Textile Reinforced Concrete shows a complex load-bearing behaviour, which depends on material properties of the composite constituents and load transfer mechanisms in between. These properties cannot be modified arbitrarily in experimental investigations, which complicates identification of the impact of certain mechanisms on composite’s behaviour. In this respect, theoretical investigations offer the possibility to study the influence of individual parameters. At first, experimental results of tensile-loaded specimens are given, which help to identify different mechanisms in advance. Afterwards, respective results of numerical calculations with a reduced two-dimensional model are presented to study these mechanisms, including the effects of a reduced stiffness in the cracked state, yarn waviness and tension softening of the cementitious matrix.

Das Tragverhalten von Textilbeton ist stark nicht-linear und der Verlauf der Spannungs-Dehnungs-Beziehung hängt von zahlreichen Parametern ab. Unter einaxialer Zugbelastung existieren bereits umfangreiche experimentelle Untersuchungen und theoretische Modelle zur Beschreibung des Tragverhaltens. In vielen Anwendungen, z. B. bei Querkraft- und Torsionsbeanspruchung, sind die Beanspruchungen jedoch nicht einaxial und/oder nicht axial zur Bewehrungsrichtung, und es kommt zu Interaktionen der beiden Bewehrungshauptrichtungen, primär infolge des Einflusses zweier Risssysteme in den beiden Hauptrichtungen. Das Tragverhalten textiler AR-Glas- und Carbonbewehrungen unter zweiaxialen Zugbeanspruchungen wurde experimentell untersucht, um diese Einflüsse qualitativ und quantitativ beschreiben zu können. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse vorgestellt.

Infolge des Herstellungsprozesses textiler Bewehrungen ergeben sich unterschiedliche Materialeigenschaften in den beiden Hauptrichtungen (Schuss und Kette). Diese Unterschiede entstehen durch verschiedene Einflussfaktoren, z. B. aus dem Verbundverhalten oder der Querschnittsform der Rovings. Um das Tragverhalten des anisotropen Verbundwerkstoffes Textilbeton experimentell untersuchen zu können, müssen mögliche Einflüsse aus dem Versuchsaubau möglichst gering gehalten werden, bzw. – falls unvermeidbar – in ihrer Wirkung qualitativ und quantitativ bestimmt und bei der Auswertung der Versuchsergebnisse berücksichtigt werden. Auf der Grundlage der durchgeführten umfangreichen experimentellen Untersuchungen wird eine qualitative Bewertung des Versuchsstandes sowie der verwendeten berührungslosen Messtechnik, der Nahbereichsphotogrammetrie, vorgenommen.

Die statischen Defizite von Bestandsbauwerken im Hoch- und Ingenieurbau nehmen aufgrund ihres Alters, den normativen Änderungen der Regelwerke, den steigenden Verkehrslasten im Straßenverkehr sowie einer möglichen Umnutzung gegenüber der ursprünglichen Verwendung im Hochbau, zu. Das Verstärken von Stahlbetonbauteilen mit Carbonbeton hat sich dabei in den letzten Jahrzehnten aufgrund der positiven Eigenschaften der Carbonbewehrung zu einer effektiven und dauerhaften Lösung im Bestandsbau etabliert. Hierbei sind neben der hohen Zug- und Ermüdungsfestigkeit auch die Dauerhaftigkeit der Carbonfasern hervorzuheben. Mit sehr dünnen Schichtstärken von wenigen Zentimetern können dabei die Bauteile bzw. Bauwerke nachhaltig verstärkt und eine Weiternutzung sichergestellt werden. Die in Deutschland aktuell geltende allgemein bauaufsichtliche Zulassung / allgemeine Bauartgenehmigung „CARBOrefit“ ermöglicht schon jetzt eine geregelte und anerkannte Verstärkung von Stahlbetonbauteilen mit Defizit in der Biegezugzone. Durchgeführte wissenschaftliche Untersuchungen zum Querkrafttragverhalten von Bauteilen mit Carbonbetonverstärkung können genutzt werden, um den Anwendungsbereich der Zulassung zu vergrößern und so Bestandsbauwerke vor dem Abriss zu schützen. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit zahlreiche statische und zyklische Querkraftversuche an Stahlbetonbauteilen ohne und mit Carbonbetonverstärkung durchgeführt. Zu Beginn der Arbeit wurde der Stand des Wissens zum Querkrafttragverhalten von Stahlbetonbauteilen beschrieben. Neben den Unterschieden beim Tragverhalten von Bauteilen im Zustand I und Zustand II sind die unterschiedlichen Tragmechanismen und die einzelnen Traganteile von Bauteilen ohne und mit Schubbewehrung beschrieben. Die dabei relevanten Versagensarten und bekannten Ansätze zur Abbildung der Querkrafttragfähigkeit werden ebenso aufgezeigt, wobei bis heute keine einheitliche Bewertung der Traganteile stattfindet. Aufbauend auf der Darstellung der maßgebenden Einflussfaktoren (u. a. Schubschlankheit, Maßstabeinfluss, Längsbewehrungsgrad) auf das Querkrafttragverhalten, sind die für diese Arbeit relevanten normativen und wissenschaftlichen Querkraftmodelle ausgearbeitet. Bedingt durch das komplexe Querkrafttragverhalten von Stahlbetonbauteilen erfolgen eine umfangreiche Darstellung von praxistauglichen Verstärkungsmethoden für Bauteile mit Querkraftdefizit und der aktuelle Stand zum Carbonbeton unter statischer und zyklischer Belastung. Darauf aufbauend werden für die Versuchsnachrechnung die bekannten Ingenieurmodelle für querkraftverstärkte Bauteilen mit Carbonbeton beschrieben. Hierbei konnte festgestellt werden, dass das Querkrafttragverhalten von Bauteilen ohne und mit Verstärkung von Forschern unterschiedlich beschrieben wird und die vorgeschlagenen Modelle keine Übereinstimmung mit den durchgeführten Querkraftversuchen zeigen. Für die im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Bauteilgeometrien werden die Bemessungsschritte sowie die Herstellung und die Verstärkung beschrieben. Hierbei werden auch die Vorgehensweisen zur Ermittlung der Eigenschaften der verwendeten Materialen: Beton, Betonstahl, Carbonbewehrungen und Feinbeton aufgezeigt. Die durchgeführten statischen und zyklischen Querkraftversuche mit Carbonbetonverstärkung, bei denen sowohl Biege- als auch Schubversagen beobachtet werden konnten, erreichten Traglaststeigerungen von bis zu 50 %. Bei den verstärkten Bauteilen der Serie PB-S konnte dabei ein neuartiges, bisher kaum erforschtes Bauteilversagen infolge zu hoher Schubbeanspruchung beobachtet werden. Hierbei kommt es zum Ablösen der Verstärkungsschicht vom Altbetonquerschnitt. Bei den zyklischen Bauteilversuchen konnte festgestellt werden, dass eine zyklische Querkraftbeanspruchung die Tragfähigkeit eines Stahlbetonbauteils signifikant reduziert. Bei den verstärkten, zyklisch beanspruchten Bauteilen konnten die gleiche Tragfähigkeit und Versagensart der statischen Referenzbauteile beobachtet werden. Der Vergleich der rechnerischen mit den experimentellen Tragfähigkeiten der statischen Querkraftversuche wird mit folgenden normativ verankerten Modellen durchgeführt: - fib Model Code 2010, - Eurocode 2 / DIN EN 1992-1-1 (mit nationalem Anhang), - Entwurfsversion des zukünftigen Eurocode 2 und - ACI-318. Die rechnerischen Tragfähigkeiten unterschätzen deutlich, auf der sicheren Seite liegend, die experimentelle Traglast. Die wissenschaftlichen Modelle von Görtz und Herbrand bilden die Querkrafttragfähigkeit besser ab. Der Ansatz von Herbrand bildet die Querkrafttragfähigkeiten von Stahlbetonbauteilen am reellsten ab. Die Nachrechnungen der experimentellen Traglasten mit Carbonbeton-Verstärkung nach Brückner und Escrig zeigen eine ungenügende Abbildung der einzelnen Traganteile auf. Für beide Ansätze wird der Traganteil der Bügelbewehrung nach EC2 bestimmt. Dieser geregelte Ansatz unterschätzt die durchgeführten Bauteilversuche ohne Verstärkung um den Faktor ~2,5. Die Modelle und für den Querkrafttraganteil der Carbonbetonverstärkung basieren auf der Annahme, dass die Zugfestigkeit der Carbongitter voll ausgenutzt werden kann. Bei den durchgeführten Versuchen wurden diese Gitter jedoch nicht in der Druckzone verankert und bis auf eine Konfiguration auch nur seitlich (II) am Plattensteg angeordnet. Hierbei konnte eine neuartige Versagensart mit Ablösen der Verstärkungsschicht vom Altbeton beobachtet werden, welche nicht mit den Annahmen der beiden Modelle übereinstimmt. Aufgrund der nicht Berücksichtigung der neuartigen Versagensart überschätzen beide Ansätze die durchgeführten Versuche dieser Arbeit. Die abschließenden Begrenzungen der einwirkenden Schubbeanspruchung τ auf die einaxiale Betonzugfestigkeit f1,ctm* des verstärkten Gesamtquerschnittes scheinen für die im Rahmen der der Arbeit durchgeführten Bauteilversuche zielführend zu sein, da hiermit der augenscheinlich begrenzende Versagensmechanismus „Ablösen der Verstärkungsschicht“ berücksichtigt werden kann.

Der Einsatz textiler Carbonbewehrungen im Betonbau etabliert sich, aufgrund ihrer hervorragenden zug- und korrosionsmechanischen Eigenschaften, zunehmend als technische und wirtschaftliche Alternative zur Stahlbewehrung. Sie ermöglichen je nach Anwendung, eine signifikante Reduzierung des Betonmaterialeinsatzes um bis zu 70 % sowie der damit verbundenen CO2-Emissionen. Um das Leistungspo- tenzial von textilbewehrtem Beton voll auszuschöpfen, ist eine effiziente Kraftüber- tragung zwischen Textilbewehrung und Betonmatrix entscheidend. Je nach Bean- spruchung sind bisher materialineffiziente, unverhältnismäßig große Verankerungs- längen erforderlich. Gefordert werden daher Bewehrungsstrukturen mit ausgepräg- ter Oberflächenprofilierung analog zu geripptem Betonstahl. Konventionelle, sub- traktive und additive Profilierungsverfahren erzeugen jedoch einen unterbrochenen Faserverlauf, wodurch das hohe zugmechanische Leistungspotenzial der anisotro- pen Carbonfasern nicht effizient ausgenutzt werden kann. Ziel dieser Arbeit ist da- her die Entwicklung neuartiger profilierter Textilbetonbewehrungen mit material- und verbundgerechter Profilierung auf Garnebene und entsprechender Fertigungstech- nologien, auf Basis der Flecht- und Tränkumformtechnik. Dies umfasst die Verfah- rens- und Maschinenentwicklung sowie die Modellierung profilierter Bewehrungs- strukturen zur anforderungsgerechten Auslegung und deren Technologienachweis.

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.

Zur Untersuchung der Schädigungs- und Versagensmechanismen eines in Beton eingebetteten Multifilamentgarns im Auszugversuch wurde die Schallemissionsanalyse zur Identifizierung und Lokalisierung von Filamentbrüchen eingesetzt. Im ersten Schritt wurden dazu die Schall emittierenden Ursachen (Filamentriss, Filamentablösung und Mikroriss im Beton) für eine Differenzierung charakterisiert. Es wurden Versuche zur Erzeugung von isolierten Signalen durchgeführt, welche mit Hilfe der Signal- und Frequenzanalyse untersucht wurden. Bei dem durchgeführten Garnauszugversuch konnte eine hohe Lokalisierungsgenauigkeit der Filamentbrüche erzielt werden. Der Schädigungsverlauf des Garns während des Auszugversuchs konnte detailliert untersucht werden.

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.

Nowadays, thin-walled load bearing structures can be realised using textile reinforced concrete (BRAMESHUBER and RILEM TC 201-TRC [1]). The required tensile strength is achieved by embedding several layers of textile. By means of the laminating technique the number of textile layers that can be included into the concrete could be increased. To further increase the first crack stress and the ductility as well as to optimize the crack development, fine grained concrete mixes with short fibres can be used. By a schematic stress-strain curve the demands on short fibres are defined. Within the scope of this study, short fibres made of glass, carbon, aramid and polyvinyl alcohol are investigated in terms of their ability to fit these requirements. On the basis of these results, the development of hybrid fibre mixes to achieve the best mechanical properties is described. Additionally, a conventional FRC with one fibre type is introduced. Finally, the fresh and hardened concrete properties as well as the influence of short fibres on the load bearing behaviour of textile reinforced concrete are discussed.

Anhand von Versuchsergebnissen wird gezeigt, dass Stahlbetonbauteile mit textilbewehrtem Beton verstärkt werden können. Sowohl die Torsionstragfähigkeit als auch die Gebrauchstauglichkeit werden durch die textilbewehrte Verstärkungsschicht deutlich verbessert. Vergleichsrechnungen zeigen, dass die Torsionstragfähigkeit mit bereits bekannten Stabwerksmodellen ermittelt werden kann.