Bei den Forschungsaktivitäten wird von aktuellen Fragestellungen der Baustofftechnologie ausgegangen, wobei die Lösung akuter Probleme der Baupraxis und die Schaffung von soliden theoretischen Grundlagen in gleichem Maße angestrebt werden. Die Forschung wird hierbei vor allem durch interdisziplinäres Arbeiten geprägt. Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten zählen insbesondere: Entwicklung neuer zementbasierter Verbundwerkstoffe sowie von Verfahren zu deren Herstellung mit besonderem Akzent auf Faserbetone (Hochduktiler Beton mit Kurzfasern, Beton mit textiler Bewehrung, Ultrahochfester Beton mit innerer Nachbehandlung, Selbstverdichtender Leichtbeton, Beton mit sehr hohem Verschleißwiderstand) Untersuchung der Kurz- und Langzeiteigenschaften von neuen und bestehenden Baustoffen auf mineralischer Basis (Beton, Mörtel, Mauerwerk); Erforschung der für das Materialverhalten maßgebenden Mechanismen sowie der Mittel zu deren gezielten Beeinflussung (Festigkeits-, Verformungs- und Bruchverhalten unter monotoner, zyklischer und stoßartiger Beanspruchung sowie Schwinden und Kriechen von Beton; Transport von korrosiven Medien unter Berücksichtigung der Rissbildung, Schädigungsmechanismen und Dauerhaftigkeit) Modellierung des Baustoffverhaltens; Ableitung von stoffgesetzlichen Beziehungen; numerische Simulation des Materialverhaltens in unterschiedlichen Stadien seines "Lebens" (Herstellung, Verarbeitung, Erhärtung, mechanische Beanspruchung, Exposition von korrosiven Medien etc.)

Die Arbeit stützt sich überwiegend auf die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen. Einaxiale Zugversuche an scheibenförmigen Probekörpern bildeten die Basis für die Beschreibung des Tragverhaltens in Form von Spannungs-Dehnungs-Linien. Da die Durchführung von Zugversuchen bekanntlich nicht ganz problemlos ist, wird der Versuchsaufbau besonders sorgfältig dargestellt. Mängel und deren Auswirkung auf die Versuchsergebnisse werden ausführlich diskutiert. Für die Beurteilung der Verbundeigenschaften der Bewehrung ist der Umfang der Kontaktfläche mit der Matrix ein wichtiger Parameter. Es wurde ein Verfahren für die Ermittlung dieser und anderer geometrischen Eigenschaften der Bewehrung entwickelt. Elektronische Aufnahmen von klassischen Dünnschliffen werden dazu mit einem digitalen Bildauswerteprogramm analysiert. Die Berücksichtigung einer Vielzahl von Einflüssen ermöglicht erstmals die reproduzierbare Bestimmung des Umfanges der Kontaktfläche zwischen den Fasern und der Matrix sowie die Querschnittsfläche der Faserbündel in der Matrix ohne subjektive Einflüsse. Das Tragverhalten von unidirektionalen und textilen Bewehrungen aus AR-Glas Filamentgarnen wird mit experimentellen Methoden untersucht. Die Basis bilden in einaxialen Zugversuchen an Dehnkörpern aufgenommene Spannungs-Dehnungs-Linien. Schon bei einer Bewehrung aus unidirektionalen Multifilamentgarnen treten Phänomene auf, die von Bewehrungen aus kompakten, homogenen Querschnitten (Stäben oder Drähten) nicht bekannt sind. Die Multifilamentgarne können selbst schon als Verbundwerkstoff bezeichnet werden, dessen Eigenschaften in einem großen Wertebereich variieren. Mit der textilen Verarbeitung von Multifilamentgarnen werden die (Verbund¬¬-)Eigenschaften entscheidend verändert. Ganz wesentlich ist das Hinzufügen von weiteren Faserscharen und den für die Herstellung der Textilien notwendigen Nähgarnen. Durch die Verarbeitung ändern sich auch Form und Packungsdichte der Multifilamentgarne. Das Zusammenspiel all dieser Einflüsse und die Variationsmöglichkeiten bei der Kombination aller Parameter führen zu einem teilweise deutlich verändertem Tragverhalten des textilbewehrten Betons gegenüber unidirektional bewehrtem Beton. Auf der Basis einfach handhabbarer Modelle wird versucht, Charakteristika des Tragverhaltens zu erklären. Beim textilbewehrten Beton ist jedoch oft kein eindeutiger Zusammenhang erkennbar, weil sich mehrere Einflüsse überlagern. Trotzdem ist es gelungen, zahlreiche, für den textilbewehrten Beton typische Besonderheiten aufzuzeigen und deren Ursachen zu klären. Den Abschluss bilden Überlegungen zur Optimierung der textilen Bewehrungen, die sich aus den beobachteten Phänomenen und deren Ursachen ableiten. / This thesis is mainly based on results of experimental methods. Uniaxial tension tests on strain specimens provide a basis for a description of the load bearing behaviour in the form of stress-strain-curves. It is well known, that the accomplishment of tension tests causes several problems. Therefore the test set-up is described in detail. Deficiencies and their impact on test results are discussed extensively. For the assessment of bond properties the perimeter of the contact area between fibres and matrix is a crucial parameter. A new procedure has been developed for estimating this and other geometrical properties of the reinforcement. Digital images of traditional thin section petrography are analysed with digital image analysis software. The consideration of a multitude of influences enables a reproducible determination of the perimeter of the contact area between fibres and matrix as well as the cross sectional area of the fibre bundles for the first time without subjective influences. The load bearing behaviour of unidirectional fabric reinforcement made from AR-glass filament yarns is examined with experimental methods. Stress-strain-curves from uniaxial tension tests on strain specimen provide a basis. Reinforcements of unidirectional multi filament yarns show already phenomenon?s that are not known from reinforcements with compact homogeneous cross sections (bars or wires). Multi filament yarns could be indicated as an composite material itself whose properties vary in a wide range. During fabric production with textile technologies the (bond-)properties are subject to crucial changes. The adding of extra layers of yarns and needle thread required for connecting these layers are of vital importance. Textile processing changes shape and packing density of the multi filament yarns. The interaction of all these influences and the possible range of combining all parameters lead to pronounced changes in the mechanical properties of textile reinforced concrete also compared to unidirectional fibre reinforcement. Using simple to handle models this work attempts to explain characteristics of the mechanical behaviour. However, for textile reinforced concrete there is often not a clear connection visible. Although numerous typical characteristics of textile reinforced concrete and their causes has been identified. Finally some considerations for optimising fabric reinforcements are given, which has been derived from observed phenomenons and their causes.

Bei den Forschungsaktivitäten wird von aktuellen Fragestellungen der Baustofftechnologie ausgegangen, wobei die Lösung akuter Probleme der Baupraxis und die Schaffung von soliden theoretischen Grundlagen in gleichem Maße angestrebt werden. Die Forschung wird hierbei vor allem durch interdisziplinäres Arbeiten geprägt. Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten zählen insbesondere: Entwicklung neuer zementbasierter Verbundwerkstoffe sowie von Verfahren zu deren Herstellung mit besonderem Akzent auf Faserbetone (Hochduktiler Beton mit Kurzfasern, Beton mit textiler Bewehrung, Ultrahochfester Beton mit innerer Nachbehandlung, Selbstverdichtender Leichtbeton, Beton mit sehr hohem Verschleißwiderstand) Untersuchung der Kurz- und Langzeiteigenschaften von neuen und bestehenden Baustoffen auf mineralischer Basis (Beton, Mörtel, Mauerwerk); Erforschung der für das Materialverhalten maßgebenden Mechanismen sowie der Mittel zu deren gezielten Beeinflussung (Festigkeits-, Verformungs- und Bruchverhalten unter monotoner, zyklischer und stoßartiger Beanspruchung sowie Schwinden und Kriechen von Beton; Transport von korrosiven Medien unter Berücksichtigung der Rissbildung, Schädigungsmechanismen und Dauerhaftigkeit) Modellierung des Baustoffverhaltens; Ableitung von stoffgesetzlichen Beziehungen; numerische Simulation des Materialverhaltens in unterschiedlichen Stadien seines "Lebens" (Herstellung, Verarbeitung, Erhärtung, mechanische Beanspruchung, Exposition von korrosiven Medien etc.)

The aim of this work is the development of mechanical models on a mesoscopic level for the analytical description of the material properties of textile reinforced concrete (TRC). For the modelling of the heterogeneous structure of TRC the concept of representative volume elements (RVE) is used. RVEs are representative for the mesoscopic structure. The overall material behaviour on the macroscopic level is obtained by means of homogenisation of the heterogeneous material behaviour on the mesoscopic level. Based on the micro mechanical solution of the elastic field of an ellipsoidal inclusion according to Eshelby a model for the determination of the material behaviour for multi-directional reinforced finegrained concrete is developed. An effective field approximation considers the interaction of the differentially orientated reinforcements in an averaged sense. Microcracks are included by additional strains in the representative volume element. The average interaction between the microcracks and the reinforcements is considered by an effective field approximation. As a criteria for the initiation of the macro cracking a critical microcrack density parameter is implemented in the mechanical model. The microcracks accumulate to macrocracks if the microcrack density parameter in the RVE exceeds this critical value. For the mechanical modelling of the bond behaviour between roving and matrix after macro cracking a multiple linear shear stress-slip relation is used. This shear stress-slip relation considers adhesion, damage and failure of the interface between roving and matrix. Hence experimentally measured pullout force-displacement curves can be simulated realistically. / Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung mechanischer Modelle auf der Mesoebene zur analytischen Beschreibung des makroskopischen Materialverhaltens von textilbewehrtem Feinbeton. Für die Modellierung der heterogenen Struktur wird das Konzept der repräsentativen Volumenelemente (RVE), die für die Mesostruktur des betrachteten Verbundwerkstoffes repräsentativ sind, verwendet. Der Übergang von dem heterogenen Materialverhalten auf der Mesoebene zum mittleren Materialverhalten auf der Makroebene erfolgt mittels Homogenisierung. Auf Basis der mikromechanischen Grundlösung für ellipsoidförmige Einschlüsse nach Eshelby wird ein Modell entwickelt, das die Ermittlung des Materialverhaltens von multidirektional bewehrtem Feinbeton ermöglicht. Durch die Anwendung einer Effektive-Feld-Theorie wird die gegenseitige Beeinflussung der unterschiedlich orientierten Bewehrungen in einem gemittelten Sinn betrachtet. Die ab einer bestimmten makroskopischen Beanspruchung entstehenden Mikrorisse berücksichtigt das mechanische Modell über einen durch die Mikrorisse hervorgerufenen zusätzlichen Verzerrungsanteil im RVE. Mittels der verwendeten Effektive-Feld-Theorie kann eine mittlere Beeinflussung zwischen den Mikrorissen und der Rovingbewehrung erfasst werden. Für den Übergang von der Mikrorissbildung zur Makrorissbildung wird für das mechanische Modell der Begriff einer maximalen Mikrorissdichte eingeführt. Überschreitet die Mikrorissdichte im RVE diesen maximalen Wert, vereinigen sich die Mikrorisse zu Makrorissen. Zur Beschreibung des mechanischen Verbundverhaltens zwischen Roving und Matrix beim Rovingauszug am Makroriss wird eine multilineare Schubspannungs-Schlupf-Beziehung verwendet, welche die Schädigung des Roving-Matrix-Verbundes bis hin zum vollständigen Versagen erfasst. Damit lassen sich experimentell ermittelte Kraft-Verformungskurven an Zugproben wirklichkeitsnah abbilden.

Textilbewehrter Beton zur Verstärkung von Stahlbetonbauteilen ist neben den klassischen und etablierten Verfahren eine äußerst interessante Alternative, die die Vorteile der leichten Kohlenstofffaserklebeverstärkungen mit denen von Spritzbeton mit Bewehrung verbindet. Aus den theoretischen und experimentellen Untersuchungen in dieser Arbeit können wichtige Erkenntnisse zum gemeinsamen Tragverhalten von Betonstahl und textiler Bewehrung sowie zu den Auswirkungen der verbundbedingten Unterschiede abgeleitet werden. Mit den theoretischen Betrachtungen werden das gemeinsame Tragverhalten und der Einfluss des unterschiedlichen Verbundverhaltens auf die Zugkraftaufteilung gezeigt und qualifiziert. Die Behandlung der verbundbedingten Unterschiede bei gemischt mit Betonstahl und Textil bewehrten Zuggliedern ist analog dem Vorgehen bei gemischter Beton- und Spannstahlbewehrung bzw. Klebebewehrung mit Verbundbeiwerten darstellbar. Zur Ableitung entsprechender Kennwerte werden verschiedene Möglichkeiten diskutiert. Zudem wird eine vereinfachte Bemessung vorgeschlagen. Insgesamt sind die Ergebnisse ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur baupraktischen Anwendung von Textilbetonverstärkungen und ermutigen bereits zum umsichtigen Einsatz unter Beachtung der Sicherheitsaspekte. Noch offene Fragen und notwendiger Klärungsbedarf sollten die Wissbegier anregen und vertiefende Forschungsvorhaben und weitere experimentelle Untersuchungen ermöglichen. / Textile reinforcement represents an excellent alternative to existing techniques for strengthening of concrete structures, combining the benefits of lightweight fiber reinforced polymer strengthening with those of shotcrete with reinforcement. The theoretical and experimental studies in this thesis provide essential insights into the common load bearing behaviour of reinforcing steel and textile reinforcements as well as on the impact of the different bond characteristics of both types of rein-forcement. With the theoretical investigations, the combined load bearing behaviour and the influence of the different bond characteristics on distribution of the forces could be shown and qualified. The inter-action of both reinforcement types, taking into account the different bond characteristics, can be represented by bond coefficients analogous to the approach to mixed steel and pre-stressing-steel reinforcements. So as to derive the appropriate parameters, several options were discussed. Moreover, a simplified approach to design a TRC-strengthening-layer was proposed. Overall, the results are an essential step towards the practical application of textile reinforced con-crete for the strengthening of concrete structures and should already be encouraging the prudent use while considering the necessary safety aspects. Remaining issues and necessary clarifications should stimulate curiosity and in-depth research projects and allow further experimental studies.

Textile Bewehrungen stellen eine hervorragende Alternative zu bisherigen Verstärkungsmethoden dar. Die Wirksamkeit von Textilbetonverstärkungen konnte bereits eindrucksvoll nachgewiesen werden. Um sowohl die vorhandene Bausubstanz, als auch die Verstärkung optimal auszulasten, ist es erforderlich, das Zusammenwirken beider Bewehrungsarten unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Verbundeigenschaften zu beschreiben. In diesem Beitrag wird das gemeinsamen Tragverhalten von Betonstahl und textiler Bewehrung eingehend erläutert. Zur Veranschaulichung wird daher vor allem die Verbundtragwirkung und deren Einfluss auf gerissene Zugglieder genauer untersucht.

Die Anwendung von textilbewehrtem Beton ermöglicht vorgefertigte, filigrane und leichte Betonkonstruktionen von hoher Dauerhaftigkeit und Oberflächenqualität. Stand der Technik in der Anwendung sind hinterlüftete Fassadenplatten mit Dicken von 20-35 mm und Größen von bis zu 12,3 m², die aufgrund der geringen Querschnittssteifigkeiten nur mit metallischen oder monolithischen Aussteifungen realisierbar sind. Steife, tragfähige und dennoch leichte Querschnitte lassen sich mit Sandwichkonstruktionen erreichen, die große Spannweiten und zusätzliche Einsparpotentiale im Betoneinsatz und der Gesamtbauteilstärke ermöglichen. Insbesondere selbsttragende Sandwichkonstruktionen bieten ein hohes Anwendungspotenzial im Fassadenbereich. Der vorliegende Beitrag berichtet über Lastannahmen, Tragverhalten, Herstellung und Anwendung beim Hallenneubau des Instituts für Textiltechnik, RWTH Aachen.

Die bei Textilbetonen überwiegend zum Einsatz kommenden Bewehrungen aus AR-Glas weisen infolge der Glaskorrosion einen signifikanten Tragfähigkeitsverlust auf. Im Rahmen des Teilprojektes D5 des SFB 532 wurden die Faktoren, die die Dauerhaftigkeit des Werkstoffes beeinflussen, evaluiert und in einen Modellansatz umgesetzt. Anhand dieser Untersuchungen konnten Möglichkeiten zur Reduktion des langfristigen Festigkeitsverlustes aufgezeigt werden. Eine dieser Möglichkeiten ist die Polymermodifikation des Betons, die im Wesentlichen einen Einfluss auf den Wassertransport innerhalb des Betonquerschnitts hat. Im Rahmen des Teilprojektes B4 des SFB 532 wurden polymermodifizierte Betone entwickelt und hinsichtlich ihres Wasseraufnahmeverhaltens untersucht. Im Anschluss wird die Wirkungsweise polymermodifizierter Betone hinsichtlich der Einflüsse auf die Dauerhaftigkeit von TRC beschrieben.

Textilbewehrter Beton ist ein Verbundwerkstoff aus einer Feinbetonmatrix und einer kraftgerichteten textilen Bewehrung aus ARGlasfaser- oder Carbongelegen. Die heterogene Materialstruktur der textilen Bewehrung im Verbundbaustoff Textilbeton führt zu einem komplexen Tragverhalten mit einer Vielzahl sich zum Teil gegenseitig in ihrer Wirkung beeinflussender Effekte. Aufgrund der abweichenden Material- und Verbundeigenschaften können für die Bemessung von textilbewehrten Betonbauteilen die aus dem Stahlbetonbau bekannten Modelle nicht pauschal übertragen werden. In diesem Beitrag werden die wesentlichen Erkenntnisse experimenteller Untersuchungen von textilbewehrten Elementen unter Biege- und Querkraftbeanspruchung dargestellt, die Mechanismen des Tragverhaltens beschrieben und empirisch abgeleitete Berechnungsmodelle vorgestellt.

Dieser Beitrag bietet einen Überblick über den aktuellen Sachstand auf dem Gebiet der additiven Fertigungsverfahren mit Beton, auch 3D-Betondruck genannt. Im Einzelnen wird auf die zugehörige Materialprüfung von druckbarem bzw. gedrucktem frischem, erhärtendem und erhärtetem Beton eingegangen. Außerdem werden mögliche Varianten zur Integration der Bewehrung in die additive Fertigung mit Beton dargelegt.