In vielen technischen Anwendungen werden Faserverbundwerkstoffe mit Hochleistungsfasern aus Carbon und AR-Glas eingesetzt, die aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften ein hohes Festigkeitspotential aufweisen. Damit eröffnen sich neue Anwendungsgebiete, z. B. als textile Bewehrungen für Betonbauteile. Die Garnmaterialien müssen hohe sicherheitstechnische Anforderungen erfüllen. Dazu gehören u. a. eine ausreichende Tragfähigkeit unter Dauerlastbeanspruchung und eine hohe Temperaturbeständigkeit im Brandfall. Zur Spezifizierung dieser Eigenschaften wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, deren Ergebnisse nachfolgend vorgestellt werden. / Due to their strong mechanical and chemical properties, fiber composite materials composed of high performance carbon and AR-glass fibers lend themselves to many technical applications. Potentially new and innovative application fields should be considered, such as textile reinforcements for concrete components. The yarn materials must meet high technical and safety standards, specifically sufficient load-bearing capabilities under long-term conditions and acceptable strength at high temperatures should fire occur. Research was conducted to document these characteristics. The results are presented in this paper.

Aus der Einleitung: "Die Vorteile von Dehnschrauben ergeben sich aus der großen Verformung, die bei der Montage eingestellt und mit Hilfe eines taillierten Schafts ermöglicht wird. Zusätzlich zu dem geringeren Schaftdurchmesser erhöht eine größere Länge die Nachgiebigkeit und damit die Längenänderung. Aufgrund dieser hohen Längenänderung benötigen Dehnschrauben keine Schraubensicherung und sind unempfindlicher gegenüber Setzverlusten."

In vielen technischen Anwendungen werden Faserverbundwerkstoffe mit Hochleistungsfasern aus Carbon und AR-Glas eingesetzt, die aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften ein hohes Festigkeitspotential aufweisen. Damit eröffnen sich neue Anwendungsgebiete, z. B. als textile Bewehrungen für Betonbauteile. Die Garnmaterialien müssen hohe sicherheitstechnische Anforderungen erfüllen. Dazu gehören u. a. eine ausreichende Tragfähigkeit unter Dauerlastbeanspruchung und eine hohe Temperaturbeständigkeit im Brandfall. Zur Spezifizierung dieser Eigenschaften wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, deren Ergebnisse nachfolgend vorgestellt werden. / Due to their strong mechanical and chemical properties, fiber composite materials composed of high performance carbon and AR-glass fibers lend themselves to many technical applications. Potentially new and innovative application fields should be considered, such as textile reinforcements for concrete components. The yarn materials must meet high technical and safety standards, specifically sufficient load-bearing capabilities under long-term conditions and acceptable strength at high temperatures should fire occur. Research was conducted to document these characteristics. The results are presented in this paper.

Die Verkehrsinfrastruktur hat eine essenzielle Bedeutung für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Im Besonderen gilt dies für die Straßeninfrastruktur. Der Erhalt sowie der Ausbau des Straßennetzes, vor allem der Bundesfernstraßen, wird in den kommenden Jahren die Bundesrepublik vor enorme Herausforderungen stellen. Die hierfür erforderlichen massiven finanziellen Mittel werden überwiegend durch den deutschen Steuer-zahler getragen. Resultierend hieraus liegt es im Interesse aller, diese finanziellen Mittel möglichst effizient und zielorientiert einzusetzen. Die Sicherstellung einer dauerhaften Verfügbarkeit unserer Straßeninfrastruktur ist nicht nur aus volkswirtschaftlicher Sicht eine primäre Zielsetzung, sondern betrifft auch gesellschaftspolitische Belange. Die stark gestiegenen Beeinträchtigungen des Verkehrsflusses durch Baustellen auf deutschen Autobahnen entspringen nicht nur der subjektiven Wahrnehmung der Verkehrsteilnehmer. Die Anzahl und die Länge der Baustellen haben sich in den letzten Jahren deutlich erhöht und dies lässt sich statistisch auch belegen (ADAC-Statistik). Die Zunahme des Güter-verkehrsaufkommens sowie die bevorstehenden Veränderungen im Zuge des Klima-wandels werden die Herausforderungen im Straßenbau deutlich erhöhen. Diese Einflüsse werden die derzeit bereits vorhandenen Probleme potenzieren. Die konventionelle und heute fast ausschließlich angewendete Dimensionierung des Straßenoberbaus nach den Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen (RStO 12) stellt keinen zielorientierten Lösungsansatz mehr dar. Über-legungen für hoch belastete Straßen eine Belastungsklasse jenseits der Bk100 (z.B: Bk200, Bk300, Bk400 oder Bk500) einzuführen, werden zwangsläufig in eine Sackgasse führen müssen. Aufgrund der fehlenden Kopplung der Leistungsfähigkeit der Baustoffe und Baustoffgemische wegen der ausschließlich an die Verkehrsbelastung gebundenen standardisierten Vorgabe der Schichtdicken ist dieses Dimensionierungsprinzip längst überholt und nachweislich nicht geeignet, um dauerhafte Befestigungsaufbauten sicherzustellen. Im nachgeordneten Straßennetz, wo zum einen die Verkehrsbelastungen gering und zum anderen die Anforderungen an die Verfügbarkeit der Straßeninfrastruktur moderat sind, kann die Standardisierung des Oberbaus nach den RStO 12 auch weiterhin erfolgen. Für hoch belastete Straßen ist die Zeit für eine grundlegende Veränderung in der Dimensionierung des Oberbaus längst überfällig. Die bevorstehenden Herausforderungen im konstruktiven Straßenbau können nur durch die gezielte Anwendung von rechnerischen Dimensionierungsverfahren gelöst werden. Mit den RDO Asphalt 09 bzw. RDO Asphalt 09/19E steht in Deutschland ein Regelwerk für die Dimensionierung von Oberbauten in Asphaltbauweise zur Verfügung. Das Dimensionierungsverfahren nach den RDO Asphalt berücksichtigt dabei die Verkehrsbelastung sowohl in der Menge (Anzahl Achsübergänge), als auch in der Höhe (Häufigkeitsverteilung der Achslastklassen). Die Temperaturbedingungen im Oberbau werden durch entsprechende Temperaturprofile und zugeordnete Auftretenshäufigkeiten berücksichtigt. Das Materialverhalten der eingesetzten Baustoffe und Baustoffgemische bildet eine wesentliche Grundlage für die Modellierung und zur Berechnung des Beanspruchungszustandes in der Konstruktion. Unter Berücksichtigung aller maß-gebenden Belastungsvariationen (Kombination aus Achslast, Temperaturzustand und zugeordneten Achsübergängen) können die Teilschädigungen unter Einbeziehung des Ermüdungsverhaltens berechnet und zu einer Gesamtschädigung akkumuliert werden. Im Ergebnis des Dimensionierungsprozesses nach den RDO Asphalt werden zum einen die Schichtdicken des Oberbaus individuell an die objektbezogenen Randbedingungen angepasst (dimensioniert) und zum anderen wird durch die erforderliche Nachweisführung an den maßgebenden Nachweispunkten eine rechnerische Nutzungsdauer des Oberbaus von (i.d.R.) 30 Jahren sichergestellt. Der innovative Kern des rechnerischen Dimen-sionierungsverfahrens nach den RDO Asphalt ist die Berücksichtigung des Materialverhaltens der eingesetzten Baustoffe. Im Besonderen gilt dies für das Materialverhalten der Asphalte (Steifigkeitsverhalten, Ermüdungsresistenz, Kälteverhalten). Die ganzheitliche Berücksichtigung der wesentlichen Eingangsgrößen (Verkehrs- und Temperaturbelastung) einschließlich der Berechnung der maßgebenden Beanspruchungen in der Konstruktion in Verbindung mit einer Schadenshypothese machen das Dimensionierungsverfahren nach den RDO Asphalt zu einer weltweiten Innovation in der Dimensionierung von Straßenbefestigungen. Aufbauend auf den derzeit in den RDO Asphalt implementierten Berechnungs- und Nachweisverfahren können nicht nur Asphalttragschichten berücksichtigt werden. Die Übertragung des Berechnungsverfahrens ist auch auf den Bereich der Asphaltdeck- und Asphaltbinderschichten möglich. Hierfür ist der Nachweispunkt in der jeweiligen Schicht mit der höchsten relevanten Beanspruchung zu suchen, um mit diesen in Analogie zum Verfahren der RDO Asphalt den Nachweis auf Ermüdung zu führen. Als Beanspruchungsgröße für die Berechnung der Schädigung basierend auf der Schadenshypothese kann nach derzeitigem Kenntnisstand die größte Hauptdehnung verwendet werden. Die Berücksichtigung des Verformungsverhaltens der Asphalte und der damit einher-gehenden Abschätzung der Spurrinnenanfälligkeit ist derzeit in den RDO Asphalt nur sehr vereinfacht eingebunden. Unter Verwendung des Berechnungsmodells sowie der dimen-sionierungsrelevanten Eingangsgrößen aus den RDO Asphalt ist die Integration einer Spurrinnenprognose in das Dimensionierungsverfahren möglich. Das Modell zur Akkumulation der bleibenden Verformungen ist entwickelt und steht für die Anwendung bereit. Die Voraussetzungen, die Spurrinnenbildung als weiteres Dimensionierungskriterium in die RDO Asphalt aufzunehmen, sind geschaffen. In dieser Arbeit wurde eine Methode zu einer an der rechnerischen Nutzungsdauer orientierten Materialoptimierung vorgestellt und diskutiert. Dieser Lösungsansatz berück-sichtigt gleichermaßen technische Notwendigkeiten und wirtschaftliche Anforderungen an die Mischgutkonzeption von Asphalten mit der Zielstellung, eine avisierte rechnerische Nutzungsdauer zu gewährleisten und somit dauerhafte Oberbauten in Asphaltbauweise herstellen zu können. Die ganzheitliche Betrachtung aller Einflussgrößen auf den Prozess der Materialoptimierung und letztlich auch der eigentlichen Mischgutkonzeption trägt einen richtungsweisenden Charakter im Hinblick auf die Lösung der bevorstehenden Herausforderungen im Straßenbau. Die bauvertraglichen Risiken und Fragestellungen bei Anwendung der RDO Asphalt sind leider noch nicht abschließend geklärt. Eine „ZTV RDO Asphalt“ ist dringend erforderlich, um auch für konventionelle Bauverträge den Weg für eine gezielte Anwendung der RDO Asphalt zu ebnen. Speziell die Problemstellung, Asphalte mit einem definierten Materialverhalten prozesssicher herstellen zu können, wurde in den letzten Jahren schlichtweg unterschätzt bzw. spielt im derzeitigen technischen Regelwerk gar keine Rolle. Die Definition von Anforderungswerten wie beispielsweise dem Erweichungspunkt Ring und Kugel oder der Nadelpenetration für die Charakterisierung und Klassifizierung von Bitumen ist in diesem Zusammenhang technisch wenig zielführend. Die Umstellung der Prüfverfahren für Bitumen auf DSR-Versuche, mit Prüfprozeduren, die zu belastbaren und aussagekräftigen Ergebnissen zur Charakterisierung der Materialverhaltens führen, ist längst überfällig. Die Anforderungswerte des technischen Regelwerkes müssen die Dauerhaftigkeit des Oberbaus als Zielstellung verfolgen. Hierbei wird dem mechanischen Materialverhalten der Asphalte eine primäre Bedeutung zu Teil. Eine Möglichkeit entsprechende Anforderungswerte zu formulieren und dabei einen Kompromiss zwischen der volkswirtschaftlichen Notwendigkeit (lange Nutzungsdauer) und dem derzeit technisch Machbaren (definiertes Materialverhalten) zu wahren, wurde mit der Kategorisierung des Materialverhaltens vorgestellt und diskutiert. Abschließend bleibt festzuhalten, dass mit den RDO Asphalt ein auf die Nutzungsdauer ausgerichtetes Dimensionierungsverfahren zur Verfügung steht, mit dem die bevor-stehenden enormen Herausforderungen im Straßenbau bewältigt werden können. Mit den Softwarelösungen ADtoPave 2018 und PaDesTo stehen in Deutschland zwei kommerzielle Programme zur Verfügung, die alle erforderlichen Funktionalitäten für die Anwendung der rechnerischen Dimensionierung nach den RDO Asphalt bereitstellen. Die Ampel für einen Paradigmenwechsel in der Dimensionierung von Verkehrsflächenbefestigungen steht auf grün.

Aus der Einleitung: "Die Vorteile von Dehnschrauben ergeben sich aus der großen Verformung, die bei der Montage eingestellt und mit Hilfe eines taillierten Schafts ermöglicht wird. Zusätzlich zu dem geringeren Schaftdurchmesser erhöht eine größere Länge die Nachgiebigkeit und damit die Längenänderung. Aufgrund dieser hohen Längenänderung benötigen Dehnschrauben keine Schraubensicherung und sind unempfindlicher gegenüber Setzverlusten."

Im Straßenbau sind Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) die konstruktive Grundlage des frostsicheren Oberbaus unabhängig von der Bauweise oder der Belastungsklasse. Das mechanische Verformungsverhalten von ToB ist sowohl durch elastische als auch durch plastische Verzerrungen geprägt, wobei die Größe der jeweiligen Dehnungen/Stauchungen u. a. von der Art und Größe der Beanspruchung abhängt. Erschwerend kommt der Einfluss unterschiedlichster, derartige Gemische beeinflussender Randbedingungen hinzu. Verwiesen sei z. B. auf die Materialdichte, den Wassergehalt, Korngrößenverteilungen oder die Kornform. Die thermische Beanspruchung ungebundener Gesteinskorngemische (ofentrockener Zustand) innerhalb des Gebrauchstemperaturbereiches ist für das elastische Materialverhalten als unbedeutende Einflussgröße einzustufen. Dies gilt nicht mehr wenn Wasser im Material vorhanden ist und Temperaturänderungen vom positiven in den negativen °C-Temperaturbereich (oder entgegengesetzt) vorliegen. Die klimatischen Randbedingungen in Deutschland bedingen jedoch sowohl positive als auch negative °C-Temperaturen in den ToB, welche sehr häufig wechseln können. Deshalb ist ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit die Untersuchung des elastischen Verformungsverhaltens von Gesteinskorngemischen unter triaxialen Bedingungen und zyklischer Beanspruchung sowie zusätzlicher thermischer Beeinflussung des Materials. Von besonderer Bedeutung hierbei ist die Untersuchung des mechanischen Verformungsverhaltens während des Aggregatzustandswechsels des im Gesteinskorngemisch existenten Wassers von der fluiden in die kristalline Zu-standsform im Zuge der Materialabkühlung bzw. von der kristallinen in die fluide Zustandsform im Zuge der Materialerwärmung. Für die Analyse des spannungsabhängigen Materialverhaltens bei unterschiedlichen Verdichtungsgraden und Wassergehalten sowohl mit als auch ohne zusätzliche thermische Beeinflussung des Materials, stellt die Erarbeitung einer geeigneten Prüfprozedur einen weite-ren essentiell erforderlichen Bearbeitungsschwerpunkt im Rahmen des Untersuchungsprogramms dar. Neben der bekannten Temperaturunabhängigkeit von ToB im positiven °C-Temperaturbereich (Gebrauchstemperaturbereich) kann im Ergebnis der vorliegenden Arbeit festgestellt werden, dass Gleiches gilt wenn das im Gesteinskorngemisch existente Wasser quasi-vollständig kristallisiert ist und dieser Zustand unverändert erhalten bleibt (bzw. eine weitere Abkühlung vorliegt), d. h. die Massenanteile von Wasser in fluider und kristalliner Form als konstant angesehen werden können. Temperaturzustände, welche zwischen den beiden zuvor genannten Sachverhalten eingeordnet werden können (unabhängig davon, ob ein Abkühlungs- oder Erwärmungsprozess vorliegt), beeinflussen das mechanische Verformungsverhalten des Materials infolge des Aggregatzustandswechsels von Was-ser im Gesteinskorngemisch erheblich. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen kann u. a. herausgearbeitet werden das nicht nur ohne sondern auch bei thermischer Beeinflussung der Wassergehalt dominanten Charakter aufweist. Ein steigender Wassergehalt führt bei thermisch unbeeinflusstem Mate-rial zum bekannten Anstieg der elastischen Materialantwort. Bei thermischer Beeinflussung tritt ein gegenteiliges Phänomen auf. Die elastische Dehnung nimmt bei gleichen Beanspru-chungsrandbedingungen und steigendem Wassergehalt (dränierte Bedingungen) erheblich ab und kann mit dem ansteigenden kristallinen Wasseranteil im Gesteinskorngemisch begründet werden. Die Spannungsabhängigkeit des Gesteinskorngemisches, welche für den thermisch unbeeinflussten Zustand bekannt ist, kann hierbei resultierend aus dem vergleichsweise geringen Kristallisationsfortschritt von Wasser zum Betrachtungszeitpunkt auch für den thermisch beeinflussten Zustand zu Beginn der Abkühlphase bzw. am Ende der Erwärmungsphase festgestellt werden. Sowohl bei quasi-vollständigem Durchfrieren als auch bei fortschrei-tender Materialabkühlung und damit steigender kristalliner Wasseranteile im Gesteinskorngemisch kann im Rahmen der festgelegten Prüfbedingungen, der festgelegten Prüfprozedur und der definierten Beanspruchungszustände linear elastisches Materialverhalten unterstellt werden.

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.

In der vorliegenden Arbeit werden die Möglichkeiten zur Traglaststeigerung von Beton- und Stahlbetonbauteilen unter Biegebeanspruchung durch das Verstärken mit textiler Bewehrung experimentell untersucht. Nach einer ausführlichen Recherche alternativer Techniken zur Querschnittsergänzung hinsichtlich der jeweiligen Beschichtungstechnologie, Anwendbarkeit und des Bemessungsmodells wird das Verstärken mit textilbewehrtem Beton als ein vorteilhaftes Verfahren deutlich herausgestellt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Beschreibung des Materialverhaltens der beteiligten Baustoffe mit Hauptaugenmerk auf die sich verändernden Materialeigenschaften der textilen Einzelfaser mit fortschreitender Weiterverarbeitung zum Garn bis hin zu einer textilen Bewehrungsstruktur. Die experimentellen Untersuchungen wurden an Platten und Balken durchgeführt, die aus einem Beton der Festigkeitsklasse C20/25 bestanden. Die Verstärkung erfolgte mittels textiler Bewehrungen aus alkaliresistentem Glas-Textil. Der Betonstahlbewehrungsgrad der untersuchten Bauteile variierte ebenso wie die textile Bewehrungsfläche. Die Versuche werden hinsichtlich der möglichen Traglasterhöhung gegenüber unverstärkten Referenzbauteilen sowie den Verformungen, Rotationen, Dehnungen und der Rissentwicklung ausgewertet. Anschließend wird ein Bemessungsvorschlag für textil verstärkte Bauteile unterbreitet.

Ziel der Arbeit war es, eine neue Methode zu entwickeln, mit der das zeitabhängige Verformungsverhalten von Hochtemperaturbauteilen unter thermomechanischer Beanspruchung (TMF) im Vorrissstadium besser vorhergesagt werden kann, ohne dass sich der Aufwand gegenüber anderen bekannten Konzepten erhöht.

Zwei wesentliche Vorrausetzungen zum Aufbau mechanischer Verhaltensprognosen auf Basis der finiten-Element-Methode (FEM) sind die Verfügbarkeit von Materialmodellen sowie zugehörige Messverfahren zur Parameterbestimmung. Gegenstand dieser Abhandlung ist die Vorstellung einer neuartigen Messmethodik zur Erhebung des plastischen Biege- und Faltverhaltens von faserbasierten Verbundmaterialien und dessen Anwendung zum vereinfachten Aufbau von numerischen Struktursimulationen. Als besonderes Merkmal sei dabei der Ansatz einer äußeren, integralen Verhaltensbeschreibung der vielfältigen Vorgänge auf der Mikrostrukturebene des Materials genannt. Damit wird es möglich das mechanische Strukturverhalten komplexer Makrostrukturen, wie komplette Verpackungen auf Basis von Karton-Verbundmaterial, zu untersuchen und damit Optimierungen hinsichtlich Versagensverhalten und Materialeffizienz durchzuführen.