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.

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.

In den durchgeführten Versuchsreihen wurden die Wasserabsorption sowie die Gas- und Wasserpermeabilität sowohl an gerissenen als auch rissfreien Prüfkörpern aus textilbewehrtem Beton (TRC) untersucht. Eine deutliche Steigerung der Wasseraufnahme bei Proben mit unbeschichteten Textilien konnte mit Zunahme der Garnfeinheit beobachtet werden. Bei den gerissenen Proben besteht eine ausgeprägte Abhängigkeit der Transportraten von Flüssigkeiten und Gasen zu den relevanten Risscharakteristika (kumulative Risslänge, Rissbreite). Weiterhin sind Selbstheilungseffekte von feinen Rissen infolge einer zyklischen Wasserbeaufschlagung beobachtet worden. Hierbei kam es zu einer deutlichen Reduzierung der Transportraten sowohl für Wasser als auch für Gase. Eine speziell entwickelte Permeabilitätsmesskammer zur Durchführung von In- Situ-Messungen ermöglicht Untersuchungen zum Stofftransport unter axialer Zugbelastung bei verschiedenen Dehnungszuständen.

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.

Nature brings lot of possibilities and inspirational ideas in various industries. Many fields of human activity from transportation, energy and electronics derives inspiration from natural structures and systems to be more efficient. The civil engineering and industry of building materials is not an exception. The ongoing joint research project CRC/TRR 280 [1] aimed on looking for a new methodology and approaches in design of light weight and bio inspired structures made of textile reinforced concrete (TRC). Special interest is on shell structures with membrane stresses that brings an extremely favourable span-to-material ratio that in turn means excellent structural performance. The current paper aimed to show the numerical side of the current research project.

The objective of the paper is to analyze the shrinkage and expansion strain development in thin slabs made of expansive concrete and reinforced with carbon textile reinforcement. The symmetrical textile reinforcement grid provided a biaxial restraint for the concrete shrinkage and expansion. Strains of the slabs were measured with distributed fiber optic sensors (DFOS) in both directions so that a 2D visualization of their distribution can be presented and analyzed. Parallel, standard restrained expansion tests (RET) were conducted to assess the expansive concrete mixture and large-scale beam specimens with uniaxial steel reinforcement were also equipped with DFOS and analyzed. This study aimed to compare the strains in uniaxially restrained elements with steel reinforcement and biaxially restrained textile reinforced concrete elements, in order to assess to what extent the results of the standard RET can be used for evaluation of textile reinforced concrete members.

The article describes measurements of strains of concrete, steel and textile reinforcement with distributed fiber optic sensors (DFOS). The technology of distributed strain measurements gains currently increasing attention within the civil engineering field and indeed the DFOS can be applied in various measurement scenarios providing results and insights which were not possible before. Within this article, the fibers and adhesives that are most commonly used are compared and several measurement scenarios and their results are described, including precise strain measurements with high resolution as well as measurements on large-scale specimens. Concrete strains were measured in a multiaxial compression stress state and also during setting and hardening and in flexural tests. Strains of the steel and textile reinforcement were monitored along the bond zone and also in flexural tests. Finally, cracking patterns were observed and compared with digital image correlation methods. Validated examples of applications of DFOS in laboratory work are described.

The use of non-metallic, textile reinforcement structures in place of steel reinforcement is a key component in making concrete constructions more sustainable and durable than they currently are. The reason for this is the corrosion resistance of textile reinforcements, which makes it possible to reduce the thickness of the concrete cover and at the same time extend the service life of concrete structures. This reduces the amount of cement required and thus also the emission of the greenhouse gas carbon dioxide. By means of textile manufacturing technologies, customized, load-adapted reinforcement topologies can be adjusted to the requirements of highly stressed and well-designed concrete components. The objective of this paper is to give an overview of recent research literature dedicated to textile reinforcement structures that are already used for concrete applications in the construction industry as well as those currently under development. Therefore, textile reinforcement structures, which are divided into one-, two- and three-dimensional topologies, as well as common materials used for textile-reinforced concrete are reviewed. Most research has so far been devoted to two-dimensional textile reinforcement structures. Furthermore, novel approaches to the fabrication of textile reinforcement structures for concrete applications based on robotic yarn deposition technologies are addressed.:1.) Introduction 2.) Materials for textile reinforcement structures for construction applications 3.) Textile reinforcement structures for construction applications 4.) New developments in robot-supported manufacturing technologies for construction applications 5.) Conclusion

Textile-reinforced concrete is a promising, innovative, and sustainable alternative to conventional reinforced concrete. Due to their high specific mechanical and excellent chemical properties, textile reinforcements, usually based on carbon fibers, have great potential for resource-efficient, lean, and long-term stable construction methods. Furthermore, they enable a cost-effective strengthening of existing building structures. However, the resistance to short-term dynamic loads, such as earthquakes, rockfalls, or car accidents, is low and can lead to devastating damage in extreme cases. In this thesis, impact-resistant textile reinforcements are developed and tested. The focus is on the concrete structure's impact-facing and impact-rear sides. A multi-scale approach is being pursued to evaluate suitable materials and test methods. This approach is used to research material properties and findings at the yarn, textile, composite, and structural scale. To achieve an improved understanding and to gain deep insight information of textile behavior under impact conditions and impact-induced wave propagation, textile-based strain sensors are developed and used in a network configuration. The acquisition of sensor data and optical analyses of high-speed images present extensive evaluations of impact propagation and strain distribution within the strengthening layer.:1 Introduction 2 State of the art 2.1 Key considerations for strain rate-dependent phenomena 2.1.1 Strain rate dependence 2.1.2 Definition of the strain rate scale 2.1.3 Types of impact 2.1.4 Wave propagation 2.2 High performance fiber materials for textile reinforced concrete 2.2.1 Introduction 2.2.2 Evaluation of suitable fiber materials 2.2.3 Carbon fiber 2.2.4 Steel fibers 2.3 Strain sensing sensor systems 2.3.1 Structural health monitoring 2.3.2 Sensor principles 2.3.3 Preferred sensor principle for the application in TRC 2.4 Textile reinforcement and yarn processing 2.4.1 Weaving 2.4.2 Multiaxial warp-knitting 2.4.3 Tailored-fiber placement 2.4.4 Braiding 2.5 Cement-based Composites 2.5.1 Overview 2.5.2 Steel reinforced concrete 2.5.3 Fiber reinforced concrete 2.5.4 Textile reinforced concrete 2.5.5 Hybrid reinforced concrete 2.6 Derived research gaps 3 Materials under investigation 3.1 Fiber and yarn materials 3.1.1 Materials used for reinforcement 3.1.2 Materials used for textile-based strain sensors 3.1.3 Textile reinforcement 3.2 Impregnation and matrices materials 3.2.1 Polymeric dispersion 3.2.2 Epoxy resin 3.2.3 Cementitious matrices 4 Development of a sensor network for impact scenarios 4.1 Requirements 4.2 Sensor design and network 4.3 Preferred solution 4.4 Measurement technology 5 Development of impact-resistant textile reinforcements for concrete structures 5.1 Definition of the research objective and boundary conditions 5.2 Textile reinforcement on the impact-facing side 5.2.1 Requirements 5.2.2 Conceptual design inspired by nature 5.2.3 Structural design and binding development of the textile reinforcement 5.2.4 Manufacturing process 5.3 Textile reinforcement on the impact-rear side 5.3.1 Requirements 5.3.2 Development process 5.3.3 Manufacturing process 6 Electromechanical characterization on the yarn scale 6.1 Experimental program 6.2 Stage I Fiber scale 6.2.1 Electrical resistance and electromechanical behavior under quasi-static tension 6.3 Stage II Composite scale without textile 6.3.1 Combined tension-compression tests 6.4 Stage III Composite scale with textile 6.4.1 Manufacturing of CFRP specimen with in-situ sensors 6.4.2 Testing procedure and strain measurement methods 6.4.3 Results 6.5 Summary 7 Material behavior on the composite scale 7.1 Quasi-static and impact bending behavior of TRC 7.1.1 Research objective 7.1.2 Textile reinforcement 7.1.3 Specimen manufacturing 7.1.4 Test setup 7.1.5 Results 7.1.6 Conclusion 7.2 Quasi-static tensile behavior of TRC with modified CF-NCF 7.2.1 Research objective 7.2.2 Specimen manufacturing and testing setup 7.2.3 Results 7.2.4 Conclusion 8 Material behavior on the structural scale 8.1 Design of the drop tower facility 8.2 Cementitious composite strengthening layers for the impact-facing side 8.2.1 Functionalized CW3DT reinforcement 8.2.2 Specimen manufacturing and testing parameters 8.2.3 Results 8.2.4 Conclusion 8.3 Cementitious composite strengthening layers for the impact-rear side 8.3.1 Specimen manufacturing and testing parameters 8.3.2 Results 8.3.3 Summarized discussion of the findings 9 Summary and outlook 9.1 Summary of the research work 9.2 Conclusions 9.3 Outlook Bibliography List of Figures List of Tables A Weaving pattern of the CW3DT / Textilverstärkter Beton ist eine vielversprechende, innovative und nachhaltige Alternative zum herkömmlichen Stahlbeton. Aufgrund ihrer hohen spezifischen mechanischen und ausgezeichneten chemischen Eigenschaften besitzen textile Bewehrungen, meist auf Carbonfaserbasis, ein großes Potenzial für ressourceneffiziente, schlanke und langzeitstabile Bauweisen. Bestehende Baustrukturen können dadurch nachträglich verstärkt werden. Allerdings ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber kurzzeitdynamischer Beanspruchung, wie Erdbeben, Steinschlag oder Autounfälle, gering und kann im Extremfall zu verheerenden Schäden führen. In der vorliegenden Arbeit werden impaktresistente textile Verstärkungsschichten entwickelt und erprobt. Dabei liegt der Fokus sowohl auf der impaktzugewandten als auch auf der impaktabgewandten Strukturseite. Um geeignete Materialien und Prüfmethoden zu evaluieren, wird ein Mehrskalenansatz verfolgt. Dieser Ansatz dient zur Erforschung von Materialeigenschaften und Erkenntnissen auf der Garn\nobreakdash-, Textil-, Verbund- und Strukturebene. Zur Erreichung eines verbesserten Verständnisses des textilen Verhaltens unter Impaktbedingungen sowie der impaktinduzierten Wellenausbreitung, werden textilbasierte Dehnungssensoren entwickelt und in einem Netzwerk eingesetzt. Durch die Erfassung von Sensordaten und optischen Analysen von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen werden umfangreiche Auswertungen zur Impaktausbreitung und Dehnungsverteilung innerhalb der textilen Betonverstärkungsschicht durchgeführt und präsentiert.:1 Introduction 2 State of the art 2.1 Key considerations for strain rate-dependent phenomena 2.1.1 Strain rate dependence 2.1.2 Definition of the strain rate scale 2.1.3 Types of impact 2.1.4 Wave propagation 2.2 High performance fiber materials for textile reinforced concrete 2.2.1 Introduction 2.2.2 Evaluation of suitable fiber materials 2.2.3 Carbon fiber 2.2.4 Steel fibers 2.3 Strain sensing sensor systems 2.3.1 Structural health monitoring 2.3.2 Sensor principles 2.3.3 Preferred sensor principle for the application in TRC 2.4 Textile reinforcement and yarn processing 2.4.1 Weaving 2.4.2 Multiaxial warp-knitting 2.4.3 Tailored-fiber placement 2.4.4 Braiding 2.5 Cement-based Composites 2.5.1 Overview 2.5.2 Steel reinforced concrete 2.5.3 Fiber reinforced concrete 2.5.4 Textile reinforced concrete 2.5.5 Hybrid reinforced concrete 2.6 Derived research gaps 3 Materials under investigation 3.1 Fiber and yarn materials 3.1.1 Materials used for reinforcement 3.1.2 Materials used for textile-based strain sensors 3.1.3 Textile reinforcement 3.2 Impregnation and matrices materials 3.2.1 Polymeric dispersion 3.2.2 Epoxy resin 3.2.3 Cementitious matrices 4 Development of a sensor network for impact scenarios 4.1 Requirements 4.2 Sensor design and network 4.3 Preferred solution 4.4 Measurement technology 5 Development of impact-resistant textile reinforcements for concrete structures 5.1 Definition of the research objective and boundary conditions 5.2 Textile reinforcement on the impact-facing side 5.2.1 Requirements 5.2.2 Conceptual design inspired by nature 5.2.3 Structural design and binding development of the textile reinforcement 5.2.4 Manufacturing process 5.3 Textile reinforcement on the impact-rear side 5.3.1 Requirements 5.3.2 Development process 5.3.3 Manufacturing process 6 Electromechanical characterization on the yarn scale 6.1 Experimental program 6.2 Stage I Fiber scale 6.2.1 Electrical resistance and electromechanical behavior under quasi-static tension 6.3 Stage II Composite scale without textile 6.3.1 Combined tension-compression tests 6.4 Stage III Composite scale with textile 6.4.1 Manufacturing of CFRP specimen with in-situ sensors 6.4.2 Testing procedure and strain measurement methods 6.4.3 Results 6.5 Summary 7 Material behavior on the composite scale 7.1 Quasi-static and impact bending behavior of TRC 7.1.1 Research objective 7.1.2 Textile reinforcement 7.1.3 Specimen manufacturing 7.1.4 Test setup 7.1.5 Results 7.1.6 Conclusion 7.2 Quasi-static tensile behavior of TRC with modified CF-NCF 7.2.1 Research objective 7.2.2 Specimen manufacturing and testing setup 7.2.3 Results 7.2.4 Conclusion 8 Material behavior on the structural scale 8.1 Design of the drop tower facility 8.2 Cementitious composite strengthening layers for the impact-facing side 8.2.1 Functionalized CW3DT reinforcement 8.2.2 Specimen manufacturing and testing parameters 8.2.3 Results 8.2.4 Conclusion 8.3 Cementitious composite strengthening layers for the impact-rear side 8.3.1 Specimen manufacturing and testing parameters 8.3.2 Results 8.3.3 Summarized discussion of the findings 9 Summary and outlook 9.1 Summary of the research work 9.2 Conclusions 9.3 Outlook Bibliography List of Figures List of Tables A Weaving pattern of the CW3DT