. In zwei Beispielen wurde für die grobe Kornfraktion RC-GK Typ 2 und für den Sand RC-GK Typ 1 verwendet. Alle vorgestellten Projekte sind bereits abgeschlossen oder befinden sich kurz vor Abschluss. Die Machbarkeit von 100 % R-Beton in der Praxis konnte somit in mehreren Fällen erfolgreich aufgezeigt werden. Ziel ist dabei nicht, ausschließlich den Einsatz von Beton mit 100 % RC-GK zu propagieren, sondern zur Verwendung von RC-GK grundsätzlich zu motivieren.

Zentrale technische Einschränkung vieler Verstärkungsmaßnahmen ist, dass diese nicht für das Konstruktionseigengewicht wirksam sind. Zur Lösung wird für statisch bestimmte Tragwerke die gezielte Temperierung von in Schlitzen ergänzten Bewehrungsstäben vorgeschlagen. Ziel ist es, die Stäbe, die in ein Vergussmaterial eingebettet sind, thermisch vorzudehnen und somit an die Dehnung der Initialbewehrung anzugleichen. Die Verbundwirkung mit dem erhärteten Vergussmaterial verhindert nach dem Stoppen der Wärmezufuhr und dem damit verbundenen Abkühlen die Rückverformung der Stäbe. Dadurch entsteht eine Vorspannkraft, die dem Biegemoment aus dem Eigengewicht entgegenwirkt und die Zugzone des Bestandsquerschnitts entlastet. Im Beitrag wird ein analytisches Berechnungsmodell für das Verstärkungsverfahren vorgestellt und hergeleitet. Dieses wird anhand numerischer Berechnungen und in einer ersten experimentellen Umsetzung verifiziert. Die wesentlichen Einflussgrößen auf die Wirksamkeit der Verstärkung werden im Rahmen von Parameterstudien untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die thermische Vorspannung von nachträglich ergänzten Bewehrungsstäben effektiv möglich ist und mit dem Berechnungsmodell die daraus resultierende Wirkung, je nach untersuchten Randbedingungen, mit einer Genauigkeit von 80 bis 97 % erfasst werden kann. Die Genauigkeit steigt mit zunehmender Querschnittshöhe, einer geringeren Ausgangstemperatur des Querschnitts sowie einer geringeren Wärmeleitfähigkeit des Betons im Initialquerschnitt.

Die Vorfertigung von Stahlbetonbauteilen bietet erhebliche Vorteile gegenüber einer konventionellen Ortbetonbauweise. Beispielsweise erlaubt die Integration einer rapiden Wärmebehandlung die Reduktion der Fertigungszeit hin zu einer Schnellfertigung in nur wenigen Stunden. Behandlungsdauern und -temperaturen nehmen dabei Einfluss auf die Entwicklung der mechanischen Eigenschaften. Die Kontrolle Letzterer gewährleistet die Qualität der Bauteile. Für Betonbauteile werden dazu in der Regel zerstörende Prüfungen in Begleitversuchen eingesetzt. Im Beitrag wird eine Methode entwickelt, mit der sich Druckfestigkeit, E-Modul und Verbundfestigkeit anhand einer im Prozess integrierbaren Prüfung ableiten lassen. Untersucht wird dazu die Eignung der Rückprallhammerprüfung, wobei die Randbedingungen der Wärmebehandlung berücksichtigt werden. In experimentellen Untersuchungen werden die aufgeführten Zielgrößen für den hochfesten Nanodur-Beton bei Herstellung mit variierender Wärmebehandlungsdauer bestimmt. Den experimentellen werden rechnerisch, anhand normativ beschriebener Zusammenhänge, abgeleitete Größen gegenübergestellt. So wird ein Modell gebildet, mit dem sich die Druckfestigkeit und auf Basis dieser der Elastizitätsmodul und die Verbundfestigkeit ableiten lassen. Die Methode wird anhand der gegenübergestellten Werte diskutiert und die Anwendung an einem simplen Beispiel gezeigt sowie Empfehlungen für den Einsatz zur Kontrolle mechanischer Eigenschaften in der Schnellfertigung gegeben.

Im Hochhausbau stellen Stahlbetonstützen mit hohem Bewehrungsgrad und hochfesten Betonstählen aufgrund von wesentlichen Vorteilen in Herstellung und Kosten eine gute Alternative zu Stahl- und Verbundstützen dar. Ein bedeutendes Konstruktionselement dieses Stützentyps ist der Stumpfstoß aus Stahlplatte und Mörtelfuge, da gewöhnliche Übergreifungen der Bewehrungsstäbe oder Muffenstöße wegen hoher einhergehender Spaltzugkräfte nicht geeignet sind. Zur Untersuchung des Einflusses des Stumpfstoßes auf die Traglast der hochfesten Stahlbetonstützen wurde eine Versuchsserie mit 16 Prüfkörpern durchgeführt. Es zeigt sich, dass durch den Kontaktstoß der Bemessungswert der Streckgrenze des hochfesten Betonstahls überwunden werden kann, sofern der verwendete Beton eine ausreichende Verformungsfähigkeit aufweist. Bei einer Ausführung mit hoher Genauigkeit des Bewehrungskorbs sind kaum Lastumlagerungen zwischen Längsbewehrung und Beton im unmittelbaren Bereich des Stumpfstoßes zu erwarten. Insgesamt konnten entgegen vorangegangener Forschungsergebnisse keine negativen Auswirkungen aufgrund von Stumpfstößen festgestellt werden. Die bei hohen Bewehrungsgraden beobachteten frühzeitig auftretenden lokalen Abplatzungen der Betondeckung konnten auf die Verformung der angrenzenden Stahlplatten gegenüber der Prüfmaschine zurückgeführt werden.

Zum Titelbild: In der Frankfurter City entsteht auf dem ehemaligen Deutsche-Bank-Gelände ein beeindruckendes neues Gebäudeensemble aus vier Hochhäusern zwischen 105 und 233 m. Das neue Quartier wird Arbeiten und Wohnen verbinden und zusätzlich werden Gastronomie, Hotels, kleine Geschäfte und eine Food Hall Einzug in das bis dahin abgeriegelte Areal finden. Mit seinen 215.000 m² Geschossfläche ist FOUR eines der größten Bauprojekte in Europa. Die Büroflächen der obersten Etagen in Turm 1 werden die höchsten Deutschlands sein. Die innerstädtische Lage stellt das Projekt vor besondere Herausforderungen. Beispielsweise wurde die Baugrube in Deckelbauweise hergestellt. Die unterschiedlichen Anforderungen an die Nutzung der Türme führte zu unterschiedlichen Bauweisen der Regelgeschosse: Während der Rohbau der Wohntürme in Ortbeton hergestellt wurde, stellte sich für die Bürotürme die Fertigteilbauweise als wirtschaftlichste Bauweise heraus. Für den Bauherren spielte das Thema Nachhaltigkeit von Beginn an eine entscheidende Rolle. So ist FOUR FRANKFURT nun auch das erste Bauprojekt, bei dem das Nutzungsprofil „Vertical Cities“ der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) angewandt wird. Der Rohbau ist inzwischen weitgehend abgeschlossen, die Fertigstellung ist für 2025 geplant. Der Beitrag auf S. 605–614 stellt das Projekt vor.

(Foto: Bollinger+Grohmann)