Titel: Untersuchungen zur Steuerung der Eisen- und Mangankonzentration bei der Infiltration und Exfiltration an Gewässern: Monitoring, Hydraulik, Bautechnik

Abgeschlossen: 2019

HTW-Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Thomas Grischek

Koop. Universität: Technische Universität Dresden

Abstract: Schwerpunkt der Arbeiten war die Verbesserung des Prozessverständnisses zur Freisetzung und Festlegung von Mangan bei der Uferfiltration und Unterirdischen Enteisenung/Entmanganung. Es wurden eine umfangreiche Datensammlung von weltweiten Uferfiltrationsstandorten erstellt und vielfältige Feld- und Laborversuche sowie hydrogeochemische Modellrechnungen zum Stofftransport bei der Uferfiltration und Untergrundwasserbehandlung durchgeführt. Die Ergebnisse zur Prognose der Manganfreisetzung bei der Uferfiltration sind sowohl für die DREWAG in Dresden als auch für Wasserversorgungsunternehmen in Ägypten und Russland von Nutzen. Die Arbeit ist ein Beispiel für eine enge Kooperation der HTW Dresden mit Unternehmen wie der DREWAG Netz GmbH und der ARCADIS Germany GmbH in der angewandten Forschung.

Titel: Softwaresystem zur Planungsunterstützung im Straßenbrückenbau

Abgeschlossen: 2017

HTW-Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Holger Flederer

Koop. Universität: Technische Universität Dresden

Abstract: Die Dissertation befasst sich mit der Entwicklung eines Softwaresystems, welches Handlungs­empfehlungen und Hilfestellungen bei der Erstellung optimaler Bauwerksentwürfe erstellt. Einführend wird auf vergleichbare, vorhandene Softwaresysteme sowie die Grundlagen der Datenverarbeitung eingegangen. Darüber hinaus werden die Thematik der Künstlichen Intelligenz und deren Implementierung in planungsunterstützende Softwarealgorithmen erörtert. Ein Schwerpunkt des Softwaresystems ist das strukturierte Anlegen einer aussagekräftigen Wissensbasis im Brückenbau. Wesentlich sind dabei Kostenkennwerte, auf deren Grundlage Life-Cycle-Cost-Analysen und Kostenprognosen erstellt werden. Verschiedene Softwarefeatures werden entwickelt, um für die verschiedenen Leistungsphasen im Brückenbau Expertenwissen bereitzustellen. Ein Tool dient der Unterstützung von Kostenprognose zur Finanzplanung in frühen Planungsphasen. Weiterhin kann durch Fallbasiertes Schließen die vorhandene Datenbank hinsichtlich Schlüsselfaktoren, wie z.B. Baustoffverbrauch, Dauerhaftigkeit oder Life-Cycle-Costs gewichtet ausgewertet werden. Ein weiteres Modul ermöglicht Routenplanungen für Schwerlast- und Großraumtransporte.

Titel: Entwicklung von Cellulosefaser-Leichtbeton (CFLC) und Untersuchung des bruchmechanischen Verhaltens

Abgeschlossen: 2016

HTW-Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Christoph Grieger

Koop. Universität: Technische Universität Dresden

Abstract:

Im Zentrum der vorliegenden Arbeit steht ein zementgebundener Leichtbeton auf der Basis von aus Altpapier herausgelösten Cellulosefasern; hierfür wird im Folgenden die Bezeichnung CFLC (Cellulose-Fibre Lightweight Concrete) verwendet. Die Intention zur Untersuchung dieses mitunter auch als Papercrete bezeichneten und bislang nur verhältnismäßig wenig erforschten Materials beruht insbesondere darauf, dass von einer Kombination eines leicht verfügbaren pflanzlichen Faserstoffs mit einem mineralischen Bindemittel eine Reihe positiver Wechselwirkungen erwartet werden darf.

Am Anfang stehen Erläuterungen zur Spezifik dieses Materials und eine Einordnung in den Kontext der üblichen Leicht- und Faserbetone. Nach einer Darstellung und Diskussion der bisher vorhandenen Erkenntnisse erfolgt eine Präzisierung der Aufgabenstellung.

Anschließend werden die Besonderheiten von aus Altpapier herausgelösten Cellulosefasern vorgestellt und die charakteristischen Eigenschaften dieser Fasern beschrieben. Es folgen weiterhin Betrachtungen zur Problematik des Faseraufschlusses. In diesem Zusammenhang werden Wege aufgezeigt, wie dieser Prozess in betontechnologischer Hinsicht labor- und großtechnisch umgesetzt werden kann. Im Hinblick auf den Mischungsentwurf erfolgt eine Vorstellung von Methoden zur Bestimmung der für die Stoffraumrechnung relevanten Faserkennwerte.

In einem weiteren Schritt werden die Methodik und der entwickelte Algorithmus für einen zielgerichteten Mischungsentwurf erläutert sowie eine Variante zur technologischen Klassifizierung von CFLC-Grundtypen vorgestellt. Nach Betrachtungen zur Auswirkung einer Cellulosefaserzugabe auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften wird eine auf die Trockenrohdichte hin ausgerichtete Rezepturentwicklung anhand eines Beispiels demonstriert.

Im Folgenden werden die Ergebnisse der umfangreichen Untersuchungen hinsichtlich der durch die Faserzugabe deutlich veränderten Frischbetoneigenschaften des CFLC sowie die Auswirkungen auf den Mischvorgang und die Einbautechnologie erläutert. Diesbezüglich erfolgt auch eine Darstellung der Erkenntnisse, die bei großtechnischen Versuchen mit dem CFLC in zwei Betonwerken gewonnen wurden.

Des Weiteren werden die Ergebnisse aufgezeigt, die während begleitender Untersuchungen zum Erhärtungs- und Trocknungsprozess erzielt wurden. Dabei werden die strukturellen Auswirkungen der Hydratation des Zementes und der Trocknung beschrieben sowie die Aspekte erörtert, die im Zusammenhang mit der durch die Cellulosefaserzugabe verbundenen Erhärtungsverzögerung und den möglichen Gegenmaßnahmen stehen. Weiterhin werden auch Betrachtungen zur Effektivität einer Festigkeitssteigerung durch die Zugabe von Mikrosilika sowie zu den mit dem Trocknungsprozess einhergehenden Schwindverkürzungen durchgeführt.

Schließlich erfolgt eine Darstellung der bei den Untersuchungen zu den Festbetoneigenschaften gewonnenen Erkenntnisse. Dabei werden die wesentlichsten mechanischen Kennwerte sowie das hygrische und wärmetechnische Verhalten unter Einbeziehung von Porositätskennwerten beleuchtet. Weiterhin erfolgt eine Beurteilung der Dauerhaftigkeit auf der Basis von Zeitraffer- und Auslagerungsversuchen. Das durch die Anwesenheit von Cellulose bestehende Risiko gegenüber einem biologischen Angriff wird dabei durch die Übertragung eines für Holzwerkstoffe üblichen Verfahrens bewertet.

Einen wesentlichen Bestandteil dieser Arbeit stellen die bruchmechanischen Untersuchungen am CFLC dar. Nach einer Darstellung der verwendeten Ansätze und Kennwerte werden Überlegungen zur modellhaften Beschreibung des Verformungs- und Rissverhaltens erläutert. Weiterhin werden Möglichkeiten der optischen Erfassung von Bruchprozessen bzw. der mikroskopischen Untersuchung von Bruchflächen dargelegt. Dabei werden geeignete Wege zur Bestimmung geometrischer Kennwerte aufgezeigt. Das Versuchsprogramm zu den bruchmechanischen Untersuchungen konzentriert sich auf haufwerksporige CFLC-Zusammen­setzungen im Bereich des Infraleichtbetons. Um eine Einordnung der ermittelten Ergebnisse vornehmen zu können, erfolgt die Einbeziehung von Porenbeton aus einem vergleichbaren Rohdichtebereich. Die gewonnenen Erkenntnisse basieren schwerpunktmäßig auf einaxialen Zugversuchen; mit in die Betrachtungen einbezogen werden allerdings auch Ergebnisse, die bei parallel durchgeführten Biege- und Druckversuchen gewonnen wurden.

Zur Erfassung des Verformungs- und Bruchverhaltens des CFLC wird ein Ansatz auf der Basis des klassischen Wachstumsmodells formuliert. Auf der Grundlage der experimentellen Untersuchungen erfolgt letztlich eine Charakterisierung des Materialverhaltens durch die Beschreibung des typischen Kurvenverlaufs (Masterkurve). Darüber hinaus werden Betrachtungen zur Korrelation zwischen den bruchmechanischen Kennwerten und den geometrischen Texturkennwerten der Bruchflächen angestellt. Die anschließende Diskussion über die Ursachen der Strukturänderungen und den Rissbildungsprozess erfolgt unter Einbeziehung eines modellhaften Ansatzes zur Beschreibung der inneren Kontaktfläche zwischen den CFLC-Partikeln bei einer haufwerksporigen Situation.

Das enorme Wasserspeichervermögen der Cellulosefasern hat zur Folge, dass die CFLC-Zusammensetzungen von jenem Wasseranteil dominiert werden, welcher für den Faseraufschluss benötigt wird. Eine Steigerung des Cellulosefaseranteils im Gesamtgemisch hat somit automatisch einen Anstieg der Porosität des trockenen Materials zur Folge, wodurch die ausgeprägte Abhängigkeit fast aller Kennwerte vom Cellulosefaseranteil resultiert. Hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften wurde festgestellt, dass der Bewehrungseffekt der Fasern nicht in der Lage ist, die Festigkeitseinbußen infolge des Ansteigens der Porosität zu kompensieren. Eine Cellulosefaserzugabe hat aber generell eine positive Auswirkung auf die Duktilität und bewirkt zudem die Entstehung einer nennenswerten Tragfähigkeit nach einer begonnenen Makrorissbildung.

Titel: A concept for the investigation of riverbank filtration sites for potable water supply in India

Abgeschlossen: 2015

HTW-Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Thomas Grischek

Koop. Universität: Technische Universität Dresden

Abstract: A concept for the investigation of riverbank filtration sites for potable water supply in India