bluuebunny/crossref_metadata_2025 huggingface dataset:
C3A Variation in Synthetic Model Cements ‐ Influence on Rheology and Reactivity
Authors: Axthammer Daniel , Ordynska Mariya , Gädt Torben
Published: December 2023

The amount of early ettringite crystallization is known to influence the rheology of cementitious materials. It is dependent on various factors, e.g., the reaction temperature, the chemical composition of the cement and the amount of PCE. In this study, we investigate the rheology and reactivity of synthetic model cements with different contents of C3S, C3A and β‐hemihydrate (β‐HH). Their reactivity is studied using in‐situ calorimetry and their rheology is studied using a rotational rheometer. Our results demonstrate that higher C3A contents in the clinker increase the early heat release of the cements which is associated with an increased formation of ettringite. Increased C3A contents from 2.5 wt.% to 12.5 wt.% enhance the early heat by four orders of magnitude. The static yield stress of the different cement pastes was determined with an oscillation based rheometry method 17 minutes after contact with water. Interestingly, the static yield stress increases exponentially with the heat of hydration. These findings have implications for the understanding of OPC hydration, as well as for chemical optimization and the design of OPC‐based materials.
Complex concrete elements for the production of recyclable formwork by extrusion and milling
Authors: Gelbrich Sandra , Abstoß Marvin , Rudolph Enrico , Funke Henrik
Published: December 2023

The paper presents an additive process for the sustainable production of a recyclable formwork system based on concrete extrusion and milling, which allows the resource‐efficient production of complex precast concrete parts. Within the framework of research work, concrete formulations were developed and characterized, which are produced close to the final contour by means of extrusion and then brought into the final form by means of high‐precision machining. The resulting mould is used for the production of precast concrete parts. In order to increase the complexity of the components while further saving material, a forced mixing nozzle was designed which allows admixtures to be added shortly before the concrete is extruded. The integration of a concrete setting accelerator allows the production of higher overhangs of the components. The faster solidification of the concrete also reduces the printing time and the amount of material required, because the higher stability eliminates the need for individual support structures. After use as formwork, the recycling process continues, and the recycled material will be added back to the printing process. The development of the new near‐net‐shape technology is key for the success of efficient sustainable production of concrete components.
HEIDELBERG MATERIALS' CO2 roadmap On the way to carbon neutrality
Authors: Dienemann Wolfgang
Published: December 2023

At its Capital Markets Day in May 2022 Heidelberg Materials published the commitment to reduce specific CO2 emissions by almost 50 % to 400 kg CO2 per ton of cementitious material by 2030, the most ambitious target in the sector. This article provides an overview of some key elements of the roadmap established to achieve this ambition and to pave the way to achieve carbon neutrality of concrete. Three central themes will be highlighted in this article:

Carbon capture and storage projects are an indispensable cornerstone to ultimately produce CO2 free cement

The reduction of clinker in cement and concrete and the development and utilization of new or alternative cementitious materials are highlighted as major levers to reduce CO2

The possibility to create fully circular concrete by advanced recycling technologies and to use recycled concrete paste for CO2 mineralization are illustrated

Combined with several other initiatives ‐ energy efficiency, alternative fuels and raw materials, more efficient use of concrete, to name a few ‐ substantial progress can be made on the way to carbon neutrality of concrete.
Shotcrete 3D Printing ‐ Effect of material‐process interaction on the global and local material density
Authors: Böhler David , Freund Niklas , Mai Inka , Lowke Dirk
Published: December 2023

Shotcrete 3D Printing is a 3D printing process in which the concrete is applied layer by layer using a wet mix process. In the print process, a large number of different process as well as material parameters can be varied, which also influence the hardened concrete properties. A systematic understanding of the interaction between material and process is required to define limits for material and process control variables with respect to the resulting component quality. Therefore, in this paper we present results on the effect of concrete volume flow (0.4; 0.8 m3/h), air volume flow (30; 40; 50 m3/h) and accelerator dosage (0; 3; 6 % by weight of cement) on global density, local density distribution as well as flexural strength. The results show that the combination of an increasing concrete volume flow, a decreasing air volume flow and an increasing accelerator dosage lead to a decrease in global density and flexural strength. A high correlation between the global density and flexural strength can be demonstrated despite the layer‐by‐layer fabrication. In addition, an inhomogeneous density distribution over the cross section is shown. Finally, the underlying mechanisms are discussed regarding the influence of the material and process parameters.
Reduction of the cement content in Selective Cement Activation
Authors: Herding Friedrich , Mai Inka , Lowke Dirk
Published: December 2023

This work systematically investigates possibilities for the reduction of the cement content in Particle bed 3D Printing by Selective Cement Activation. To do so, the amount of cement is decreased (i) by increasing the aggregate content or (ii) by substitution with quartz flour of similar particle size to the cement. Both variants were then produced with constant water content and constant w/c ratio of 0.5, i.e. decreasing water content with decreasing cement content. To characterize the effect of the cement reduction, the compressive strength, as well as the dimensional accuracy are analyzed.

It is shown that at constant w/c‐ratio the compressive strength decreases with decreasing cement content compared to the reference mix, while the dimensional accuracy is increasing. For a constant water content during printing, the compressive strength of cement‐reduced specimens is similar or only slightly lower compared to the reference. The dimensional accuracy, however, is decreasing.
DMTA – eine Methode zur feuchte‐ und temperaturabhängigen Materialcharakterisierung ‐ Bsp. Gips
Authors: Schulz Tabea , Ganß Martin , Göbel Luise , Dreuse Heike , Wagner Ralf
Published: December 2023

Kurzfassung

In dieser Studie wurden die Möglichkeiten der Nutzung der Hochlast‐dynamischmechanisch‐thermischen Analyse (kurz: DMTA) zur Ermittlung der thermo‐mechanischen Eigenschaften von Festkörpern aus verschiedenen Gipsmaterialien untersucht. Diesbezüglich wurden Proben aus Gips mit vornehmlich beta‐HH und einem Gips aus überwiegend alpha‐HH hergestellt und mittels DMTA unter definierter zyklischer Belastung, definierter Temperatur und Materialfeuchte untersucht. Die Mikrostruktur der Gipsproben wurde bildgebend mit Licht‐ und Rasterelektronenmikroskopie sowie mit röntgenografischen Analyseverfahren bewertet. Mittels DMTA wurden deutliche Unterschiede in den Speicher‐ (elastischer Anteil) als auch in den Verlustmoduli (viskoser Anteil) sowie Verlustfaktor (tan delta) abhängig von der Gipsvariante festgestellt, welche auf Unterschiede in der Struktur insbesondere Porosität der Gipsmaterialien zurückgeführt werden konnten. Zudem wurden temperaturabhängige Änderungen der mechanischen Eigenschaften, die auf physikalische und chemische Prozesse im Material zurückzuführen sind, identifiziert.
Modifizierte Prüfverfahren zur baustellengerechten Bewertung der Frischbetonrheologie
Authors: Weiß Maximilian , Breitenbücher Rolf
Published: December 2023

Kurzfassung

In diversen Anwendungsfällen werden Frischbetonoberflächen durch den Einsatz maschineller Flügelglättung vergütet. Aus der Praxis ist bekannt, dass die Glättbarkeit von Betonen mit Polycarboxylatether (PCE)‐basierten Fließmitteln erschwert werden kann. Oftmals zeigt sich dabei eine hohe Klebrigkeit der Betone, obwohl die Frischbetonkonsistenz bei der Anlieferung den Festlegungen entspricht. Die Bestimmung der rheologischen Eigenschaften von Frischbeton erfolgt üblicherweise mit Rotationsviskosimetern, die sich jedoch nur bedingt für Untersuchungen während der Betonanlieferung auf der Baustelle eignen. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens sollten daher geeignete Verfahren entwickelt werden, die die rheologischen Eigenschaften von Frischbeton möglichst baustellengerecht erfassen. Zum einen wurde basierend auf dem Ausbreitversuch gemäß DIN EN 12350‐5 ein gestuftes Versuchsvorgehen durch den Einbau von Ruhezeiten nach je 5 und 10 Hubschlägen entwickelt. Das gemessene Ausbreitmaß nach jedem Hubintervall gibt Aufschluss über die zeitliche Komponente des Materialverhaltens und die Klebrigkeit. Zum anderen wurde ein Kugeleinsinkversuch entwickelt, bei dem die Einsinkzeit einer unter Vibration einsinkenden Edelstahlkugel in eine Frischbetonprobe über eine definierte Strecke erfasst wird.
Fracture behavior of ultra‐high performance lightweight concrete: In situ investigations using μ‐CT
Authors: Umbach Cristin , Middendorf Bernhard
Published: December 2023

In various research projects at the University of Kassel, the concept of lightweight concrete has been combined with that of ultra‐high performance concrete (UHPC). Due to the high performance of the UHPC matrix, lightweight concretes (UHPLC) with strengths of 60‐130 MPa and bulk density of 1.5‐1.9 kg/m3 were developed. This material can be used in many applications because of its low thermal conductivity, low weight and thus easy to transport, recyclable and can be prefabricated. Thus, it meets today's multifunctional requirements for building materials. The brittle material failure of UHPC without fibers is not observed with UHPLC. Instead, the concretes fail in hourglass shape under compressive stress, as seen in standard concretes. This constellation is not only responsible for the reduction of strength and Y‐modulus, but also predicts a ductile failure. For a better interpretation of the fracture behavior and fracture pattern, images of the UHPLC were taken in a highresolution computed tomography (μ‐CT) scanner. Between images, the sample was loaded and the load was kept constant during the measurement. The data was evaluated on the basis of a damage parameter, as well as crack openings during stable crack growth and the crack pattern after the maximum load was exceeded.
Entwicklung eines konstruktiven hybriden Leichtbetons auf Basis von organischen Leichtzuschlägen unter Verwendung einer beschichteten Naturfaserbewehrung
Authors: Binde Jan , Ritter Nina , Wolf Marco , Ahlers Ulrike
Published: December 2023

Kurzfassung

Im Gegensatz zur herkömmlichen Herstellung von Leichtbeton, welche vornehmlich Blähton und Blähglas als Leichtzuschläge nutzt, wird im Forschungsansatz mineralisiertes Holz als Leichtzuschlag eingesetzt. Gleichzeitig werden die für den Lastabtrag konventionell eingesetzte Bewehrungsstähle und/oder synthetische Verstärkungen durch eine beschichtete Naturfaserverstärkung substituiert. Bei dem Einsatz von organischen Leichtzuschlägen haben die Inhaltsstoffe, wie Zucker, Stärke und Phenole den größten Einfluss auf die Frisch‐ und Festbetoneigenschaften und damit auf die Dauerhaftigkeit des Leichtbetons. Durch eine Mineralisierung des Zuschlages lassen sich diese vornehmlich löslichen Bestandteile verschließen. Darüber hinaus konnte nachgewiesen werden, dass einem solchen Verfahren auch andere Eigenschaften wie beispielsweise das Schwinden und Quellen des Holzes maßgeblich positiv beeinflusst werden. Durch die Nutzung von Abfällen erzeugter Holzschnittware, z.B. bei Brettsperrholz, aus anderen Herstellverfahren, können die bei der Produktion von Schnittware anfallenden Rest‐ und Schwachhölzer infolge dieses Forschungsansatzes ebenfalls einer höheren Wertschöpfung zugeführt werden. Damit wird eine effiziente ganzheitliche Verwendung des Rohstoffes Holzes garantiert.
Funktionalisierung faserverstärkter Hochleistungsbetone mittels Formgedächtnislegierungen
Authors: Middendorf Bernhard , Schleiting Maximilian , Fehling Ekkehard
Published: December 2023

Faserverstärkte (Ultra‐)Hochleistungsbetone ((U)HPC) werden bereits seit den 1970er Jahren in großen Mengen für die Herstellung von Betonfertigteilen verwendet. Fasern werden eingesetzt, um die Zugfestigkeit zu erhöhen und sprödes Versagen in duktiles Nachbruchverhalten umzuwandeln. Funktionale Formgedächtnislegierungen (FGL) als Bewehrung haben das Potenzial, in Form von Vorspannelementen im erhärteten Beton zu wirken und die Frischbetoneigenschaften zu verbessern.

FGL haben die Eigenschaft, sich an eine eingeprägte Form zu “erinnern”. Durch thermische oder mechanische Aktivierung geht die zuvor verformte Legierung in eine eingeprägte Form zurück. Dieser Prozess beruht auf einer vollständig reversiblen Umwandlung der Tieftemperaturphase Martensit in die Hochtemperaturphase Austenit. Dadurch können zwei Effekte ausgenutzt werden: Superelastizität und Einweg‐Effekt.

Die Superelastizität ist im Bauwesen wegen der vorhandenen Dämpfungsfähigkeit gut bekannt und wird bereits bei dämpfenden und selbstzentrierenden Elementen eingesetzt. Der Einweg‐Effekt wurde bisher weniger genutzt, bietet aber ein enormes Potenzial für das Bauwesen. Diese Arbeit zeigt, dass der Effekt zur Vorspannung von UHPC sowie zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit von Frischbeton genutzt werden kann.
Aufbau einer Kreislauf‐ und Ressourcenwirtschaft für die Carbonbetonbauweise
Authors: Minar Stefan
Published: December 2023

Wir leben in einer Zeit, in der in vielen Bereichen unseres Lebens technische Fasern aus Kohlenstoff bzw. Carbon und Glas zum Einsatz kommen. Beispielsweise werden Brillengestelle, Tennisschläger, Fahrräder, Autos, Flugzeuge, Windräder oder Gebäude oftmals vollständig, aber zumindest teilweise aus faserhaltigen Verbindungen hergestellt. So fallen mit der Substitution von Metallen durch Faserverbundwerkstoffe faserhaltige Abfälle an, die bisher noch kein etablierter Teil eines geschlossenen Stoffkreislaufes sind.

Aus diesem Grund wird im Rahmen des Projektes „WIRreFa | WIR! recyceln Fasern” in der Region „Elbtal Sachsen” erstmals ein Bündnis für die zirkuläre Kreislauf‐ und Ressourcenwirtschaft von Faserverbundwerkstoffen aufgebaut. Am Beispiel der Carbonbetonbauweise werden die offenen Stoffkreisläufe geschlossen, wobei die einzelnen Prozesse zur Bereitstellung von vermarktbaren matten‐ und stabförmigen Bewehrungen aus recycelten Kohlenstofffasern aufeinander abzustimmen sind. Auf diese Weise sollen die Entwicklungschancen am Standort gestärkt werden, indem vorhandene Prozesse der zirkulären Wertschöpfungsketten komplettiert und neue Entwicklungen angestoßen werden, statt sie auszulagern.
Fast‐setting mineral‐impregnated carbon‐fiber (MCF) reinforcements based on geopolymers
Authors: Liebscher Marco , Zhao Jitong , Airom Golrokh , Butler Marko , Mechtcherine Viktor
Published: December 2023

Mineral‐impregnated carbon‐fiber (MCF) reinforcements are an innovative type of fiber‐reinforced composites, which combine the valuable properties of high‐performance fibers with durable inorganic matrix materials. The application of mineral‐based matrices to produce MCFs offers a wide range of advantages, such as high resistance to elevated temperatures, low cost, adequate physical and chemical bond with concrete substrates and high technological flexibility in automated processing. In particular, specific‐designed geopolymer (GP) impregnation suspensions allow stable rheological properties with a sufficient long‐lasting processing window as well as moderate curing temperatures to accelerate a fast setting on demand ‐ similar to organic based thermosets. The paper at hand studies the effect of various thermal curing regimes of a GP impregnation matrix and for the forming process of the resulting MCF composite. The fabrication of MCFs were performed by using commercially available raw materials and a continuous pultrusion line with subsequent oven heating at 50 °C and 75 °C. A wide range of experimental investigations at multiple scales have been performed to understand the GP matrix development, fiber‐matrix interface and final MCF properties.
Research of the Influence OF Activated Silica on the Durability of Basalt Fiber in Cement Concrete
Authors: Zakharchenko Petro , Medviediev Taras
Published: December 2023

Reinforcement of cement concrete with basalt fiber reduces their shrinkage, increases crack resistance and compressive strength (by 30‐50%), and flexural tension by more than two times. Basalt fiber‐reinforced concrete loses its strength characteristics over time due to alkaline corrosion of the fiber surface. The destruction occurs as a result of the interaction of the surface of the fiber with hydrate of lime, which is released during the hardening of cement. To increase the stability of the fiber, an active siliceous component is introduced into the concrete mixture ‐ ferromanganese production waste. This gave an opportunity significantly to improve the strength characteristics of fiber‐reinforced basalt fiber of concrete during long‐term storage due to a decrease in the content in the system Calcium Hydroxid Ca(OH)2 and preservation of the fiber surface without corrosion.
Einfluss von RC‐Gesteinskörnung auf das Druckkriechen eines hochfesten Betons
Authors: Markert Martin , Garrecht Harald
Published: December 2023

Kurzfassung

In zahlreichen Forschungsvorhaben gibt es aktuell Bestrebungen die bisherigen Bauweisen ökologischer zu gestalten. Da Beton der meistverwendete Baustoff in unserer gebauten Umwelt ist, gilt ihm und seinen Bestandteilen besonderer Beachtung. So ist der Einfluss von RC‐Gesteinskörnungen in hochfesten Betonen noch nicht ausreichend erforscht und der Einsatz in Spannbeton bisher nicht zulässig. Aus diesem Grund wird der Einfluss von RC‐Gesteinskörnung auf das Kriechverhalten unter Druckbelastung sowie das Schwinden untersucht. Der Beitrag zeigt erste Ergebnisse des Einflusses von drei unterschiedlichen RC‐Gesteinskörnungen im Vergleich untereinander und zur Referenzmischung mit Zuschlag aus Basalt. Neben der Auswirkung auf die Druckfestigkeit wird auch der Einfluss auf das Schwinden und das Druckkriechen dargestellt. Es zeigt sich, dass sich das Druckkriechen von Betonbruch und Bauschutt ähnlich zum Referenzbeton mit Zuschlag aus Basalt verhält. Der Zuschlag aus Ziegelsplitt hingegen zeigt ein erhöhtes Kriechverhalten.
How Do Isothermal Calorimeters Age? Repeatability and Reproducibility Across Calorimeter Generations
Authors: Dönmez Alper , Jagličić Aleksandar , Gädt Torben
Published: December 2023

Reliable experimental data is essential for reproducible science. As our lab has access to five instruments of the isothermal (heat conduction) type of different age and product generations, we became interested in the quality of experimental data obtained from the different instruments. Each instrument consists of 8 individual calorimeters. An intralaboratory study of the first 72 hours of cement hydration was conducted with all five instruments. The objective was to determine the differences between the available instruments with respect to repeatability (precision of the 8 calorimeters within one instrument) and reproducibility (precision between the different instruments). The experimental program comprises 120 calorimetry runs in total (5 instruments each with 8 calorimeters, triple measurement performed). Results show that the oldest instrument version with its 8 calorimeters has a stronger higher standard deviation of the heat released after 72 hours compared to the latest state‐of‐the‐art instrument model (246.7 ± 2.7 vs. 232.3 ± 0.5 Jg–1). This is attributed to the technical design differences of the instruments and continuous use over time. In terms of reproducibility, an increasing standard deviation for the heat released from 1 day to 3 days (136.2 ± 2.6 and 236.4 ± 5.9 J g–1) is observed. From our point of view, this test study indicates that isothermal heat conduction calorimetry is a robust and precise measurement method to determine the heat of cement hydration for 72 hours.
„Spray‐Slag“ – Alternative Aufbereitung flüssiger Hochofenschlacken
Authors: Peters Maike , Hlawatsch Frank , Weicht Aline , Ufermann‐Wallmeier Daniel
Published: December 2023

Kurzfassung

Die herkömmliche Aufbereitung von Hochofenschlacken zu Hüttensandmehlen für die Verwendung als Zementbestandteil bzw. Zusatzstoff in Mörtel und Beton besteht aus einem energie‐ und emissionsintensiven Nassgranulations‐, Trocknungs‐ und Mahlprozess. Als Alternative wurde die am Leibniz‐IWT bisher für Metallschmelzen eingesetzte Zerstäubungstechnik auf Hochofenschlacken übertragen. Durch das Zerstäuben der noch schmelzflüssigen Hochofenschlacke soll nicht nur der Energiebedarf des Prozesses reduziert werden, sondern auch Pulver mit kugeliger Partikelform entstehen. Durch den Einsatz der nahezu ideal runden Partikel kann ein deutliches Herabsetzen der Viskosität im Vergleich zu Bindemittelleimen mit gemahlenem Hüttensandmehl erreicht werden, wodurch sich der Wasserbedarf der Rezepturen zur Erzielung der gewählten Zielkonsistenz deutlich reduziert lässt. Die zerstäubten Partikel weisen ein grundsätzlich ähnliches Reaktionsverhalten im Vergleich zu den herkömmlich hergestellten Hüttensandmehlen auf. Durch die kugelige Partikelform steht bei den zerstäubten Partikeln jedoch weniger Oberfläche als bei den gemahlenen, kantigen Hüttensandmehlen zur Verfügung. Dies zeigt sich in einem steigenden Festigkeitsbeitrag mit kleiner werdender Partikelgröße.
Flowability and Cracks Patterns of Lightweight Concrete Subjected to Compression and Tension Loading
Authors: Parung Herman , Tumpu M. , Tjaronge M. W. , Amiruddin A. Arwin , Mansyur
Published: December 2023

Concrete is one of the most widely used buildings materials in construction. One of the concrete types used is foam concrete which is produced by adding liquid foam (a foam agent) to water in the concrete design mix. The purpose of the foam agent is to stabilize air bubbles during the concrete hardening process. This study aims to analyse the flowability and crack patterns of lightweight concrete subjected to compressive and tensile loadings. A lightweight concrete specimen was made using foam, fine aggregate, and Portland Composite Cement. Foam agent and water are combined in a 3:10 ratio to produce lightweight concrete. There were three different foam volume variations namely 15.7 litres, 25.12 litres, and 37.68 litres. The specimens were prepared using cylinders with dimensions of 10 cm by 20 cm. Flowability testing was carried out when lightweight concrete is still in fresh condition. Cracks in foam concrete were examined after compressive and tensile strength tests were performed at 3, 7, and 28 days of age. The research results show that the fresh lightweight concrete mixture from each mixture is sticky, which could prevent the segregation or bleeding. The crack patterns for the compressive and indirect tensile strength tests were essentially identical; namely parallel to the load direction at the age of 3, 7, and 28 days. The cracks were categorized as columnar crack patterns. It could also be noted that the concrete became more resistant as it ages, as the number of cracks decreased.
Image‐based analysis of fresh concrete flow ‐ determining the correlation between flow behavior and rheological properties
Authors: Vogel Christian , Coenen Max , Schack Tobias , Beyer Dries , Haist Michael
Published: December 2023

Besides compressive strength, the workability of fresh concrete is one of the most important characteristics of concrete. Only by adapting the rheology of the fresh concrete to the geometry of the element to be casted, the formation of air voids and damages can be avoided. This holds even more so true for 3D printable concrete. Currently, empirical test methods such as the slump test are used to determine rheological parameters. Rheometer tests, on the other hand, allow a much deeper insight into the rheological properties of concrete but are more challenging. Further, all currently available test methods can only be applied on a batch basis.

In the paper at hand, a new approach for an automatic digital concrete quality control is presented using modern computer‐vision based analysis methods. Using a newly developed experimental setup, the flow of mortar down an inclined open channel is studied using a monocular camera setup. Differences in the mortar's rheology result in different flow behaviors which can be optically detected. Utilizing dense optical flow, rheological parameters are determined from the acquired monocular image sequences. The results shown in this paper prove that the computed flow behavior of the investigated mortars precisely correlates with their rheological properties, demonstrating the high potential of the method for an automated in‐line testing of fresh concrete e.g. during the discharge of a mixing truck.
Effect of carbonation technique on the performance properties of cRCP in composite cements
Authors: Schade Tim , Zajac Maciej , Shi Zhenguo , Skocek Jan
Published: December 2023

The impact of carbonation technique on the performance properties of carbonated Recycled Concrete Paste (cRCP) in composite cements was investigated. The results show that despite differences in characteristics of carbonated material both techniques, wet and semi‐dry carbonation, lead to a carbonated material with valuable pozzolanic properties. The cement performance was further tested with different types of recycling material. Lab‐produced and industrially separated RCP were treated by means of enforced carbonation. All RCP materials were suitable for using concrete as a CO2 sink to sequester emissions from clinker production. The performance of the tested materials was similar regardless of the carbonation technique. Finally, it could be shown that industrial RCP material enables the production of ecofriendly composite cements for future applications.
Impact of de‐icing salts on freeze‐thaw resistance of low‐clinker concretes
Authors: Batog Maciej , Tałaj Michał , Synowiec Katarzyna , Giergiczny Zbigniew
Published: December 2023

De‐icing salts are commonly used in moderate climate zone, where concrete is subjected to freeze‐thaw cycles during winter times. The presence of de‐icing salts requires appropriate frost‐thaw resistance of concrete, which is challengingin case of low‐clinker concretes. Proper air‐entrainment of the concrete mix, which is one of the main factors affecting the frost resistance of concrete is not a simple task. Therefore, it is necessary to constantly improve the process of air‐entrainment of the concrete mix and to constantly control the effectiveness and quality of concrete aeration especially those with low clinker cements. In the paper effect of de‐icing salts on air‐entrained by polymer microspheres and traditional air‐entraining admixtures low clinker concrete was evaluated. The conducted tests indicate that low‐clinker concretes made with the use of polymer microspheres, despite greater repeatability in shaping the correct air‐entrainment structure, are characterized by lower resistance to frost in the presence of de‐icing salts compared to traditionally air‐entrained concretes. This mechanism will be investigated in future work.
Auswirkungen erhöhter Frischbetontemperaturen auf die Frisch‐ und Festbetoneigenschaften
Authors: Beyer Dries , Neumann Julia , Breitenbücher Rolf , Haist Michael
Published: December 2023

Der Einfluss des Klimawandels äußert sich in einer stetigen Zunahme an sommerlichen Hitzetagen, wodurch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten erhöhter Frischbetontemperaturen (> +30 °C) erheblich zunimmt. Derartige klimatische Randbedingungen stellen für den Betonbau eine Herausforderung dar, da ohne energie‐ und CO2‐intensive Gegenmaßnahmen, wie z.B. der Kühlung der Ausgangsstoffe, ein Anstieg der Temperatur des Betons bei der Verarbeitung und Erhärtung unausweichlich ist. Dies führt zu einer Beeinflussung der Hydratation, was sich für gewöhnlich in einem beschleunigten Abfall der Verarbeitbarkeit und einer Reduktion mechanischer Eigenschaften und der Dauerhaftigkeit äußert. Zielsetzung des vorliegenden Beitrags ist es, ein besseres Verständnis des Einflusses erhöhter Frischbetontemperaturen auf die zuvor genannten Eigenschaften zu gewinnen. Weiterhin wurde der Einfluss der sog. Erhärtungstemperatur – d.h. der Umgebungstemperatur bis zum Betonalter von 3 Tagen – auf die Betoneigenschaften untersucht. Hierbei wurden Temperaturen bis zu +40 °C betrachtet.
Effects of the Chemical Composition of Synthetic Slags Compared to an Average Blast Furnace Slag
Authors: Schnürer Luis , Machner Alisa
Published: December 2023

To study the effect of the main oxides and the minor components in slags on their reactivity as SCM, various glasses were synthesized to stepwise imitate a commercial slag of average chemical composition. First, a glass was produced from the main oxides CaO, Al2O3 and SiO2. In a second step, the minor components MgO, Fe2O3, Na2O and K2O were added separately to the main oxide mix. A selection of two synthetic glasses was tested for their compressive strength contribution (up to 90 days) by substituting 20 wt.% of cement. After all testing times, the synthetic slags achieved a strength similar to that of the commercial product. The reactivities determined by heat flow calorimetry (R3 test) correlate with the calculation of NBO/T and the results of 29Si MAS NMR showing that a decreased degree of polymerization enhances the reactivity. Apart from that, FTIR spectroscopy and 27Al MAS NMR indicate a similar structure of the original and the synthetic slags.
Efficient data generation for the determination of effective oxygen diffusion coefficients of cementitious materials
Authors: Kostic Viktor , Haynack Alexander , Timothy Jithender J. , Kränkel Thomas
Published: December 2023

To develop new cementitious materials with the goal of reducing the carbon footprint a rapid assessment of information about their resistance against damaging processes is of utmost importance to ensure long‐term durability. The Oxygen diffusion test is an efficient method to evaluate the ingress of gas in concretes and mortars without changing the porous structure of the specimen during testing. However, currently no standardized test method exists. We determined the effective Oxygen diffusion coefficient, De,O2 of mortar discs using a single diffusion cell method. Furthermore, we enhanced the procedure by extrapolating the oxygen saturation curves of the diffusion cells with a simple asymptotic function to identify a minimum required test duration where the extrapolated data still delivers reliable results and hence, shorten the overall required measurement time. In our case, we were able to significantly reduce the effort needed to obtain results that are within the range of the respective standard deviation of individual specimens. Our findings further strengthen the feasibility of time and cost efficient gas diffusion testing methods that could deliver complementary information for evaluating existing and designing new cementitious materials.
Dauerhaftigkeit von Beton nach dem PerformancePrinzip – Zustandserfassung an Brückenbauwerken
Authors: Kubens Stefan , Lozano‐Valcarcel Juan Mauricio , Kränkel Thomas , Müller Christoph , Gehlen Christoph
Published: December 2023

Kurzfassung

Die Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken wird in den aktuellen Regelwerken im Wesentlichen mit deskriptiven Regeln sichergestellt. DIN EN 1992, DIN EN 206‐1, DIN EN 13670 und DIN 1045 Teil 2 bis 4 fassen alle Anforderungen zusammen.

Zwischen den Ergebnissen von Lebensdauerbetrachtungen auf der Grundlage im Labor ermittelter Dauerhaftigkeitskennwerte und des fib Modelcode einerseits und den in Deutschland aktuell gültigen deskriptiven Regeln des Betonbaus andererseits, konnten Widersprüche festgestellt werden. An dieser Stelle setzt das Projekt an, über welches hier berichtet wird. Um die auf der Basis des aktuellen Regelwerks realisierten Bauwerkszustände hinsichtlich Dauerhaftigkeit einschätzen zu können, ist die Erfassung der Zuverlässigkeit eines repräsentativen Bauwerksbestandes, geplant und gebaut nach der aktuellen DIN 1045, besonders wichtig.

In diesem Beitrag wird über die Untersuchung von fünf Ingenieurbauwerken (Brücken) berichtet. Die Nutzungsdauer der Bauwerke zum Zeitpunkt der Untersuchungen lag zwischen 10 und 15 Jahren. Ziel des Projektes ist es, Aussagen zur erreichten Material‐ und Ausführungsqualität sowie zur erreichbaren Nutzungsdauer der Bauwerke machen zu können. Zur Beantwortung dieser Fragen wurden Materialprüfungen am Bauwerk und im Labor durchgeführt.
Effect of brick powders of various purities on hydration and compressive strength of Portland cement
Authors: Grosser Juliana , Schnürer Luis , Heisig Anne , Machner Alisa
Published: December 2023

The availability of common supplementary cementitious materials (SCMs), as slags and fly ashes, is expected to reduce in the future. Among potential new SCMs, brick powders (BPs) have gained considerable attention. To study the effect of BPs as potential SCMs three BPs of different contamination were used for the experiments. The investigations included the R3 test as well as isothermal heat flow calorimetry and compressive strength measurements up to 91 days. In all tests, fly ash (FA) and limestone powder (LS) were used as a comparison. The reactivities determined in the R3 test could be explained by examining the chemical, mineralogical and physical properties of the BPs. Based on their reactivity in the R3 test, the BPs could be classified as pozzolanic, less reactive SCMs, with BPN showing the highest reactivity among the BPs. The results of the compressive strengths and the heat flow calorimetry confirm the reactivities determined in the R3 test. Based on the obtained results, BPN shows the highest potential for application as an SCM.
Strength and capillary water absorption of SB modified CSA cement mortar cured for 360 days under different conditions
Authors: Wang Ru , Xi Ziyan , Zhang Tao , Wang Peiming
Published: December 2023

The effects of curing conditions including temperatures (0°C, 5°C, 10°C, 20°C and 40 °C), relative humidities (30%RH, 60%RH and 90%RH) and outdoor curing on the strength and capillary water absorption of styrene‐butadiene copolymer (SB) modified calcium sulphoaluminate (CSA) cement mortar cured for 360 days were studied. The results showed that when the addition of SB reached 10% and more, the flexural strength increased and the capillary water absorption decreased significantly. Appropriate temperature and relatively high humidity were conducive to the development of flexural and compressive strength. The capillary water absorption increased with increasing temperature and decreasing humidity. Compared with curing under different temperatures and relative humidities controlled by laboratory, the modified mortar cured outdoors with more than 10% SB addition had higher strength and lower capillary water absorption.
Concrete 4.0 ‐ Sustainable concrete construction with digital quality control
Authors: Haist Michael , Schack Tobias , Coenen Max , Vogel Christian , Beyer Dries , Heipke Christian
Published: December 2023

Concrete is a mass commodity with more than approx. 250 Mio. batches of concrete being produced every year in Europe alone. Despite this enormous repetition rate, both the quality inspection of the concrete raw materials as well as of the mixed concrete are still primarily batch‐based, relying on manual processes, thus hindering the application of modern process control schemes. The reasons for this lack are on the one hand to be seen in the lack of suitable sensor technologies and on the other hand in missing control algorithms. The paper at hand gives an overview on the current state of the art sensor technologies for both raw material as well as concrete properties measurement. Further, it outlines a pathway towards an online concrete process control.
Vergleichende Ökobilanzierung offenporiger Beton‐ und Asphaltdeckschichten im Straßenbau
Authors: Tappertz Lukas , Klein Nicolai , Thiedeitz Mareike , Kränkel Thomas
Published: December 2023

Kurzfassung

Diese Studie analysiert die Umweltauswirkungen von Offenporigen Beton‐ (OPB)‐ und Offenporigen Asphalt‐ (OPA) ‐Deckschichten im Autobahnbau in einer vergleichenden Ökobilanz. Das Ziel ist es festzustellen, ob OPB eine nachhaltige Alternative zu herkömmlichen OPA‐Deckschichten darstellen kann. Mit vergleichsweise hohen Emissionswerten in der Herstellungsphase, dafür jedoch geringeren während der Nutzung ist OPB eine Alternative zu lärmmindernden Deckschichten aus Asphalt. Der Großteil der Emissionen sowohl des OPB als auch des OPA lassen sich auf die Bindemittelherstellung zurückführen. Durch den Einsatz klinkerreduzierter Bindemittel ist es möglich die ökologischen Auswirkungen von OPB deutlich zu reduzieren. OPB kann demnach eine nachhaltigere Alternative zu OPA als Deckschichtmaterial darstellen, wenn die Entwicklung alternativer Bindemittel in der Zementindustrie weiter voranschreitet.
Eignung des RCM‐Versuchs zur Bestimmung des Chloridmigrationskoeffizienten in Mörteln aus alternativen Bindemitteln
Authors: Achenbach Rebecca , Kraft Bettina I. E. , Raupach Michael , Ludwig Horst‐Michael
Published: December 2023

Die Hauptursache für die Korrosion von Bewehrungsstahl vor allem in Infrastrukturbauwerken ist das Eindringen von Chloriden, die am Stahl zu hohen Korrosionsraten und großen Querschnittsverlusten führen können. Ein häufig verwendetes beschleunigtes Testverfahren ist der Rapid Chloride Migration (RCM)‐Test, mit dem der Chlorideindringwiderstand von Betonen und Mörteln anhand eines im elektrischen Feld ermittelten Migrationskoeffizienten bewertet wird. Die neuartigen Bindemittel, die mit geringerem CO2‐Ausstoß hergestellt werden können als reiner Portlandzement (PZ), unterscheiden sich teilweise in ihren Porenlösungszusammensetzungen von PZ‐basierten Systemen. Daher besteht die aktuelle Fragestellung, ob die zur Berechnung des Migrationskoeffizienten notwendige und in den aktuellen Prüfvorschriften angegebene Chloridkonzentration, die den Farbumschlag der Indikatorlösung zur Bestimmung der Chlorideindringtiefe auslöst, für diese Bindemittel gültig ist. Zur Klärung dieser Fragestellung wurden an neun verschiedenen Mörteln aus alternativen Bindemitteln der RCM‐Versuch und weitere Untersuchungen zur Bestimmung des Chloridgehaltes in der Tiefe des Farbumschlags durchgeführt und die Auswirkungen auf die ermittelten Migrationskoeffizienten dargestellt.
Bündnis RENAT.BAU – Ressourcenmanagement für nachhaltiges Bauen
Authors: Könke Carsten , Leidolph Lars , Leydolph Barbara , Ludwig Horst‐Michael , Palzer Ulrich , Pleines Ulf , Schnell Alexander
Published: December 2023

Bauen ist heute verbunden mit einem enorm hohen Energieverbrauch, Rohstoffeinsatz und Reststoffanfall. Die Herstellung und der Transport von Baustoffen zum Einsatzort benötigen gewaltige Mengen an Energie und die Prozesse sind nach wie vor mit einer erheblichen Emission von CO2 und weiterer klima‐ und umweltschädlicher Stoffe und Substanzen verbunden. Die Bündnisregion (ca. 80‐km‐Radius um Weimar) verfügt über erhebliche Rohstoffressourcen für die Baustoffindustrie und liegt dadurch im Fokus des überregionalen Bausektors, was der nachhaltigen Nutzung der Landschaftspotenziale entgegensteht. Bauen wird nur dann nachhaltig sein können, wenn über wegweisende Innovationen der Roh‐ bzw. Baustoffeinsatz drastisch reduziert, Herstellungs‐ und Verarbeitungsprozesse deutlich effizienter gestaltet und Stoffkreisläufe konsequent geschlossen werden. Das im Rahmen von WIR! (Wandel durch Innovation in der Region) durch das BMBF finanzierte Bündnis RENAT.BAU betrachtet deshalb das Bauen konsistent über gesamte Stoffströme und vollständige Lebenszyklen und Wertschöpfungsketten hinweg.
Effect of Wood Biomass Ash on the Mechanical and Thermal Performance of Compressed Earth Bricks
Authors: Chelouah Nasser , Boussaa Nadia , Kheloui Fatma
Published: December 2023

This present study investigates the recovery of wood biomass ash (WBA) as chemical stabilize in compacted earth bricks. The specimens were tested for compressive and thermal properties in dry state. The tests were performed at 7 and 28 days of age in order to evaluate the effect of the partial substitution of soil with WBA on the mechanical and thermal properties of the compressed earth bricks. The results indicate that bricks manufactured with 20% of partial substitution showed better performance than those containing only soil. Nevertheless, the use of WBA as source of lime improved the compressive strength and the thermal conductivity of the bricks stabilized with different proportions (5, 10, 15 and 20% wt) when compared with bricks fabricated with 100% soil. This improvement is owing to the pozzolanic reaction produced between the soil components and the WBA as well as the soil microstructure. It was also concluded that the combination of the soil components and lime containing in WBA in the stabilization of compressed earth bricks seems to be a promising alternative when considering issues of energy consumption and pollution.
The influence of hydroxyalkyl methylcellulose on early skin formation in cement‐based tile adhesive
Authors: Neubauer Jörg , Lebert Jenny
Published: December 2023

The effect of cellulose ethers (CE) with same water retention (WR) level but different molecular weight on the early skin formation of cement adhesive mortars was studied. In drymix mortars CE provide WR higher molecular weight and dosage of CE both improve WR. In this study all CE concentrations were adjusted to provide same WR independently from molecular weight of CE. Adjusted concentrations were obtained from zero‐shear viscosities measured in aqueous CE solutions.

Measurements with cement‐based mortars identified the interstitial pore solution viscosity to determine WR level. Data show comparable WR for equal interstitial pore solutions, independently from the molecular weight of the CE if its concentration was adjusted accordingly. However, for cement adhesive mortars formulated with CE having different molecular weight which all provide equal WR, early skin formation was found to vary notably. Higher dosed low molecular weight CE outperforms CE with lower dosage but high molecular weight. This effect can be explained through the formation of a CE containing layer upon evaporation of water from the water‐air interface of the mortar.
Microencapsulation – A versatile process transforming disperse fluids and solutions into perfectly spherical Microspheres and Microcapsules for controlled active agent release
Authors: Mützel Carina , Augustin Christian , Brandau Thorsten
Published: December 2023

Microspheres can be found in all areas of our daily lives, as they are essential ingredients in medicine, cosmetics, food or fertilizers. However, their application in building materials is scarce, as high requirements, such as chemical, thermal and mechanical stability, and limited efficient methods for microgranules and controllable drug delivery have impeded further applications. The patented drip‐casting process of BRACE offers an easy and efficient access to perfectly spherical and highly monodisperse Microspheres and Microcapsules (15 μm – 15000 μm) from dispersions, melts, solutions or emulsions. While Microspheres integrate an active agent into a matrix (matrix‐encapsulation), Microcapsules consist of a core and a membrane (core‐shell principle). Both encapsulation methods provide straight forward design capabilities for the materials of the future especially in the construction industry, where controlled released of active agents is an essential tool for self‐healing concrete. Within this paper, the challenges within the encapsulation of active agents for building materials including long‐term stability in harsh conditions will be discussed and adequate solutions towards active Microspheres applicable for self‐healing concrete presented.
Visible‐Light‐Responsive Polyoxometalate@Metal‐Organic Frameworks Involving Ir Metalloligands for Highly Selective Photocatalytic Oxidation of Sulfides to Sulfoxide
Authors: Wang Jing , Liu Yanan , Yuan Zelong , Li Luoning , Ma Pengtao , Wang Jingping , Niu Jingyang
Published: December 2023

The synthesis of highly efficient visible‐light‐responsive photocatalysts is fundamental to solving the problems of low efficiency and poor selectivity in photocatalytic organic synthesis reactions. We synthesized a crystalline polyoxometalate @metal‐organic framework material {Zn4(H2O)8[Ir(ppy)2(dcbpy)]4[SiW12O40]} ⋅ 4H2O (Ir−SiW) by self‐assembly of Ir metalloligands with POMs. The introduction of Ir metalloligands extends the light absorbing range to visible light, improving the efficient utilization of solar energy. The transfer of photogenerated electrons from Ir metalloligands to SiW12 was observed under visible light irradiation, which boosted the carrier separation efficiency. The synergistic effect of the two components increased the photocatalytic thioether oxidation activity, and the product methyl phenyl sulfoxide for 2.5 h under visible light irradiation (λ >400 nm) reached 99.5 %, which was higher than those of other POM‐based photocatalysts. Meanwhile, the yield of methyl phenyl sulfoxide was still higher than 97 % after three cycles, demonstrating the high stability and reusability of Ir−SiW.
Electrophilic Fluorination of Silyl Dienol Ethers: a General and Selective Access to γ‐Fluoro Enals
Authors: Li Yang , Briand Marina , Miqueu Karinne , Anselmi Elsa , Magnier Emmanuel , Dagousset Guillaume
Published: December 2023

We describe the direct synthesis of γ‐fluoro enals from the corresponding silyl dienol ethers. This simple process operates under mild conditions and is compatible with a wide range of functionalities. The high γ regioselectivity of this protocol was rationalized by means of theoretical calculations.
Gold Microstructures by Thermolysis of Gold(III) Di‐isopropyldithiocarbamate Complexes
Authors: Angeloski A. , Flower‐Donaldson K. , Matar F. , Hayes D. C. , Duman M. N. , Oldfield D. T. , Westerhausen M. T. , McDonagh A. M.
Published: December 2023

Elemental gold was formed by thermolysis of gold(III) dithiocarbamate single‐source precursors, which exist as two complexes. The complexes were readily synthesised from the reaction between chloroauric acid and sodium di‐isopropyldithiocarbamate and could be isolated from each other. The thermal decomposition processes were evaluated using thermogravimetry and electrical resistance measurements. The structure and purity of the resultant gold was examined using scanning electron microscopy. The resultant gold materials were drastically different and dependent on the thermolysed complex.
Recycling Graphite from Spent Lithium Batteries for Efficient Solar‐Driven Interfacial Evaporation to Obtain Clean Water
Authors: Han Sheng‐Jie , Xu Lei , Liu Pan , Wu Jia‐Li , Labiadh Lazhar , Fu Ming‐Lai , Yuan Baoling
Published: December 2023

Invited for this month's cover, the researchers from Huaqiao University and Jilin Jianzhu University. The Cover image shows the use of spent graphite to prepare hydrogels for photothermal evaporation to produce clean water. The Research Article itself is available at 10.1002/cssc.202300845.