In dieser Dissertation wird das viskoplastische Schubverhalten eines magnetorheologischen Fluids (MRF) modelliert. Mithilfe eines phänomenologischen Modellierungsansatzes auf Basis nichtlinearer rheologischer Elemente können die gemessenen Fließkurven sowie Speicher- und Verlustmoduli abgebildet werden. Ein MRF ist ein Material mit fest-flüssig Übergang. Es besitzt von einem Magnetfeld abhängige Materialeigenschaften. Um diese beschreiben zu können, wird zunächst eine phänomenologische Stoffklassifizierung eingeführt. Auf deren Grundlage teilen sich Stoffe allgemein in Flüssigkeiten, Festkörper und Materialien mit fest-flüssig Übergang auf. Zur Beschreibung des Materialverhaltens von MRF werden drei viskoplastische Modelle formuliert und gegenübergestellt. Zur Identifikation der Materialparameter wird eine Identifikationsstrategie auf der Grundlage charakteristischer Punkte entwickelt. Charakteristische Punkte sind exklusive Punkte von Materialfunktionen, die analytisch beschrieben und ohne Weiteres experimentell ermittelt werden können. Analytische Ausdrücke für charakteristische Punkte der Speicher- und Verlustmoduli werden über das Analogieprinzip unter Verwendung von Lissajous Diagrammen abgeleitet. Infolgedessen können die Materialparameter durch das Auswerten algebraischer Zusammenhänge identifiziert werden, ohne nichtlineare Optimierungsverfahren anwenden zu müssen. Hierbei stellt die Fließspannung einen signifikanten Materialparameter dar. Deswegen werden die Standardverfahren zur Bestimmung der Fließspannung auf rheologische Modelle angewendet und bewertet.

In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von Prozessparametern auf die Schaumstruktur von, im Spritzgussverfahren hergestellten, Phenolharzformteilen untersucht. Der Fokus der Arbeit liegt dabei auf der gezielten Herstellung von Integralschäumen mit einer kompakten Randschicht und einem geschäumten Kern. Ausgangsbasis für die Versuchsreihen ist ein rieselförmiges Phenolharzgranulat, welches bereits während des Herstellungsprozesses mit chemischem Treibmittel vermischt wurde. Es werden plattenförmige Probeköper nach dem Hochdruckschaumverfahren hergestellt und die Schaumstruktur mit Hilfe von Schliffbildern unter dem Mikroskop analysiert und ausgewertet. Zusätzlich wird das Reaktionsverhalten des verwendeten Phenolharzes, wie auch des eingesetzten Treibmittels über thermische und rheologische Verfahren vermessen und über reaktionskinetische Modellgleichungen abgebildet. Durch Gegenüberstellung des Reaktionsverhaltens von Treibmittel und Phenolharz können Rückschlüsse auf die Dicke der Randschicht der Integralschäume gezogen werden. Die Erkenntnisse werde in einem reaktionskinetischen Modell zusammengefasst und genutzt, um optimale Prozessparameter für die Verarbeitung der Formmasse aufzuzeigen.:1 Einleitung 2 Grundlagen 3 Experimentelles 4 Ergebnisse 5 Reaktionskinetische Modellierung der Umsatzreaktionen 6 Modell-Anwendung 7 Diskussion 8 Zusammenfassung

2022 fanden die 9. Jahrestagung des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) sowie das 61. DAfStb-Forschungskolloquium am 26. und 27. September in Dresden direkt im Vorfeld der 14. Carbon- und Textilbetontage statt. Gastgeber waren die Institute für Baustoffe (IfB) und Massivbau (IMB) der Technischen Universität Dresden. Thematische Schwerpunkte waren Impaktbelastungen, Ingenieurbau, Ermüdung und Dauerhaftigkeit, Frischbeton und Rheologie, additive Fertigung und Sensorik sowie Carbonbeton. Der vorliegende Tagungsband enthält alle Beiträge in deutscher oder englischer Sprache.:Themenschwerpunkt Impakt Cesare Signorini, Viktor Mechtcherine: Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety: The vision of the DFG GRK 2250 Ahmed Tawfik, Viktor Mechtcherine: On the shear behavior of mineral-bonded composites under impact loading Lena Leicht: Charakterisierung von mineralisch gebundenen Kompositen zur Impaktdämpfung Franz Bracklow: Rückseitige Verstärkung von Stahlbetonplatten unter Impaktbeanspruchung Themenschwerpunkt Ingenieurbau Steffen Marx: Ingenieurbau im Bestand Conrad Pelka: Sanierung von Gewölbebrücken Max Herbers: Langzeitverformung semi-integraler Talbrücken – Messung und Simulation Fabian Klein: Modellierung der Torsionstragfähigkeit segmentierter Betontürme auf Basis der Wölbtheorie dünnwandiger Stäbe Jan-Hauke Bartels: Robuste, lebensdauerumfassende Monitoringkonzepte für Offshore-Windenergieanlagen Themenschwerpunkt Ermüdung und Dauerhaftigkeit Dominik Junger, Viktor Mechtcherine: Ermüdungsverhalten von hochduktilem Kurzfaserbeton Raúl Beltrán: Untersuchung von ermüdungsbedingten Veränderungen der Ultraschallgeschwindigkeit in Beton Marc Koschemann: Rissbreitenentwicklung unter Langzeitbelastung anhand lokaler Verbundbeziehungen Daniel Gebauer: Rissbildung und Rissbreitenentwicklung bei Stahlbetonbauteilen unter verformungsinduziertem Zwang Michaela Reichardt, Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Wasserbauwerken durch faserbewehrte, zementgebundene Komposite Themenschwerpunkt Frischbeton und Rheologie Rolf Breitenbücher, Udo Wiens, Mirsada Omercic: Wandel im Betonbau – Aktuelle Herausforderungen Daniil Mikhalev, Viktor Mechtcherine, Dario Cotardo, Michael Haist: Pumpverhalten und Blockierungsneigung von Beton: Erkenntnisse aus Großversuchen Irina Ivanova, Silvia Reißig, Viktor Mechtcherine: Vergleich von Bewertungsmethoden für die rheologischen Eigenschaften von frisch gedrucktem Beton Slava Markin, Viktor Mechtcherine: Rissbildung in 3D-gedruckten Betonelementen infolge plastischen Schwindens: Ursachen und Quantifizierungsmethoden Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Alternative mineralische Baustoffe – Potentiale und Eigenschaften Themenschwerpunkt Additive Fertigung und Sensorik Viktor Mechtcherine: Additive Fertigung mit Beton Tobias Neef, Viktor Mechtcherine: Additiv gefertigter Carbonbeton mit mineralischer Tränkung der Garne Egor Ivaniuk, Viktor Mechtcherine: Formwork-free, continuous production of variable frame elements for modular shell structures Markus Taubert, Viktor Mechtcherine: 3D-druckbarer Normalbeton mit grober Gesteinskörnung Sebastian Hegler, Marco Liebscher, Viktor Mechtcherine, Dirk Plettemeier: Rissdetektion und -lokalisierung in Betonstrukturen mittels Auswertung elektromagnetischer Hochfrequenzwellen Themenschwerpunkt Carbonbeton Norbert Will: DAfStb-Richtlinie „Betonbauteile mit Nichtmetallischer Bewehrung“ – Von Forschung und Pilotprojekten zum Regelwerk Nazaib Ur Rehman, Harald Michler: Existing codes and guidelines for durability design of FRP reinforcement Peter Betz: Carbonbeton unter Druck – Einfluss von Querdruck und Querzug Enrico Baumgärtel: Untersuchung von Stäben und Gelegen aus rezyklierten Carbonfasern Iurii Vakaliuk: Use of pervading internal shell-type substructures to dissolve compact components / 2022, the 9th Annual Conference of the Deutscher Ausschusses für Stahlbeton (German Committee for Reinforced Concrete, DAfStb) and the 61st DAfStb Research Colloquium took place on 26 and 27 September in Dresden directly in the run-up to the 14th Carbon and Textile Concrete Days. It was hosted by the Institutes for Building Materials (IfB) and Concrete Structures (IMB) of the Technische Universität Dresden. The main topics were impact loads, civil engineering, fatigue and durability, fresh concrete and rheology, additive manufacturing and sensor technology as well as carbon reinforced concrete. The present conference proceedings contain all contributions in German or English.:Themenschwerpunkt Impakt Cesare Signorini, Viktor Mechtcherine: Mineral-bonded composites for enhanced structural impact safety: The vision of the DFG GRK 2250 Ahmed Tawfik, Viktor Mechtcherine: On the shear behavior of mineral-bonded composites under impact loading Lena Leicht: Charakterisierung von mineralisch gebundenen Kompositen zur Impaktdämpfung Franz Bracklow: Rückseitige Verstärkung von Stahlbetonplatten unter Impaktbeanspruchung Themenschwerpunkt Ingenieurbau Steffen Marx: Ingenieurbau im Bestand Conrad Pelka: Sanierung von Gewölbebrücken Max Herbers: Langzeitverformung semi-integraler Talbrücken – Messung und Simulation Fabian Klein: Modellierung der Torsionstragfähigkeit segmentierter Betontürme auf Basis der Wölbtheorie dünnwandiger Stäbe Jan-Hauke Bartels: Robuste, lebensdauerumfassende Monitoringkonzepte für Offshore-Windenergieanlagen Themenschwerpunkt Ermüdung und Dauerhaftigkeit Dominik Junger, Viktor Mechtcherine: Ermüdungsverhalten von hochduktilem Kurzfaserbeton Raúl Beltrán: Untersuchung von ermüdungsbedingten Veränderungen der Ultraschallgeschwindigkeit in Beton Marc Koschemann: Rissbreitenentwicklung unter Langzeitbelastung anhand lokaler Verbundbeziehungen Daniel Gebauer: Rissbildung und Rissbreitenentwicklung bei Stahlbetonbauteilen unter verformungsinduziertem Zwang Michaela Reichardt, Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Wasserbauwerken durch faserbewehrte, zementgebundene Komposite Themenschwerpunkt Frischbeton und Rheologie Rolf Breitenbücher, Udo Wiens, Mirsada Omercic: Wandel im Betonbau – Aktuelle Herausforderungen Daniil Mikhalev, Viktor Mechtcherine, Dario Cotardo, Michael Haist: Pumpverhalten und Blockierungsneigung von Beton: Erkenntnisse aus Großversuchen Irina Ivanova, Silvia Reißig, Viktor Mechtcherine: Vergleich von Bewertungsmethoden für die rheologischen Eigenschaften von frisch gedrucktem Beton Slava Markin, Viktor Mechtcherine: Rissbildung in 3D-gedruckten Betonelementen infolge plastischen Schwindens: Ursachen und Quantifizierungsmethoden Steffen Müller, Viktor Mechtcherine: Alternative mineralische Baustoffe – Potentiale und Eigenschaften Themenschwerpunkt Additive Fertigung und Sensorik Viktor Mechtcherine: Additive Fertigung mit Beton Tobias Neef, Viktor Mechtcherine: Additiv gefertigter Carbonbeton mit mineralischer Tränkung der Garne Egor Ivaniuk, Viktor Mechtcherine: Formwork-free, continuous production of variable frame elements for modular shell structures Markus Taubert, Viktor Mechtcherine: 3D-druckbarer Normalbeton mit grober Gesteinskörnung Sebastian Hegler, Marco Liebscher, Viktor Mechtcherine, Dirk Plettemeier: Rissdetektion und -lokalisierung in Betonstrukturen mittels Auswertung elektromagnetischer Hochfrequenzwellen Themenschwerpunkt Carbonbeton Norbert Will: DAfStb-Richtlinie „Betonbauteile mit Nichtmetallischer Bewehrung“ – Von Forschung und Pilotprojekten zum Regelwerk Nazaib Ur Rehman, Harald Michler: Existing codes and guidelines for durability design of FRP reinforcement Peter Betz: Carbonbeton unter Druck – Einfluss von Querdruck und Querzug Enrico Baumgärtel: Untersuchung von Stäben und Gelegen aus rezyklierten Carbonfasern Iurii Vakaliuk: Use of pervading internal shell-type substructures to dissolve compact components

Tragwerke aus Stahlbeton weisen infolge des Kriechens und Schwindens des Betons ein zeitveränderliches Materialverhalten auf. Die Folge sind Umlagerungen der im Querschnittsinneren wirkende Kräfte und im Zeitverlauf zunehmende Verformungen. Zur Beurteilung dieses Langzeitverhaltens sind geeignete Berechnungsmodelle erforderlich, die im Planungsstadium eine zuverlässige Prognose ermöglichen. Dabei spielen nicht nur reine Stahlbetonkonstruktionen eine Rolle, sondern im Zuge von Ertüchtigungsmaßnahmen werden zur Erhöhung der Tragfähigkeit zunehmend auch textile Bewehrungen aus Carbon- und AR-Glasfasern eingesetzt. Durch die beanspruchungsgerecht aufzubringenden Bewehrungsstrukturen und einen speziellen Feinbeton können sehr geringe Betonschichtdicken realisiert werden. Es entsteht ein Verbundquerschnitt mit unterschiedlichen Betonrezepturen, gleichfalls unterschiedlichem Betonalter und mit mehreren verschiedenen Bewehrungskomponenten. Um Aussagen zum Langzeitverhalten derartiger Konstruktionen treffen zu können, ist eine ganzheitliche Betrachtung über alle diese im Verbund liegenden Komponenten mit ihren jeweiligen Materialeigenschaften erforderlich. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sind in einem ersten Schritt die Stoffgesetze für die beteiligten Materialien Beton, Stahl- und Textilfaserbewehrung zu formulieren. Im Mittelpunkt steht dabei das viskoelastische Verhalten des Betons, für dessen baumechanische Beschreibung ein geeignetes rheologisches Modell in Form einer Feder-Dämpfer-Kombination dargestellt und die zugehörige Spannungs-Dehnungs-Zeit-Beziehung hergeleitet wird. Ferner wird aufgezeigt, wie die erforderlichen Materialparameter mit Hilfe üblicher Berechnungsansätze für Kriechen und Schwinden (z.B. nach EUROCODE 2) kalibriert werden können. Die betrachteten Textilfasern werden zunächst mit linear-elastischem Verhalten in Rechnung gestellt. Auf alternative Ansätze, die auch hier viskoelastische Eigenschaften berücksichtigen, wird hingewiesen, und das Berechnungsmodell ist dahingehend erweiterbar gestaltet. In einem zweiten Schritt werden die Materialmodelle der Einzelkomponenten nach den mechanischen Grundprinzipien von Gleichgewicht und Verträglichkeit und unter der BERNOULLIschen Annahme eines eben bleibenden Querschnittes miteinander in Beziehung gesetzt. Hierfür ist eine inkrementelle Vorgehensweise erforderlich, die mit dem Zeitpunkt der ersten Lastaufbringung beginnt und schrittweise den darauffolgenden Zustand berechnet. Im Ergebnis entsteht ein Algorithmus, der die am Querschnitt stattfindenden Veränderungen im Spannungs- und Dehnungsverhalten unter Einbeziehung der Stahlbewehrung sowie einer ggf. vorhandenen Textilbetonschicht wirklichkeitsnah erfaßt. Für statisch bestimmte Systeme mit bekanntem Schnittkraftverlauf wird gezeigt, wie sich so zu jeder Zeit an jeder Stelle der vorliegende Dehnungszustand und aus diesem über die Krümmung die Durchbiegung berechnen läßt. Der dritte und für viele praktische Anwendungen wichtigste Schritt besteht darin, die am Querschnitt hergeleiteten Beziehungen in ein finites Balkenelement zu überführen und dieses in ein FE-Programm zu implementieren. Auch das gelingt auf inkrementellem Wege, wobei für jedes Zeitinkrement die Spannungs- und Verformungszuwächse aller Elemente mit Hilfe des NEWTON-RAPHSON-Verfahrens über die Iteration des Gleichgewichtszustandes am gesamten System bestimmt werden. Hierzu werden einige Beispiele vorgestellt, und es werden die Auswirkungen des Kriechens und Schwindens mit den sich daraus ergebenden Folgen für das jeweilige Tragwerk erläutert. Ferner wird gezeigt, wie textilbewehrte Verstärkungsmaßnahmen gezielt eingesetzt werden können, um das Trag- und Verformungsverhalten bestehender Bauwerke unter Beachtung des zeitveränderlichen Materialverhaltens kontrolliert und bedarfsgerecht zu beeinflussen. / Structures of reinforced concrete show a time-varying material behaviour due to creeping and shrinking of the concrete. This results in the rearrangement of the stresses in the cross-section and time-depending increase of the deformations. Qualified calculation models enabling a reliable prediction during the design process are necessary for the assessment of the long-term behavior. Not only pure reinforced concrete structures play an important role, but within retrofitting actions textile reinforcements of carbon and AR-glass fibres are applied in order to enhance the load-bearing capacity. A small concrete-layer-thickness can be achieved by the load-compatible application of reinforced textile configurations and the usage of a special certain fine-grained concrete. It leads to a composite section of different concrete recipes, different concrete ages and also several components of reinforcement. To give statements for the long-term behaviour of such constructions, a holistic examination considering all this influencing modules with their particular material properties is necessary. Within this dissertation in a first step the material laws of the participated components, as concrete, steel and textile reinforcement, are defined. The focus is layed on the visco-elastic behaviour of the concrete. For its mechanical specification a reliable rheological model in terms of a spring-dashpot-combination is developed and the appropriate stress-strain-time-relation is derived. Furthermore the calibration of the required material parameters considering creep and shrinkage by means of common calculation approaches (e.g. EUROCODE 2) is demonstrated. For the textile fibres a linear-elastic behaviour is assumed within the calculation model. It is also refered to alternative approaches considering a visco-elastic characteristic and the calculation model is configured extendable to that effect. In a second step the material models of the single components are correlated taking into account the mechanical basic principles of equilibrium and compatibility as well as the BERNOULLIan theorem of the plane cross-section. Therefore an incremental calculation procedure is required, which starts at the moment of the first load-application and calculates the subsequent configuration step by step. In the result an algorithm is derived, that realistically captures the occuring changings of stress and strain in the cross-section by considering the steel reinforcement as well as a possibly existing layer of textile concrete. For statically determined systems with known section force status it is demonstrated how to calculate the existing condition of strain and following the deflection via the curvaturve at every time and at each position. The third step - for many practical applications the most important one - is the transformation of the derived relations at the cross-section into a finite beam-element and the implementation of this in a FE-routine. This also takes place in an incremental way, whereat for each time-increment the increase of stress and strain for all elements is identified by using the NEWTON-RAPHSON-method within the iteration process for the equilibrium condition of the whole system. Meaningful numerical examples are presented and the effects of creep and shrinkage are explained by depicting the consequences for the particular bearing structure. Moreover it is shown how the purposeful use of textile reinforcement strengthening methodes can influence and enhance the load-bearing and deflection characteristics of existing building constructions by considering the time-varying material behaviour.

Polypropylene (PP) is a common thermoplastic and frequently adapted permanently with increasing requirements by adding fillers as well as reinforcing materials. Because of incompatibility of non-polar PP and polar inorganic filler, resulting composites are brittle which has a detrimental effect on the desired properties. Improvements in mechanical properties can be reached by compatibilization, creating of chemical couplings between phases and by increasing of inhomogeneity. Thus, maleic anhydride grafted PP is used as well as reactive processing of PP in presence of peroxide radical initiators. The temperature dependence of peroxide decay as well as the dependence of radical generation rate on time are two disadvantages of peroxide induced reactive processing. Modification of polymers with high energy electron treatment is also well known and used to form parts (after) molding as well as raw materials (pellets, powders, fibers) in solid state and at room temperature. The spatially and temporally precise input of energy is used to produce desired material properties on radical-induced chemical reactions. Coupling of high energy electron modification of polymers and melt mixing offers a new possibility of reactive processing. In this case, radical generation is independent of temperature, can be easily controlled by beam current and kept constant over time. Absence of any crystallinity, high reaction rates as well as intensive macromolecular mobility and intensive mixing are reasons to expect novel structures and properties. Electron beam induced reactive processing is a novel technique where chemical reactions are induced by spatial and temporal precise energy input via high energy electrons under dynamic conditions of melt mixing. This method gives the possibility to increase surface energy of polypropylene (PP) effectively as well as to generate chemical couplings between filler and PP. The process was applied to a proved system consisting of PP (38 wt%), magnesium hydroxide (MH) (60 wt%), triallyl cyanurate (TAC) (2 wt%). This composite system was successful tested in peroxide induced conventional reactive processing. Absorbed dose imparted per rotation of rotors is a new parameter controlling mechanical properties of polymer composites. Improved properties were found in tensile strength (150 %), elongation at break (175 %), and impact strength (175 %). It can be shown that chemical couplings are generated during electron induced reactive processing in comparison to only compatibilized material.

No description available.

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Kunststoffgebundene Dauermagnete kommen bereits seit einem dreiviertel Jahrhundert in diversen Anwendungen zum Einsatz. Dabei werden die gängigen Kunststoffverarbeitungsverfahren wie beispielsweise Spritzgießen, Extrudieren, Pressen und Kalandrieren angewandt. Ähnlich zu der Aufteilung in der Verarbeitung von herkömmlichen Kunststoffen, werden auch für die kunststoffgebundenen Dauermagnete nur selten duroplastische Matrixmaterialien im Spritzgießverfahren eingesetzt. Dabei bringt gerade diese Werkstoffklasse hervorragende Eigenschaften mit sich, die eine Verbesserung der Eigenschaften von kunststoffgebundenen Dauermagneten zur Folge haben können. Neben der Medien- und Temperaturbeständigkeit dieser Werkstoffklasse spielt dabei auch deren Viskosität eine bedeutende Rolle für diese Anwendung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit soll geprüft werden, ob der Einsatz duroplastischer Matrixmaterialien zu einer Verbesserung der Eigenschaften kunststoffgebundener Dauermagnete führen kann. Hierfür werden anisotrope Magnetpartikel in den Kunststoff eincompoundiert und während der Verarbeitung im Spritzgießverfahren orientiert. Dies geschieht durch ein integriertes Magnetfeld im Spritzgießwerkzeug. Insbesondere sollen der Einfluss des Matrixmaterials, der Partikelgeometrie, der Fließrichtung sowie des Richtfeldes auf die Partikelorientierung untersucht werden. Zusammen mit grundlegenden analytischen Untersuchungen der Ausgangsmaterialien sollen abschließend Richtlinien für eine Bauteilauslegung definiert und erste Ansätze für eine Simulation der magnetischen Bauteileigenschaften erarbeitet werden. / Polymer bonded magnets are used for different applications for over 70 years yet. These materials are produced within known polymer processing procedures as injection molding, extruding, compression molding and calendaring. However, as for standard plastics thermoset materials are seldom used in injection molding even though they show great potential regarding temperature and media resistance as well as in terms of a low viscosity. These properties could be of use in case of polymer bonded magnets. Within this work the use of thermoset matrix materials for polymer bonded magnets should be evaluated and thus their properties shall be improved. Therefore anistotropic magnetic particles will be incorporated in the thermoset matrix and they will be oriented during the injection molding process which requires a magnetic field in the cavity during processing. Especially the influences of the matrix material, the particle geometry, the flow direction and the aligning field on the particle orientation should be investigated and together with fundamental analytical procedures guidelines for engineering of parts should be generated as well as first approaches for a simulation of the part properties shall be given.

Tragwerke aus Stahlbeton weisen infolge des Kriechens und Schwindens des Betons ein zeitveränderliches Materialverhalten auf. Die Folge sind Umlagerungen der im Querschnittsinneren wirkende Kräfte und im Zeitverlauf zunehmende Verformungen. Zur Beurteilung dieses Langzeitverhaltens sind geeignete Berechnungsmodelle erforderlich, die im Planungsstadium eine zuverlässige Prognose ermöglichen. Dabei spielen nicht nur reine Stahlbetonkonstruktionen eine Rolle, sondern im Zuge von Ertüchtigungsmaßnahmen werden zur Erhöhung der Tragfähigkeit zunehmend auch textile Bewehrungen aus Carbon- und AR-Glasfasern eingesetzt. Durch die beanspruchungsgerecht aufzubringenden Bewehrungsstrukturen und einen speziellen Feinbeton können sehr geringe Betonschichtdicken realisiert werden. Es entsteht ein Verbundquerschnitt mit unterschiedlichen Betonrezepturen, gleichfalls unterschiedlichem Betonalter und mit mehreren verschiedenen Bewehrungskomponenten. Um Aussagen zum Langzeitverhalten derartiger Konstruktionen treffen zu können, ist eine ganzheitliche Betrachtung über alle diese im Verbund liegenden Komponenten mit ihren jeweiligen Materialeigenschaften erforderlich. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sind in einem ersten Schritt die Stoffgesetze für die beteiligten Materialien Beton, Stahl- und Textilfaserbewehrung zu formulieren. Im Mittelpunkt steht dabei das viskoelastische Verhalten des Betons, für dessen baumechanische Beschreibung ein geeignetes rheologisches Modell in Form einer Feder-Dämpfer-Kombination dargestellt und die zugehörige Spannungs-Dehnungs-Zeit-Beziehung hergeleitet wird. Ferner wird aufgezeigt, wie die erforderlichen Materialparameter mit Hilfe üblicher Berechnungsansätze für Kriechen und Schwinden (z.B. nach EUROCODE 2) kalibriert werden können. Die betrachteten Textilfasern werden zunächst mit linear-elastischem Verhalten in Rechnung gestellt. Auf alternative Ansätze, die auch hier viskoelastische Eigenschaften berücksichtigen, wird hingewiesen, und das Berechnungsmodell ist dahingehend erweiterbar gestaltet. In einem zweiten Schritt werden die Materialmodelle der Einzelkomponenten nach den mechanischen Grundprinzipien von Gleichgewicht und Verträglichkeit und unter der BERNOULLIschen Annahme eines eben bleibenden Querschnittes miteinander in Beziehung gesetzt. Hierfür ist eine inkrementelle Vorgehensweise erforderlich, die mit dem Zeitpunkt der ersten Lastaufbringung beginnt und schrittweise den darauffolgenden Zustand berechnet. Im Ergebnis entsteht ein Algorithmus, der die am Querschnitt stattfindenden Veränderungen im Spannungs- und Dehnungsverhalten unter Einbeziehung der Stahlbewehrung sowie einer ggf. vorhandenen Textilbetonschicht wirklichkeitsnah erfaßt. Für statisch bestimmte Systeme mit bekanntem Schnittkraftverlauf wird gezeigt, wie sich so zu jeder Zeit an jeder Stelle der vorliegende Dehnungszustand und aus diesem über die Krümmung die Durchbiegung berechnen läßt. Der dritte und für viele praktische Anwendungen wichtigste Schritt besteht darin, die am Querschnitt hergeleiteten Beziehungen in ein finites Balkenelement zu überführen und dieses in ein FE-Programm zu implementieren. Auch das gelingt auf inkrementellem Wege, wobei für jedes Zeitinkrement die Spannungs- und Verformungszuwächse aller Elemente mit Hilfe des NEWTON-RAPHSON-Verfahrens über die Iteration des Gleichgewichtszustandes am gesamten System bestimmt werden. Hierzu werden einige Beispiele vorgestellt, und es werden die Auswirkungen des Kriechens und Schwindens mit den sich daraus ergebenden Folgen für das jeweilige Tragwerk erläutert. Ferner wird gezeigt, wie textilbewehrte Verstärkungsmaßnahmen gezielt eingesetzt werden können, um das Trag- und Verformungsverhalten bestehender Bauwerke unter Beachtung des zeitveränderlichen Materialverhaltens kontrolliert und bedarfsgerecht zu beeinflussen. / Structures of reinforced concrete show a time-varying material behaviour due to creeping and shrinking of the concrete. This results in the rearrangement of the stresses in the cross-section and time-depending increase of the deformations. Qualified calculation models enabling a reliable prediction during the design process are necessary for the assessment of the long-term behavior. Not only pure reinforced concrete structures play an important role, but within retrofitting actions textile reinforcements of carbon and AR-glass fibres are applied in order to enhance the load-bearing capacity. A small concrete-layer-thickness can be achieved by the load-compatible application of reinforced textile configurations and the usage of a special certain fine-grained concrete. It leads to a composite section of different concrete recipes, different concrete ages and also several components of reinforcement. To give statements for the long-term behaviour of such constructions, a holistic examination considering all this influencing modules with their particular material properties is necessary. Within this dissertation in a first step the material laws of the participated components, as concrete, steel and textile reinforcement, are defined. The focus is layed on the visco-elastic behaviour of the concrete. For its mechanical specification a reliable rheological model in terms of a spring-dashpot-combination is developed and the appropriate stress-strain-time-relation is derived. Furthermore the calibration of the required material parameters considering creep and shrinkage by means of common calculation approaches (e.g. EUROCODE 2) is demonstrated. For the textile fibres a linear-elastic behaviour is assumed within the calculation model. It is also refered to alternative approaches considering a visco-elastic characteristic and the calculation model is configured extendable to that effect. In a second step the material models of the single components are correlated taking into account the mechanical basic principles of equilibrium and compatibility as well as the BERNOULLIan theorem of the plane cross-section. Therefore an incremental calculation procedure is required, which starts at the moment of the first load-application and calculates the subsequent configuration step by step. In the result an algorithm is derived, that realistically captures the occuring changings of stress and strain in the cross-section by considering the steel reinforcement as well as a possibly existing layer of textile concrete. For statically determined systems with known section force status it is demonstrated how to calculate the existing condition of strain and following the deflection via the curvaturve at every time and at each position. The third step - for many practical applications the most important one - is the transformation of the derived relations at the cross-section into a finite beam-element and the implementation of this in a FE-routine. This also takes place in an incremental way, whereat for each time-increment the increase of stress and strain for all elements is identified by using the NEWTON-RAPHSON-method within the iteration process for the equilibrium condition of the whole system. Meaningful numerical examples are presented and the effects of creep and shrinkage are explained by depicting the consequences for the particular bearing structure. Moreover it is shown how the purposeful use of textile reinforcement strengthening methodes can influence and enhance the load-bearing and deflection characteristics of existing building constructions by considering the time-varying material behaviour.

Polypropylene (PP) is a common thermoplastic and frequently adapted permanently with increasing requirements by adding fillers as well as reinforcing materials. Because of incompatibility of non-polar PP and polar inorganic filler, resulting composites are brittle which has a detrimental effect on the desired properties. Improvements in mechanical properties can be reached by compatibilization, creating of chemical couplings between phases and by increasing of inhomogeneity. Thus, maleic anhydride grafted PP is used as well as reactive processing of PP in presence of peroxide radical initiators. The temperature dependence of peroxide decay as well as the dependence of radical generation rate on time are two disadvantages of peroxide induced reactive processing. Modification of polymers with high energy electron treatment is also well known and used to form parts (after) molding as well as raw materials (pellets, powders, fibers) in solid state and at room temperature. The spatially and temporally precise input of energy is used to produce desired material properties on radical-induced chemical reactions. Coupling of high energy electron modification of polymers and melt mixing offers a new possibility of reactive processing. In this case, radical generation is independent of temperature, can be easily controlled by beam current and kept constant over time. Absence of any crystallinity, high reaction rates as well as intensive macromolecular mobility and intensive mixing are reasons to expect novel structures and properties. Electron beam induced reactive processing is a novel technique where chemical reactions are induced by spatial and temporal precise energy input via high energy electrons under dynamic conditions of melt mixing. This method gives the possibility to increase surface energy of polypropylene (PP) effectively as well as to generate chemical couplings between filler and PP. The process was applied to a proved system consisting of PP (38 wt%), magnesium hydroxide (MH) (60 wt%), triallyl cyanurate (TAC) (2 wt%). This composite system was successful tested in peroxide induced conventional reactive processing. Absorbed dose imparted per rotation of rotors is a new parameter controlling mechanical properties of polymer composites. Improved properties were found in tensile strength (150 %), elongation at break (175 %), and impact strength (175 %). It can be shown that chemical couplings are generated during electron induced reactive processing in comparison to only compatibilized material.:1 Einleitung 6 2 Stand der Technik 8 2.1 Werkstoffeigenschaften von Polypropylen-Kompositen 8 2.1.1 Polypropylen 8 2.1.2 Füll- und Verstärkungsstoffe 10 2.1.3 Phasengrenze und Phasenmorphologie 12 2.1.3.1 Füllstoffmodifizierung 15 2.1.3.2 PP-Modifizierung 16 2.1.3.3 Mehrkomponentensysteme 17 2.1.3.4 Ansätze aus anderen Werkstoffsystemen 18 2.2 Reaktive Aufbereitung 19 2.3 Polymermodifizierung mit energiereichen Elektronen 22 2.3.1 Einordnung und Wechselwirkungsmechanismen 22 2.3.2 Einfluss von Polymerstruktur und G-Wert 25 2.3.3 Steuerparameter 26 2.3.3.1 Parameter der chemischen Umgebung 26 2.3.3.2 Parameter der Elektronenmodifizierung 28 2.3.4 Bestrahlung von Polypropylen 32 2.3.5 Bestrahlung von partikelgefüllten Thermoplastkompositen 33 2.3.6 Bestrahlung von Füll- und Verstärkungsstoffen 33 2.4 Zusammenfassung Stand Technik 34 3 Zielstellung 37 4 Aufgabenstellung 39 5 Experimentelles 40 5.1 Anlagentechnik 40 5.1.1 Stationäre Behandlung 40 5.1.2 Elektronen induzierte reaktive Aufbereitung 41 5.1.2.1 Aufbau u. Funktionsweise 41 5.1.2.2 Parameter der Elektronen induzierten reaktiven Aufbereitung 42 5.1.2.3 Dosimetrie 44 5.2 Probenherstellung 45 5.2.1 Materialien 45 5.2.2 Aufbereitung 45 5.2.3 Prüfkörperherstellung 46 5.3 Modifizierungsparameter 47 5.4 Vorgehensweise 49 5.5 Analytische Methoden 51 5.5.1 Zugversuch 51 5.5.2 Schlagbiegeversuch (nach Charpy) 52 5.5.3 Größenausschlusschromatographie (SEC) 54 5.5.4 Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) 55 5.5.5 Laserbeugungsspektrometrie 57 5.5.6 Rasterelektronenmikroskopie (REM) 58 5.5.7 Fourier-Transmissions-Infrarot-Spektroskopie (FTIR) 58 5.5.8 Dynamische Kontaktwinkelmessung 59 5.5.9 Schmelzerheologische Untersuchungen von Polymerschmelzen 60 5.5.9.1 Ungefüllte Polymerschmelzen 62 5.5.9.2 Partikelgefüllte Polymerschmelzen 63 6 Ergebnisse 68 6.1 Mechanische Kompositeigenschaften 68 6.2 Matrixpolymersysteme PP und PPTAC 69 6.3 Partikelgröße und -verteilung 75 6.4 Kompatibilität 77 6.5 Phasenkopplung 82 6.6 Inhomogenität 86 6.7 Einfluss verschiedener Prozessparameter auf die mechanischen Eigenschaften 87 6.7.1 Dosis 88 6.7.2 Elektronenenergie 90 6.7.3 Bestrahlungsdauer 91 6.7.4 Aufbereitungszeit 93 6.7.5 Dosisleistung im Modifizierungsvolumen 96 7 Zusammenfassung 98 8 Ausblick 100 9 Anhang 104 10 Literaturverzeichnis 112 11 Abkürzungsverzeichnis 115