Novel Design Strategies for Material-Minimized Carbon Reinforced Concrete Structures – Overview of the Research in CRC/TRR 280

Beckmann, Birgit; Adam, Viviane; Marx, Steffen; Chudoba, Rostislav; Hegger, Josef; Curbach, Manfred

doi:10.1007/978-3-031-32511-3_127

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“…In essence, CRC challenges the conventional notion of solid members and allows for entirely novel construction and design strategies [2].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Damage Analysis and Quality Control of Carbon-Reinforced Concrete Beams Based on In Situ Computed Tomography Tests

Liebold,

Wagner,

Giese

et al. 2023

Buildings

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Carbon-reinforced concrete (CRC) is increasingly utilized in construction, due to its unique properties, such as corrosion resistance, high-tensile strength, and durability. Understanding its behavior under different loads is crucial to ensuring its safe and effective use in various construction applications. In this study, three-point bending tests were performed in combination with large-scale in situ computed tomography (CT). This paper presents the related three- and four-dimensional evaluation methods, with emphasis on crack width and quality control. The focus was on large CRC beams, with cross-sectional sizes of up to 80 mm by 160 mm. Such dimensions require extremely high energy during a CT scan. Therefore, a new experimental setup with energies of up to 8 MeV was used in this study. However, such high energies posed new challenges to the analysis methods. Therefore, two methods (digital volume correlation and grayscale profile analysis) for accurate crack width estimation were adapted and applied to the 3D reconstructions. In addition, a photogrammetric stereo image sequence was acquired and analyzed, using digital image correlation to cross-validate the results derived from the 3D crack width estimates. The 3D CT images also played a key role in the quality control measures, including the localization of the carbon-reinforcement and the assessment of porosity within the concrete structure.

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“…In essence, CRC challenges the conventional notion of solid members and allows for entirely novel construction and design strategies [2].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Damage Analysis and Quality Control of Carbon-Reinforced Concrete Beams Based on In Situ Computed Tomography Tests

Liebold,

Wagner,

Giese

et al. 2023

Buildings

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“…Die Untersuchungen zeigen jedoch auch, dass eine gute Schutzwirkung meist nur mit einer massiven Stahlbetonkonstruktion erreicht wird. Bauteile aus Carbonbeton können aufgrund der Korrosionsbeständigkeit der Carbonbewehrung mit geringeren Bauteildicken und damit ressourcenschonender ausgebildet werden als vergleichbare Bauteile aus Stahlbeton [6].…”

unclassified

Carbonbeton‐Sandwichelemente unter Anpralllast – numerische und experimentelle Untersuchung

Schubert,

Scholer,

Kahnt

et al. 2024

Beton und Stahlbetonbau

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Im vorliegenden Beitrag wird untersucht, inwieweit Carbonbeton‐Sandwichelemente als Fertigteilwände zum Gebäudeschutz beitragen können. Der Kompositwerkstoff Carbonbeton ermöglicht aufgrund der korrosionsbeständigen Bewehrung dünnwandige Konstruktionen. Die Sandwichplatte besteht aus zwei 3 cm dünnen Carbonbetonschichten, zwischen denen 8 cm Mineralfaserwolle als Dämmschicht angebracht ist. Durch den geschichteten Aufbau können Fertigteile hergestellt werden, die die Anforderungen an Tragfähigkeit und Bauphysik erfüllen und als Wandelemente in Gebäudehüllen eingesetzt werden. Im Beitrag wird untersucht, inwieweit ein solches Sandwichwandelement einen baulichen Schutz gegen Anpralllasten darstellen kann, wie sie beispielsweise durch Unwettersituationen infolge geänderter klimatischer Bedingungen oder auch durch anthropogene Ursachen auftreten können. Hierfür werden Impaktversuche in der Fallanlage der TU Dresden durchgeführt. Im druckluftbeschleunigten Modus der Fallanlage wird untersucht, welche Schädigung eine Impaktmasse von 8,4 kg mit Auftreffgeschwindigkeit von 35 m/s in der Carbonbeton‐Sandwichplatte hervorruft. In der experimentellen Untersuchung werden die fotogrammetrisch ermittelten Beschleunigungen sowie Durchbiegungen aufgezeichnet. Darüber hinaus werden das Durchstanzversagen und die Perforation der Carbonbeton‐Sandwichplatte in numerischen Simulationen untersucht und die Ergebnisse mit den experimentell ermittelten Daten verglichen.

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Materialminimierte Rippen‐ und Wabendecken aus extrudierten Carbonbetonstegen

Morales Cruz,

Bosbach,

Kalthoff

et al. 2024

Beton und Stahlbetonbau

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Um den Ressourcenverbrauch und den CO2‐Fußabdruck der Bauwirtschaft zu reduzieren, sind neue Konstruktionsprinzipien erforderlich, die einen minimalen Materialeinsatz ermöglichen. Besonders bei Wänden, Decken und Fundamenten, die mehr als 60 % des weltweit verwendeten Gesamtvolumens an Beton ausmachen, besteht ein hohes Potenzial zur Einsparung von Material und CO2‐Emissionen. Ein vielversprechender Ansatz ist der Einsatz von Carbonbewehrung, da diese aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit eine geringere Betondeckung benötigt. In Bezug auf die Topologie des Bauteils wurden seit Jahrzehnten materialeffiziente Rippen‐ oder Waffelplatten gebaut. Jedoch werden diese aufgrund der arbeitsintensiven Herstellung in Europa nicht oft eingesetzt. Ein kürzlich entwickeltes Extrusionsfertigungsverfahren ermöglicht die schnelle schalungsfreie Herstellung von Carbonbetonstegen, die als Halbzeuge für die serielle Fertigung ein‐ und zweiachsig gespannter Deckensysteme eingesetzt werden können. Teile der Arbeiten zum Extrusionsprozess wurden bereits in [1] vorgestellt und werden in dem vorliegenden Beitrag genutzt, um neuartige materialminimierte Rippen‐ und Wabendeckenentwürfe aus vorgefertigten extrudierten Carbonbetonstegen bzw. ‐waben zu realisieren. Zudem wird ein Ausblick auf die großtechnische Herstellung von ein‐ und zweiachsigen Plattensystemen wie Rippen‐, Waffel‐ und Sandwichplatten mit Wabenstruktur im Großformat gegeben.

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Novel Design Strategies for Material-Minimized Carbon Reinforced Concrete Structures – Overview of the Research in CRC/TRR 280

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Damage Analysis and Quality Control of Carbon-Reinforced Concrete Beams Based on In Situ Computed Tomography Tests

Damage Analysis and Quality Control of Carbon-Reinforced Concrete Beams Based on In Situ Computed Tomography Tests

Carbonbeton‐Sandwichelemente unter Anpralllast – numerische und experimentelle Untersuchung

Materialminimierte Rippen‐ und Wabendecken aus extrudierten Carbonbetonstegen

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