[pt] Esta pesquisa tem por objetivo a análise experimental do comportamento à flexão, a curto e longo prazo, de vigas de seção I de concreto reforçado com tecido de carbono (Textile Reinforced Concrete - TRC). Foram utilizados quatro tipos de tecido de carbono, sendo eles diferenciados pelas dimensões da malha e seção transversal dos cordões, assim como pelo revestimento do tecido. As amostras foram identificadas de acordo com o nome do revestimento, sendo eles de estireno butadieno (SBR) e SBR com impregnação de areia (SND), acrilato (ACR) e epóxi (EPX). Inicialmente, foram realizados ensaios de flexão em quatro pontos nas vigas, considerando o tecido SBR e as seguintes condições: (a) matriz cimentícia simples; (b) matriz simples e têxtil revestido de areia; e (c) matriz strain hardening cement‐based composite (SHCC). O principal objetivo foi correlacionar as melhorias nas propriedades da interface e da matriz com o padrão de fissuração, modo de falha e ductilidade. Foi utilizado um método teórico para avaliação do comportamento à flexão das vigas, que obteve boa concordância com os resultados experimentais. Na etapa seguinte, as propriedades mecânicas de diferentes tipos de TRC e sua interface foram estudadas através de ensaios de tração direta, arrancamento e compressão. A influência de diferentes configurações de ensaio e a eficácia dos parâmetros obtidos nestes ensaios foram verificados para a previsão do desempenho de vigas de TRC ensaiadas em flexão de forma monotônica. O estudo foi capaz de indicar os métodos de caracterização mais adequados para derivar propriedades mecânicas a serem utilizadas em métodos analíticos, assim como a influência dos diferentes parâmetros de ensaio na capacidade de carga do compósito. Finalmente, foi investigado o comportamento de longo duração das vigas de seção sob carregamento permanente de 4 kN. Um modelo analítico foi usado para analisar os resultados em termos de módulo efetivo do tecido, resistência à tração do concreto e tensão nominal de aderência. O modelo mostrou que o tecido SBR é fortemente afetado pela carga permanente. As vigas SND, ACR e EPX formaram novas fissuras durante os ensaios de fluência e a redução do módulo efetivo observada não foi acompanhada pelo aumento da abertura da fissura. Confirmou-se a grande influência da adesão entre tecido e matriz na capacidade de carga do compósito, a diminuição da resistência da matriz devido à incorporação do tecido, bem como a divergência das condições dos ensaios de caracterização do compósito. / [en] The present research aims to perform an experimental investigation on the short and long-term flexural behavior of I-section textile reinforced concrete (TRC) beams. Four types of carbon fabric were used, differentiated by the mesh dimensions and yarn cross-section, as well as by the fabric coating. The samples were identified according to the name of the coating, being styrene butadiene rubber (SBR) and SBR impregnated with sand (SND), acrylate (ACR) and epoxy (EPX) resin. Initially, four‐point bending tests were performed in I‐beams, considering SBR fabric and the following conditions: (a) plain cementitious matrix; (b) plain matrix and sand‐coated textile; and (c) strain hardening cement‐based composite (SHCC) matrix. The main goal was to correlate the improvements on interface and matrix properties with the crack pattern, failure mode and ductility. A theoretical method was used to evaluate the flexural behavior of the beams and good agreement was achieved with the experimental results. In the next step, the mechanical properties of different types of carbon-TRC and their interface were studied through direct tensile, pullout and compression tests. The influence of different test configurations and the effectiveness of the parameters obtained in these tests were verified for the performance prediction of TRC beams tested in bending in a monotonic way. The study was able to indicate the most suitable characterization methods to derive mechanical properties to be used in analytical methods, as well as to show the influence of different testing parameters on the load capacity of the composite. Finally, the long-term behavior of I-section beams reinforced with carbon fabric under sustained loading of 4 kN was investigated. An analytical model was used to analyze the results in terms of effective textile moduli, concrete tensile strength and the nominal bond stress. The model showed that SBR textile is strongly affected by sustained load. SND, ACR and EPX beams formed new cracks during creep and the reduction in effective modulus observed was not accompanied by increase in crack width. It was confirmed the great influence of adhesion between fabric and matrix on the load capacity of the composite, the decrease in matrix strength due to fabric incorporation, as well as the divergence of the conditions of composite characterization tests.

The production of concrete remains one of the highest CO2 producers. It consumes alarge number of primary sources of raw materials. One way to reduce emissions and rawmaterials consumption is by applying more recycled aggregates. However, when recycledaggregate is used for concrete, its properties and durability usually decline in comparisonwith conventional concrete with natural aggregate. For this reason, it is necessary to findthe optimal way in connection with the requirements of structural use in buildingstructures. The diploma thesis will examine the basic possibility of using lost formworkfrom high-performance concrete. The core will be made of concrete with recycledaggregate. High-performance concrete skin will be reinforced by various unconventionalreinforcement

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.

Dans le domaine du renforcement et/ou de la réparation des structures en béton armé par des matériaux composites à l'aide de la méthode du collage extérieur au moyen d'un adhésif époxy, une des préoccupations de la communauté scientifique est l'intégrité structurelle de ce système dans le cas d'incendie dans lequel la haute température est une caractéristique essentielle et peut atteindre jusqu'à 1200°C. Ce travail de recherche est axé sur le comportement thermomécanique à très haute température des matériaux composites [un composite à base de polymère carbone/ époxy (Carbon Fiber Reinforced Polymer- CFRP), un composite textile/ mortier cimentaire (Textile Reinforced Concrete- TRC) et un adhésif à base d'époxy]. L'évolution des propriétés mécaniques et d'autres aspects mécaniques de ces matériaux composites avec la température a été caractérisée. Une nouvelle procédure expérimentale concernant la mesure de la déformation de l'éprouvette à l'aide du capteur laser est développée et validée. Une étude numérique et expérimentale a été réalisée dans le but de déterminer principalement la température à la rupture des joints « composite/ adhésif/ composite » sous les sollicitations mécaniques et thermiques. L'efficacité de la protection thermique de deux isolants [PROMASPRAY®T (produit commercial de la société PROMAT] et Isolant A (produit développé par le LGCIE site Tusset) a aussi été étudiée dans cette thèse. Enfin, une approche numérique, à l'aide du logiciel ANSYS, est utilisée afin de déterminer, de façon préliminaire et approximative, à l'échelle matériau, les propriétés thermiques des matériaux (composite textile/ mortier cimentaire -TRC et Isolant A) / In the area of the strengthening and/or the reparation of reinforced concrete structures with composites by means of the external bonding method using an epoxy adhesive, one of the preoccupation of the scientific community is the structural integrity of this system in the event of fire in which the high temperature is the essential feature et can reach up to 1200°C. This research focuses on the thermo-mechanical behavior of composite materials [carbon/epoxy adhesive composite (or carbon fiber reinforced polymer (CFRP), textile/cementitious mortar composite (or textile reinforced concrete (TRC)] and an epoxy-based adhesive. The evolution of mechanical properties and other mechanical aspects of these materials with the temperature has been characterized. A new experimental procedure concerning the measurement of sample strain by the laser sensor is developed and validated. An experimental and numerical study has been realized in order to mainly determine the temperature at the failure of "composite/adhesive/composite" joints under thermal and mechanical loadings. The effectiveness of the thermal protection of two insulators [PROMASPRAY®T (a commercial product of the PROMAT company and the insulator A (product developed by the LGCIE site Tuset)] has also been investigated in this PhD thesis. Finally, a numerical approach, using ANSYS software, is used to determine, in the preliminary and approximate way, at material scale, thermal properties of the materials [the textile reinforced concrete (TRC) and the insulator A]

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.

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.

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.