Development of underwater housings for the deep sea made of ultra-high performance concrete (UHPC) and long-term testing at the Arctic Sea
The aim of this research is the design and analysis of underwater housings made of ultra-high performance concrete (UHPC) within the Helmholtz Alliance “ROBEX” (robotic exploration of extreme environments) [1]. Due to the extremely corrosive maritime environment, mainly expensive materials such as titanium, ceramics, special stainless steel and aluminum are used so far for the construction of temporary and permanent research stations to guarantee long-term deployment. In this project the suitability of high-strength concrete with compressive strength up to 210 MPa for underwater pressure housings and constructions is examined to provide a low cost and durable alternative especially for large housings in future.
UHPC‐Druckgehäuse für Anwendungen in der Tiefsee
Der vorliegende Artikel beschreibt die Entwicklung von Druckgehäusen aus ultrahochfestem Beton für Tiefseeanwendungen im Rahmen der Helmholtz Allianz ROBEX. Neben grundlegenden Untersuchungen zum Materialverhalten von UHPC, wie zeitabhängige oder mehraxiale Druckfestigkeit und E‐Modul, Bruchdehnung, Größeneffekt, Einfluss von Wärmebehandlung und Salzwasserlagerung oder Porositätsmessungen, wurden auch diverse Studien zu Konstruktionsgrundsätzen für wiederverschließbare Druckgehäuse durchgeführt. Die Experimente wurden begleitend numerisch simuliert und das nichtlineare Materialmodell multiPlas in ANSYS anhand der gewonnenen experimentellen Daten kalibriert. Neben einer Vielzahl an Druck‐ und Implosionsversuchen von Betongehäusen im Labor wurden zwei je einjährige Feldstudien in der Arktis in 2500 m Tiefe erfolgreich absolviert, um die Dauerhaftigkeit der Betongehäuse und den Einfluss der maritimen Umgebung auf UHPC zu untersuchen. Dabei konnten Ergebnisse zum Kriechen von UHPC unter hoher Dauerlast, zur Diffusionsdichtheit und zum Einfluss der Calcit‐Kompensationstiefe gewonnen werden. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden in Bemessungsempfehlungen zusammengefasst.
Hydraulic concrete as a deep-drawing tool of sheet steel
To maintain the competitiveness of their products, sheet-steel manufacturers have to offer new technical innovations to reduce the costs of forming car bodies to their clients. In the current industrial process, the reduction could occur at the stage of manufacturing the deep-drawing tools used to produce about 20 to 50 prototype cars. These tools usually are made in polymer resin concrete covered by a gel coat. The use of high-performance hydraulic concrete allows us to markedly reduce production costs and simplify the process. Four types of gel-coat/concrete interfaces were tested. The best set of tools was tested on a deep-drawing line, which was able to deep-draw 16,000 parts and showed that hydraulic concrete tools covered by a gel coat can be used to produce prototype cars. Moreover, we can expect to extend their use to the production of small series of standard cars (10,000 to 20,000 parts).