Die Querkrafttragfähigkeit eines Bauteils kann durch verschiedene Maßnahmen gesteigert werden. Zu den weltweit anerkannten Verfahren gehört das oberflächige Aufkleben von Bewehrungen aus Stahl oder Faserverbundkunststoffen. Der textilbewehrte Feinbeton hingegen ist eine noch weitgehend unbekannte Alternative. Es fehlen ebenso systematische Untersuchungen zum Tragverhalten einer solchen Querkraftverstärkung wie geeignete Bemessungsmodelle. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Möglichkeiten einer textilbewehrten Querkraftverstärkung zu analysieren. An Stahlbetonbalken unterschiedlicher Querschnittsgeometrie wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die Aufschluss über die Wirkung der Verstärkung sowie typische Versagenszustände geben. Die für die Querkrafttragfähigkeit entscheidenden Verformungen des Steges wurden durch photogrammetrische Messungen erfasst. Der Vergleich der verstärkten und unverstärkten Probekörper verdeutlicht signifikante Unterschiede. Bei den verstärkten Probekörpern ist die Stauchung des gemittelten Hauptdehnungszustandes steiler geneigt als bei den unverstärkten Probekörpern. Die steilere Neigung der Hauptstauchung, aufgrund der aufgebrachten Verstärkung, hat nach der rechnerischen Tragfähigkeit des Fachwerkmodells zur Folge, dass weniger Lasten über die Stahlbügelbewehrung abgetragen werden können. Die so fehlende Tragfähigkeit gegenüber dem unverstärkten Bauteil muss die Verstärkungsschicht zunächst ausgleichen, bevor eine Traglaststeigerung möglich ist. Als zweite wesentliche Wirkung begrenzt die textile Bewehrung die Breite der auftretenden Schubrisse wie anhand der gemessenen Rissbreiten nachgewiesen werden konnte. Die Verstärkung verzögert auftretende Schubrisse und begrenzt deren Breite und Ausdehnung. Ein Versagen der Biegedruckzone durch Schubdruckbruch tritt so erst bei deutlich höheren Lasten ein als es bei unverstärkten Stahlbetonbauteilen der Fall ist. Nach dem herkömmlichen Fachwerkmodell der Stahlbügelbewehrung sind die Stegbewehrungen eines Bauteils in der Biegedruckzone zu verankern. Externe Querkraftverstärkungen können aber nur selten oder mit hohem Aufwand bis zur Höhe der Biegedruckzone geführt werden. Meist behindern anschließende Querschnittsteile die Erreichbarkeit zur Druckzone. Für die experimentellen Untersuchungen wurden die Probekörper mit einer U-förmigen Verstärkung außerhalb der rechnerischen Biegedruckzone versehen. Die geprüften Tragfähigkeiten lagen dennoch deutlich über der Tragfähigkeit der unverstärkten Referenz. Eine Verankerung der Verstärkung am Steg des Bauteils scheint demnach möglich. Das Kräftegleichgewicht einer solchen Verankerung wurde mit einem neu entwickelten Stabwerkmodell nachgewiesen. Die Eignung des Modells zur Berechnung der Tragfähigkeit der Verstärkung wurde durch Nachrechnung der eigenen Versuche geprüft. Zusätzliche konstruktive Maßnahmen zur Verankerung der Verstärkung wurden an separaten Verbundprobekörpern untersucht. Es wurden verschiedene Verankerungsmittel geprüft, die durch Querdruck die Tragfähigkeit der Verbundfuge von Alt- und Feinbeton erhöhen. Die besten Ergebnisse erreichten Verankerungen mit vorgespannten Ankern. Die Steigerung der Verbundtragfähigkeit ist allerdings gering, da die notwendigen Bohrungen für die Anker die wirksame Fläche der textilen Bewehrung schwächen. / Shear resistance of structural members can be increased by different measures. So far only reinforcements from steel or fibre-reinforced plastic pasted on the surface have been acknowledged worldwide. Textile reinforced fine grained concrete, however, is still mostly an unknown option. Systematic research into the load bearing behaviour of this kind of shear strengthening as well as qualified design rules are missing. It is the aim of this thesis to analyse the possibilities of textile reinforced shear strengthening. Experimental investigations on RC beams with different cross sectional geometries provided information about the strengthening effect as well as common failure modes. The web deformations, which are crucial for the shear resistance, were recorded by photogrammetric measurements. A comparison of strengthened and unstrengthened specimen demonstrates significant differences. In case of the strengthened sample, the compressive strain of the averaged principle strain condition has a steeper inclination than in case of the unstrengthened specimen. This steeper inclination ensues from the applied strengthening. According to the calculated load-bearing capacity of the truss model, the steeper inclination results in less loads being removed by the steel stirrup reinforcement. Compared to the unstrengthened structural member, this lack in the load-bearing capacity has to be evened out by the strengthening layer before an increase in the load carrying capacity is possible. Secondly, the textile reinforcement limits the width of the occurring shear cracks. This could be proven by measuring the crack-width. The strengthening delays occurring shear cracks and restricts their widths and extension. Consequently, failure of the flexural compression zone induced by shear cracks only occurs under significantly higher loads than in unstrengthened RC members. In the traditional truss model of the steel stirrup reinforcement, the web reinforcements of a structural member have to be anchored in the flexural compression zone. However, external shear strengthening can be pulled up to the height of the flexural compression zone only rarely or with great effort. Often connected parts of the cross section prevent access to the compression zone. For the purpose of the experimental analysis, the specimens were fit with a U-shaped strengthening layer outside the calculated flexural compression zone. Nevertheless, the measured load-bearing capacities were distinctly higher than the load-bearing capacity of the unstrengthened reference beam. Consequently, anchoring the strengthening at the specimen’s web appears to be possible. The force balance of such an anchorage could be proved with the help of a newly developed strut-and-tie-model. The applicability of the model for calculating the load bearing capacity of the strengthening was checked by recalculating the corresponding test results. Additional structural measures for anchoring the strengthening were tested on separate bond specimens. Furthermore, various anchorage materials which increase the load carrying capacity of the interface between old and fine grained concrete through transverse pressure were tested. The best results could be achieved with pre-stressed anchorages. However, the resulting load-bearing capacity’s increase was only slight because the drill holes required for the anchors reduce the effective area of the textile reinforcement.

Sandwichelemente mit Deckschichten aus Textilbeton und tragenden Dämmkernen verfügen über ein breites Leistungsprofil, von selbsttragenden Fassadenbauteilen bis zu tragenden Wand-, Dach- und Deckenbauteilen. Trotz der geringen Bauteilstärke von nur 18 – 20 cm besitzen Sandwichelemente aus Textilbeton neben der hohen Tragfähigkeit ein günstiges bauphysikalisches Verhalten hinsichtlich des Wärme- und Schallschutzes. Anhand eines kleinen Experimentalbaus wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB 532 an der RWTH Aachen die Anwendbarkeit von tragenden Sandwichbauteilen verifiziert. Dabei wurden wesentliche Fragestellungen wie Konstruktion und Gestalt, Tragverhalten, Bauteilfügung, Herstellungstechnik und Montage untersucht.

In dieser Veröffentlichung werden 2 Anwendungsbeispiele für Textilbeton vorgestellt, ein nachträgliches Abdichtungssystem sowie eine bauteilintegrierte Schalung. Teil 1: Da in vielen Regionen Deutschlands steigende Grundwasserspiegel zu verzeichnen sind und bestehende Gebäude, die nicht für den Belastungsfall „drückendes Wasser“ ausgelegt sind, mit einem tragfähigen nachträglichen Abdichtungssystem ertüchtigt werden müssen, wurde ein entsprechendes Abdichtungssystem aus Textilbeton entwickelt. Durch die Verwendung des Textilbetons ist es möglich, ein Abdichtungssystem mit einer geringen Bauteilstärke von 30 mm im Spritzverfahren herzustellen. Teil 2: Die bauteilintegrierte Schalung (BIS) aus Textilbeton nimmt während der Betonage den Frischbetondruck auf. Im Endzustand bildet sie die Bauteiloberfläche und kann Anforderungen hinsichtlich Tragfähigkeit, Sichtbeton- und Oberflächenqualität sowie Oberflächenausbildung (Farbe, Struktur) erfüllen. BISElemente können werksmäßig wirtschaftlich und qualitativ hochwertig hergestellt werden.

Zur detaillierten Beschreibung des Lastabtragverhaltens textiler Bewehrung im Beton ist es erforderlich, das Penetrationsverhalten der Betonmatrix in die stark heterogene Garnstruktur zu beschreiben. Zur Charakterisierung der Mikrostruktur im Querschnitt wurde eine Bildanalysemethode entwickelt, um die Verbundsituation der einzelnen Filamente quantitativ auswerten zu können. Um eine räumliche Beschreibung der Verbundsituation zu erreichen, wurde die Strategie verfolgt, aus aufeinander folgenden Schichtaufnahmen mittels Rasterelektronenmikroskopie eine räumliche Struktur abzuleiten. Hierzu wurden zum einen die experimentelle Vorgehensweise erarbeitet und zum anderen ein Ansatz für die Zuordnung der Filamente zwischen den einzelnen Querschnitten entwickelt.

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.

Im Rahmen des Transferprojektes T01 „Textilbeschichtung mit hochviskosen Massen“ des Sonderforschungsbereiches 532 (SFB 532) wird die Realisierung und Bewertung eines integrierten Beschichtungskonzeptes zur nachhaltigen Verbesserung der Tragfähigkeit von textilbewehrten Betonbauteilen an der RWTH Aachen University untersucht. Dazu wird eine neue Auftragstechnik für hochviskose Beschichtungsmassen entwickelt, die eine vollständige Penetration von Multifilamentgarnen mit großen Garntitern und einer hohen Anzahl an Filamenten in textilen Gelegen erzielt. Des Weiteren werden aktive Beschichtungsmassen auf der Basis von Polyvinylalkohol-Zement-Compositen, die eine homogene Anbindung aller Einzelfilamente an die Zementmatrix ermöglichen, erforscht.

Textile reinforced concrete (TRC) is an innovative composite material, which is being intensely and practice-oriented investigated on national and international level. In the last few years this material has gained increasing importance in the field of civil engineering. In the context of the collaborative research project SFB 532 at the RWTH Aachen University, research was carried out to understand and to predict the behaviour of different yarn structures in fine grained concrete. Based on the results, innovative commingling yarns were made of alkali-resistant glass fibres and water soluble PVA. These hybrid yarns have an open structure, which improves the penetration of the textile reinforcement by the concrete matrix. Hence, the load bearing capacity of TRC structural elements was significantly improved. This paper presents a technique for the production of such commingling yarns for concrete applications. The mechanical properties of the new yarns are determined due to tensile stress tests. The bond behaviour of the commingling yarns was investigated by pull-out- and tensile stress tests on TRC-specimens. The results of the different tests are being presented and briefly discussed.

Thin-walled, high-strength concrete elements exhibiting low system weight and great slenderness can be created with a large degree of lightweight structure using the textile-reinforced, load-bearing concrete (TRC) slab and a shell with a very high level of sound absorption. This was developed with the objective of lowering system weight, and then implemented operationally in construction. Arising from the specifications placed on the load-bearing concrete slab, the following took place: an adapted fine-grain concrete matrix was assembled, a carbon warp-knit fabric was modified and integrated into the fine concrete matrix, a formwork system at prototype scale was designed enabling noise barriers to be produced with an application-oriented approach and examined in practically investigations within the context of the project. This meant that a substantial lowering of the load-bearing concrete slab’s system weight was possible, which led to a decrease in transport and assembly costs.