A scale-linking, experimental study complemented by an analytical model was carried out to investigate the influence of fiber orientation on the crack-opening behavior of strain-hardening cement-based composites (SHCC). Three SHCC compositions were investigated with polyvinyl alcohol (PVA) and ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers in combination with normal- and high-strength matrices. The micromechanical experiments with fiber inclinations of 0◦, 30◦, 45◦, and 60◦ involved fiber embedment in plain and fiber-reinforced specimens. The experimentally derived micromechanical parameters were input into an analytical crack-bridging model to assess the upscaling accuracy of the micromechanical results by comparing the predicted crack-bridging laws to the single-crack opening behavior of equivalent miniature SHCC specimens with controlled fiber orientation. This study yields new insights into the effect of fiber orientation on the crackbridging properties of different types of SHCC, assesses the link between micromechanical and composite scale properties, offers a solid experimental basis for refining the analytical models, and developing anisotropic materials models for SHCC in dependence on fiber orientation.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: Strain hardening cement‐based composites (SHCC) are fibre‐reinforced composites designed to form multiple fine cracks under tensile and flexural load. The cracks are controlled to small widths, whereby significant toughness, or energy dissipation, is realised on the one hand, and high resistance to gas and liquid ingress is maintained on the other hand. These two physical phenomena define application fields of SHCC, i.e. for instance elements of buildings and infrastructure for enhanced earthquake resistance, and protection of steel bars under service loads which lead to crack formation. Also exploiting the potential protection offered by SHCC to existing structures, thin overlays have been applied to existing dam faces, reinforced concrete retaining walls, water channels and RC road pavements. The layers vary between 20 and 40 mm in thickness. Considering the fibre length, usually 8 or 12 mm, as well as the application method, such thin layers may have dominantly two dimensional fibre orientation, with little or no component in the layer thickness direction. While several research groups have performed uniaxial tensile tests and flexural tests on SHCC specimens, little or no information is available on SHCC response to biaxial loading, as is to be expected in road pavement repair layers, or other repair layers. This paper reports the results of biaxial testing of 20 mm thick SHCC specimens produced in such a way to have dominantly two‐dimensional fibre orientation, and another group of specimens produced by cutting from larger specimens, whereby three‐dimensional fibre orientation was preserved in the resulting 20 mm thick specimens. Biaxial tests were performed in three quadrants, i.e. compressioncompression, compression‐tension, and tension‐tension. A clear fibre orientation‐related difference in the failure patterns involves out‐of‐plane splitting under biaxial compression of specimens with twodimensional fibre orientation, at significantly lower load, as opposed to in‐plane tensile splitting of specimens containing three‐dimensional fibre orientation. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Vervormingsverhardende sement‐gebaseerde saamgestelde materiale (SHCC) is veselversterke saamgestelde materiale wat ontwerp is om verskeie fyn krakies te vorm onder trekspanning en buig spanning. Die kraakbreedtes word beheer, waardeur betekenisvolle taaiheid verkry, of energie verlies beheer word aan die een kant, en die hoë weerstand teen die gas en die vloeistof penetrasie aan die ander kant gehandhaaf word. Hierdie twee fisiese verskynsels definieer die toepassingsvelde van SHCC, d.w.s vir byvoorbeeld elemente van geboue en infrastruktuur vir verbeterde aardbewing weerstand, en die beskerming van staal stawe onder die dienslaste wat lei vorming te kraak. By eksploitasie van die potensiële beskerming aangebied deur SHCC aan bestaande strukture, is dun oorlae op bestaande dam walle, versterkte beton keermure, water kanale en staal‐versterkte beton paaie gebruik. Die SHCC lae wissel tussen 20 en 40 mm in dikte. Met inagneming van die vesel lengte, gewoonlik 8 of 12 mm, sowel as die toepassingsmetode, kan so 'n dun lag ‘n oorheersend tweedimensionele vesel oriëntasie hê, met min of geen komponent in die rigting van die laag dikte nie. Terwyl verskeie navorsingsgroepe eenassige trektoetse en buigtoetse op SHCC monsters gedoen het; is daar min of geen inligting beskikbaar op SHCC se reaksie op biaksiale belasting, soos verwag kan word in die pad herstel lae, of ander herstel lae. Hierdie verslag rapporteer die resultate van die biaksiale toetsing van 20 mm dik SHCC monsters wat op so 'n manier gemaak word om dominante twee‐dimensionele vesel oriëntasie te hê, en 'n ander groep monsters wat deur die sny van groter monsters, waarvolgens die drie‐dimensionele vesel oriëntasie verseker is. Biaksiale toetse is uitgevoer in drie kwadrante, d.w.s druk‐druk, druk‐trek en trek‐trek. 'n Duidelike verskil in die falingspatrone, aan die hand van vesel oriëntasie, behels uit‐vlak splyting onder biaksiale toetsing van monsters met twee‐dimensionele vesel oriëntasie, op 'n aansienlik laer lading, in teenstelling met die in‐vlak trek splyting van monsters wat ‘n drie‐dimensionele vesel oriëntasie het.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Strain Hardening Cement Based Composite (SHCC) is a type of High Performance Fibre Reinforced Cement-based Composite (HPFRCC). SHCC contains randomly distributed short fibres which improve the ductility of the material and can resist the full tensile load at strains up to 5 %. When SHCC is subjected to tensile loading, fine multiple cracking occurs that portrays a pseudo strain hardening effect as a result. The multiple cracking is what sets SHCC aside from conventional Reinforced Concrete (RC). Conventional RC forms one large crack that results in durability problems. The multiple cracks of SHCC typically have an average crack width of less than 80 μm (Adendorff, 2009), resulting in an improved durability compared to conventional RC. The aim of this research project is to quantify the cracking behaviour of SHCC which can be used to quantify the durability of SHCC. The cracking behaviour is described using a statistical distribution model, which represents the crack widths distribution and a mathematical expression that describes the crack pattern. The cracking behaviour was determined by measuring the cracks during quasi-static uni-axial tensile tests. The cracking data was collected with the aid of a non-contact surface strain measuring system, namely the ARAMIS system. An investigation was performed on the crack measuring setup (ARAMIS) to define a crack definition that was used during the determination of the cracking behaviour of SHCC. Several different statistical distributions were considered to describe the distribution of the crack widths of SHCC. A mathematical expression named the Crack Proximity Index (CPI) which represents the distances of the cracks to each other was used to describe the crack pattern of SHCC. The Gamma distribution was found to best represent the crack widths of SHCC. It was observed that different crack patterns can be found at the same tensile strain and that the CPI would differ even though the same crack width distribution was found. A statistical distribution model was therefore found to describe the CPI distribution of SHCC at different tensile strains and it was established that the Log-normal distribution best describes the CPI distribution of SHCC. After the cracking behaviour of SHCC was determined for quasi-static tensile loading, an investigation was performed to compare it to the cracking behaviour under flexural loading. A difference in the crack widths, number of cracks and crack pattern was found between bending and tension. Therefore it was concluded that the cracking behaviour for SHCC is different under flexural loading than in tension. / AFRIKAANSE OPSOMMING: “Strain Hardening Cement-based Composite” (SHCC) is ‘n tipe “High Performance Fibre Reinforced Cement-based Composite” (HPFRCC). SHCC bevat kort vesels wat ewekansig verspreid is, wat die duktiliteit van die material verbeter en dit kan die maksimum trekkrag weerstaan tot en met ‘n vervorming van 5 %. Wanneer SHCC belas word met ‘n trekkrag, vorm verskeie fyn krake wat ‘n sogenaamde vervormingsverharding voorstel. Die verskeie krake onderskei SHCC van normale bewapende beton. Normale bewapende beton vorm een groot kraak met die gevolg dat duursaamheidsprobleme ontstaan. Die gemiddelde kraakwydte van SHCC is minder as 80 μm (Adendorff, 2009) en het dus ‘n beter duursaamheid as normale bewapende beton. Die doel van die navorsingsprojek is om die kraak gedrag van SHCC te kwantifiseer en wat dan gebruik kan word om die duursaamheid van SHCC te kwantifiseer. Die kraak gedrag is beskryf deur ‘n statistiese verspreiding model wat die kraak wydtes se verspreiding voorstel en ‘n wiskundige uitdrukking wat die kraak patroon beskryf. Die kraak gedrag was bepaal deur die krake te meet tydens die semi-statiese een-asige trek toetse. Die kraak data was met behulp van ‘n optiese vervormings toestel, naamlik die ARAMIS, versamel. ‘n Ondersoek is gedoen op die kraak meetings opstelling (ARAMIS), om ‘n kraak definisie te definieer wat gebruik is om die kraak gedrag te bepaal. Daar is gekyk na verskeie statistiese verdelings om die kraak wydtes van SHCC te beskryf. Die kraak patroon van SHCC is beskryf met ‘n wiskundige uitdrukking genoem die “Crack Proximity Index” (CPI) wat die krake se afstande van mekaar voorstel. Dit is bevind dat die Gamma verdeling die kraak wydtes van SHCC die beste beskryf. Daar is waargeneem dat verskillende kraak patrone by dieselfde vervorming verkry kan word en dat die CPI kan verskil al is die kraak wydte verdeling dieselfde. ‘n Statistiese verdelingsmodel is dus gevind om die CPI verdeling van SHCC te beskryf by verskillende vervormings, en daar is vasgestel dat die Log-normaal verdeling die CPI verdeling van SHCC die beste beskryf. Nadat die kraak gedrag van SHCC bepaal is vir semi-statiese trek-belasting, is ‘n ondersoek gedoen waar die trek-kraak gedrag vergelyk is met buig-kraak gedrag. ‘n Verskil in die kraak wydtes, aantal krake en kraak patroon is gevind tussen buiging en trek. Dus is die gevolgtrekking gemaak dat die kraak gedrag van SHCC verskillend is in buiging as in trek.

No description available.

Strain-hardening cement-based composites (SHCC) are a special class of fiber-reinforced concrete which develop multiple, fine cracks when subjected to increasing tensile loading, reaching strain capacities of up to several percent. The tensile behavior of SHCC is a result of a purposeful material design accounting for the mechanical and physical properties of the cementitious matrix, of the reinforcing fibers and of their interaction. The exceptionally high energy dissipation through inelastic deformations before reaching tensile strength makes SHCC suitable for manufacturing or strengthening of structural elements which may be subjected to impact loading. However, the tensile behavior of SHCC is highly strain rate dependent, both in terms of tensile strength and strain capacity. The different strain rate sensitivities of the constitutive phases of SHCC (matrix, fiber and interfacial bond) lead to disproportionate dynamic alteration of their mechanical properties under increasing strain rates and, consequently, to an impairment of the micromechanical balance necessary for strain-hardening and multiple cracking. Thus, high energy dissipation under impact loading can only be ensured through a targeted material design. This work presents a series of mechanical experiments at different strain rates and different scales of investigation with the goal of developing a qualitative and quantitative basis for formulating material design recommendations for impact resistant SHCC. Three different types of SHCC were investigated, consisting of two types of polymer fibers (polyvinyl-alcohol and high-density polyethylene) and cementitious matrices (normal-strength and high-strength). Uniaxial tension experiments were performed on SHCC specimens and on non-reinforced matrix specimens with different testing setups at strain rates ranging from 10-4 to 150 s-1. Besides the measured mechanical properties, special attention was paid to the crack patterns and the condition of fracture surfaces. Additionally, micro-scale investigations were performed to quantify the strain rate dependent changes in the mechanical behavior of individual component phases, i.e., matrix, fibers and fiber-matrix bond. The results obtained from the micromechanical investigations were used in an analytical model for crack bridging. The model links the micromechanical parameters and their strain rate sensitivities to the single-crack opening behavior under increasing displacement rates, making it useful for material design purposes. If given an extensive experimental basis for the fracture mechanical properties of the non-reinforced cementitious matrices, the model can be extended for predicting the strain capacity (multiple cracking) of SHCC under different strain rates. / Die hochduktilen Betone (Engl.: Strain-Hardening Cement-based Composites – SHCC) bilden eine besondere Klasse von Faserbetonen, die eine multiple Rissbildung unter zunehmenden Zugspannungen aufweisen, was zu einer sehr hohen Bruchdehnung führt. Das dehnungsverfestigende, hochduktile Zugverhalten der SHCC wird durch eine gezielte Materialentwicklung erreicht, die die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der zementgebundenen Matrizen, der Kurzfasern und deren Zusammenwirkung berücksichtigt. Das außergewöhnliche Energieabsorptionsvermögen der SHCC durch plastische Verformungen vor dem Erreichen der Zugfestigkeit qualifiziert diese Verbundwerkstoffe für die Herstellung oder Verstärkung von Bauteilen, die Impaktbeanspruchungen ausgesetzt sein könnten. Jedoch weisen SHCC sowohl bezüglich deren Zugfestigkeit als auch deren Dehnungskapazität ein ausgeprägtes dehnratenabhängiges Verhalten auf. Unter zunehmenden Dehnraten führen die unterschiedlichen Dehnratensensitivitäten der gestaltenden Phasen von SHCC (Matrix, Faser und deren Verbund) zur Beeinträchtigung des mikromechanischen Gleichgewichts, welches für die Dehnungsverfestigung und multiple Rissbildung erforderlich ist. Eine hohe Energiedissipation unter Impaktbeanspruchungen kann deshalb nur durch eine gezielte Materialentwicklung der SHCC hinsichtlich deren Verhaltens unter hohen Dehnraten gewährleistet werden. Die vorliegende Arbeit umfasst eine Reihe von experimentellen Untersuchungen mit verschiedenen Dehnraten und an unterschiedlichen Betrachtungsebenen, mit dem Ziel eine qualitative und quantitative Basis für Empfehlungen zur Materialentwicklung von Impakt-resistenten SHCC zu schaffen. Drei verschiedene SHCC-Zusammensetzungen wurden untersucht. Die Referenz-Zusammensetzung aus einer normalfesten zementgebundenen Matrix und Polyvinyl-Alkohol-Kurzfasern wurde mit zwei unterschiedlichen SHCC verglichen (hochfest und normalfest), die mit Kurzfasern aus hochdichtem Polyethylen bewehrt wurden. Einaxiale Zugversuche wurden an SHCC-Proben und unbewehrten Matrix-Proben mit verschiedenen Prüfvorrichtungen bei Dehnraten von 10-4 bis 150 s-1 durchgeführt. Zusätzlich zu den gemessenen mechanischen Eigenschaften wurden die Rissbildung und die Bruchflächen detailliert untersucht. Darüber hinaus wurden mikromechanische Untersuchungen durchgeführt, um die Dehnratensensitivität der einzelnen Phasen, d.h. Matrix, Faser und deren Verbund zu beschreiben. Die aus den mikromechanischen Untersuchungen erzielten Ergebnisse wurden als Eingangswerte in einem analytischen Einzelriss-Modell verwendet. Das entwickelte Modell verbindet die mikromechanischen Parameter und deren Dehnratenabhängigkeit mit dem Rissöffnungsverhalten von SHCC bei zunehmenden Verschiebungsraten. Das macht es vorteilhaft für Materialentwicklungszwecke. Das Modell kann für die Vorhersage der Dehnungskapazität von SHCC bei diversen Dehnraten weiterentwickelt werden, wenn eine umfassende experimentelle Basis für die bruchmechanischen Eigenschaften der Matrizen vorliegt.

Strain-hardening cement-based composites (SHCC) are a special class of fiber-reinforced concrete which develop multiple, fine cracks when subjected to increasing tensile loading, reaching strain capacities of up to several percent. The tensile behavior of SHCC is a result of a purposeful material design accounting for the mechanical and physical properties of the cementitious matrix, of the reinforcing fibers and of their interaction. The exceptionally high energy dissipation through inelastic deformations before reaching tensile strength makes SHCC suitable for manufacturing or strengthening of structural elements which may be subjected to impact loading. However, the tensile behavior of SHCC is highly strain rate dependent, both in terms of tensile strength and strain capacity. The different strain rate sensitivities of the constitutive phases of SHCC (matrix, fiber and interfacial bond) lead to disproportionate dynamic alteration of their mechanical properties under increasing strain rates and, consequently, to an impairment of the micromechanical balance necessary for strain-hardening and multiple cracking. Thus, high energy dissipation under impact loading can only be ensured through a targeted material design. This work presents a series of mechanical experiments at different strain rates and different scales of investigation with the goal of developing a qualitative and quantitative basis for formulating material design recommendations for impact resistant SHCC. Three different types of SHCC were investigated, consisting of two types of polymer fibers (polyvinyl-alcohol and high-density polyethylene) and cementitious matrices (normal-strength and high-strength). Uniaxial tension experiments were performed on SHCC specimens and on non-reinforced matrix specimens with different testing setups at strain rates ranging from 10-4 to 150 s-1. Besides the measured mechanical properties, special attention was paid to the crack patterns and the condition of fracture surfaces. Additionally, micro-scale investigations were performed to quantify the strain rate dependent changes in the mechanical behavior of individual component phases, i.e., matrix, fibers and fiber-matrix bond. The results obtained from the micromechanical investigations were used in an analytical model for crack bridging. The model links the micromechanical parameters and their strain rate sensitivities to the single-crack opening behavior under increasing displacement rates, making it useful for material design purposes. If given an extensive experimental basis for the fracture mechanical properties of the non-reinforced cementitious matrices, the model can be extended for predicting the strain capacity (multiple cracking) of SHCC under different strain rates. / Die hochduktilen Betone (Engl.: Strain-Hardening Cement-based Composites – SHCC) bilden eine besondere Klasse von Faserbetonen, die eine multiple Rissbildung unter zunehmenden Zugspannungen aufweisen, was zu einer sehr hohen Bruchdehnung führt. Das dehnungsverfestigende, hochduktile Zugverhalten der SHCC wird durch eine gezielte Materialentwicklung erreicht, die die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der zementgebundenen Matrizen, der Kurzfasern und deren Zusammenwirkung berücksichtigt. Das außergewöhnliche Energieabsorptionsvermögen der SHCC durch plastische Verformungen vor dem Erreichen der Zugfestigkeit qualifiziert diese Verbundwerkstoffe für die Herstellung oder Verstärkung von Bauteilen, die Impaktbeanspruchungen ausgesetzt sein könnten. Jedoch weisen SHCC sowohl bezüglich deren Zugfestigkeit als auch deren Dehnungskapazität ein ausgeprägtes dehnratenabhängiges Verhalten auf. Unter zunehmenden Dehnraten führen die unterschiedlichen Dehnratensensitivitäten der gestaltenden Phasen von SHCC (Matrix, Faser und deren Verbund) zur Beeinträchtigung des mikromechanischen Gleichgewichts, welches für die Dehnungsverfestigung und multiple Rissbildung erforderlich ist. Eine hohe Energiedissipation unter Impaktbeanspruchungen kann deshalb nur durch eine gezielte Materialentwicklung der SHCC hinsichtlich deren Verhaltens unter hohen Dehnraten gewährleistet werden. Die vorliegende Arbeit umfasst eine Reihe von experimentellen Untersuchungen mit verschiedenen Dehnraten und an unterschiedlichen Betrachtungsebenen, mit dem Ziel eine qualitative und quantitative Basis für Empfehlungen zur Materialentwicklung von Impakt-resistenten SHCC zu schaffen. Drei verschiedene SHCC-Zusammensetzungen wurden untersucht. Die Referenz-Zusammensetzung aus einer normalfesten zementgebundenen Matrix und Polyvinyl-Alkohol-Kurzfasern wurde mit zwei unterschiedlichen SHCC verglichen (hochfest und normalfest), die mit Kurzfasern aus hochdichtem Polyethylen bewehrt wurden. Einaxiale Zugversuche wurden an SHCC-Proben und unbewehrten Matrix-Proben mit verschiedenen Prüfvorrichtungen bei Dehnraten von 10-4 bis 150 s-1 durchgeführt. Zusätzlich zu den gemessenen mechanischen Eigenschaften wurden die Rissbildung und die Bruchflächen detailliert untersucht. Darüber hinaus wurden mikromechanische Untersuchungen durchgeführt, um die Dehnratensensitivität der einzelnen Phasen, d.h. Matrix, Faser und deren Verbund zu beschreiben. Die aus den mikromechanischen Untersuchungen erzielten Ergebnisse wurden als Eingangswerte in einem analytischen Einzelriss-Modell verwendet. Das entwickelte Modell verbindet die mikromechanischen Parameter und deren Dehnratenabhängigkeit mit dem Rissöffnungsverhalten von SHCC bei zunehmenden Verschiebungsraten. Das macht es vorteilhaft für Materialentwicklungszwecke. Das Modell kann für die Vorhersage der Dehnungskapazität von SHCC bei diversen Dehnraten weiterentwickelt werden, wenn eine umfassende experimentelle Basis für die bruchmechanischen Eigenschaften der Matrizen vorliegt.

Thesis (MScEng (Civil Engineering))--University of Stellenbosch, 2009. / ENGLISH ABSTRACT: Strain Hardening Cement-based Composite (SHCC) is part of the High Performance Fibre Reinforced Cement-based Composite (HPFRCC) family and is a relative new concrete composite. This Fibre Reinforced Cement-based Composite (FRCC) contains randomly distributed short fibres and when subjected to a uni-axial tensile load multiple cracking occurs. The multiple cracking generates fine cracks which are normally smaller than 100 μm and achieve a strain capacity of more than 5 %. There are limited publications regarding the research of sustained tensile tests on SHCC and especially the cracking behaviour of SHCC under quasi-static uni-axial as well as sustained tensile loads. The cracking behaviour is described as the average crack width, number of cracks and descriptive statistical properties which could be used to represent the distribution of the multiple fine cracks under uni-axial tension. There are two types of tests that were under consideration to determine the cracking behaviour of SHCC. The first is quasi-static uniaxial tensile tests and the second is sustained tensile tests. The latter was dependant on the uni-axial tensile tests in terms of the sustained load applied. The sustained loads ranged from 40 % to 80 % of the ultimate tensile resistance recorded from the uni-axial tensile tests that correspond with a strain rate of 0.001 /s. Different strain rates were used for the uni-axial tensile tests to determine the effect on the cracking behaviour. The cracking behaviour was determined with the aid of a non-contact optical 3D digital deformation measuring device called ARAMIS. The content of this thesis gives a background study of the cracking behaviour and relevant research performed on SHCC under certain loads as well as some literature about the timedependant effects of a cement-based composite. The functioning of the device called ARAMIS is explained as well as the resulting effects of this device on the preparation of the test specimens. The experimental framework for the uni-axial and sustained tensile tests is discussed. Thereafter, the experimental results of the tests are depicted and discussed. The results shed some light on the basic material properties such as the average ultimate stress and average ultimate strain, Young’s modulus, etc. for the quasi-static tensile tests as well as shrinkage and creep of SHCC. The cracking behaviour such as the average crack width, number of cracks, the variance and skewness of the distribution of the crack widths in the test specimens for the quasi-static uni-axial and sustained tensile tests are depicted and discussed. The cracking behaviour when subjected to uni-axial tensile tests with different strain rates is significantly governed by the formation of new cracks and the average crack width remains small with increase in strain. There is no significant difference for the cracking behaviour found when subjected to different strain rates. However, when SHCC is subjected to a sustained load then the average crack width is dependant on the number of cracks that form over time as well as the load level. The formation of fewer and wider cracks was observed for specimens loaded at average 40 % of the ultimate tensile resistance stress, however at loading percentages of higher than 65 % more cracks developed which resulted in a smaller average crack width. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Vervorming Verharding Sement gebaseerde samestelling “Strain Hardening Cement-based Composite” (SHCC) is deel van die familie van “High Performance Fibre Reinforced Cement-based Composite” (HPFRCC) en is ʼn relatiewe nuwe beton samestelling. Hierdie vesel versterkte sement gebaseerde beton bevat willekeurig verspreide kort vesels en veelvoudige klein krake vorm onder monotoniese trekkragte. Hierdie veelvoudige klein krake is minder as 100 μm wyd en lei tot ʼn vervorming van meer as 5 %. Daar is ʼn tekort aan navorsing oor die kruip van SHCC sowel as die kraak gedrag van hierdie sement gebaseerde samestelling onderhewig aan trek. Die kraak gedrag word beskryf as die gemiddelde kraakwydte, aantal krake en ʼn paar beskrywende statistiese parameters. Hierdie kraak gedrag parameters kan gebruik word om ʼn verdeling te kan weergee van die veelvoudige klein krake onder ʼn trek belasting. Twee tipes toetse was uitgevoer om die kraak gedrag te beskryf. Die eerste tipe toets was monotoniese trek toetse en die tweede tipe was kruip toetse. Die tweede toets was afhanklik van die monotoniese trek toetse in terme van die belasting wat gebruik was vir die kruip toetse. Die belasting was gevarieer vanaf 40 % tot 80 % van die breekbelasting wat bepaal is met die monotoniese trektoetse wat ooreenstem met ʼn vervorming tempo van 0.001 /s. Verskillende vervorming tempo’s vir die monotoniese trektoetse was uitgevoer om te bepaal wat die effek is op die kraak gedrag. Die kraak gedrag was bepaal met behulp van ʼn geen-kontak optiese 3D digitale deformasie meet instrument genoem ARAMIS. Die inhoud van die tesis bevat ʼn kort opsoming oor ʼn agtergrond studie van die kraak gedrag en relevante navorsing oor vesel versterkte sement gebaseerde beton, sowel as literatuur oor die tydafhanklike effekte van ʼn sement gebaseerde samestelling. Die beheer en gebruik van die meet instrument ARAMIS word verduidelik, sowel as die effek van hierdie masjien op die voorbereiding vir die eksperimente. Die eksperimentele uiteensetting vir die monotoniese en kruip toetse word beskryf. Daarvolgens is die resultate van die eksperimentele toetse getoon en verduidelik. Die resultate verduidelik die basiese materiaal eienskappe, byvoorbeeld die gemiddelde breekspanning met die ooreenkomstige breekvervorming, Young’s modulus en so voorts vir die monotoniese trektoetse, sowel as eienskappe met betrekking tot krimp en kruip van SHCC. Die kraak gedrag naamlik die gemiddelde kraakwydte, aantal krake per meter, variansie en die skuinsheid van die ontwikkelde krake met die toets proefstukke vir die monotoniese en kruip trek toetse word weergegee en verduidelik. Die kraak gedrag van SHCC wanneer getoets word met verskillende monotoniese trektoets tempo’s word beheer deur die ontwikkeling van nuwe krake en die gemiddelde kraakwydte is beduidend laag met toenemende vervorming. Daar is geen beduidende verskil in die kraak gedrag ten opsigte van die verskillende monotoniese trek tempo’s nie. In teendeel, wanneer SHCC belas word met ʼn konstante las oor tyd word die gemiddelde kraakwydte beheer deur die ontwikkeling van nuwe krake sowel as die belasting wat aangewend is. Onder ʼn belasting van so laag as 40 % van die breekbelasting vorm daar minder krake, maar met ʼn groter gemiddelde kraakwydte. Wanneer belas word met meer as 65 % van die breekbelasting vorm meer krake wat lei tot ʼn kleiner gemiddelde kraakwydte.

Hochduktiler Beton ist ein mit kurzen Kunststofffasern bewehrter Hochleistungs-verbundwerkstoff auf Zementbasis, der unter Zugbelastung eine hohe nichtelastische Verformbarkeit und ein verfestigendes Materialverhalten aufweist. Dieses Verhalten wird durch die Zugabe von diskontinuierlich verteilten Kurzfasern aus Kunststoff erzielt. In der vorliegenden Arbeit wurden einachsige Bauteilzugversuche durchgeführt auf deren Basis das globale und lokale Zugtragverhalten der großformatigen Versuchskörper beschrieben werden kann. Ausgangspunkt sind experimentelle Untersuchungen zum Tragverhalten des Stabstahls und des hochduktilen Betons sowie zu deren gemeinsamen Verbundverhalten. Die Untersuchungen zeigen, dass der Herstellungsprozess das Betongefüge und damit auch das mechanische Verhalten von hochduktilem Beton beeinflusst und dieser auf Grund seiner Zusammensetzung ein ausgeprägtes Schwindverhalten aufweist. Beides muss bei der Untersuchung großformatiger Versuchskörper berücksichtigt werden. Dazu wurden sowohl unbewehrte als auch bewehrte Dehnkörper mit unterschiedlichem Bewehrungsgehalt unter kontrollierten Herstellungsbedingungen in einem konventionellen Mischwerk hergestellt. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchung erlauben die Abbildung des Last-Verformungsverhaltens unter Berücksichtigung der hohen Schwindmaße durch isoliert ermittelte Spannungs-Dehnungs-Beziehungen des hochduktilen Betons und des reinen Stahls. Dieses Verfahren erlaubt eine einfache Beschreibung des kombinierten Tragverhaltens unter Berücksichtigung der rissüberbrückenden Wirkung der Fasern. / SHCC is an advanced construction material developed especially for strain-hardening, quasi-ductile behaviour. Both are achieved through the combined interaction of short polymer fibres dispersed in the cementitious matrix. The resulting tensile behaviour of SHCC is characterized by a progressive formation of multiple cracks and high strain capacity, which influences the structural behaviour especially in combination with steel reinforcement. This thesis reports on experimental investigations to analyse the load-bearing behaviour of R/SHCC members. The investigations included the determination of relevant material properties as well as uniaxial tension tests on steel reinforced slab elements. The aim was to study the effect of multiple cracking on the bond interaction with steel reinforcement and their combined load-deformation behaviour. Specific attention was also given to the influence of the production process and shrinkage behaviour of SHCC. It was shown that production and size related changes of material properties influence the cracking behaviour of SHCC, which can lead to a significant reduction of tensile strain capacity in a structural element. The interaction with steel reinforcement, on the other hand, was found to facilitate multiple cracking and enhance tensile strain capacity during the stage of elastic steel deformations. However, a mutual dependency of SHCC fracture and plastic steel deformations could be observed in the post-yielding stage of the steel rebar. The experimental results were discussed with respect to their implications for constitutive modelling of the tensile load-bearing behaviour. The resulting relationships are based upon the individual material behaviour as well as their bond interaction. Further to that, the effects of SHCC shrinkage and early strain-hardening of steel reinforcement were assessed based on the experimental data. These results contribute to the understanding of the mechanical processes in order to determine the behaviour of steel reinforced SHCC for practical applications.