Rissbildungsverhalten und Sprengrissgefährdung in textilbewehrten Betonbauteilen

Abstract

Das bestehende Wissen zum Verbundverhalten bei Stahlbeton ist nicht direkt auf Textilbeton übertragbar. Der Verbund zwischen der Textilbewehrung und der umgebenden Matrix ist abhängig von unterschiedlichen Parametern und je nach Textilkonfiguration können sich die Verbundeigenschaften und damit die auftretenden Rissabstände und Rissbreiten stark voneinander unterscheiden. Zusätzlich ergibt sich bei einigen Konfigurationen eine ausgeprägte Sprengrissgefährdung, die vorranging in der Ebene der textilen Bewehrung stattfindet und zu einem Abplatzen der Bewehrung führen kann.

Zur Identifikation wesentlicher Einflussparameter auf das Verbundverhalten und deren Auswirkung auf das Rissbildungsverhalten in textilbewehrten Bauteilen wurden in den letzten Jahren an der TU Wien zahlreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Fokus wurde hierbei auf vollständig getränkte Textilien mit einem großen Faserstrangquerschnitt gelegt. Die Versuche umfassten sowohl Verbundversuche an Einzelsträngen sowie einaxiale Zugversuche am Kompositwerkstoff. Variiert wurden unter anderem die geometrischen Eigenschaften der Bewehrung als auch die Betondeckung.

Im Zuge der Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die genannten Textilkonfiguration bei ausreichender transversaler Steifigkeit eine mechanische Verzahnung mit dem umgebenden Beton eingehen, was zu einer sehr hohen Verbundsteifigkeit und -festigkeit führt. Voraussetzung dafür ist eine periodische Querschnittsaufweitung entlang der Längsachse, die als flachgestreckte Rippe wirkt. Ob damit auch eine höhere Spaltrissgefährdung einhergeht hängt im Wesentlichen von der Querschnittsgeometrie des Faserstrangs ab. Bei flachen Faserstrangquerschnitten bilden sich die Sprengrisse primär in der Ebene der textilen Bewehrung aus. Aufgrund dieser Orientierung konnte bei einer Erhöhung der Betondeckung kein signifikanter Einfluss auf den Beginn der Rissbildung festgestellt werden, sehr wohl aber auf den Beginn eines Abplatzens der Betondeckung.

The existing knowledge on the bond behaviour of reinforced concrete cannot be transferred one by one to textile-reinforced structures. The bond between textile reinforcement and concrete is dependent on various parameters. As a result, the bond behaviour and thus the occurring crack spacing and crack widths differ significantly depending on the type of textile reinforcement. A pronounced tendency to develop splitting cracks mainly orientated in the layer of the textile itself was additionally observed in some types of textile reinforcement.

Numerous investigations were carried out in recent years at TU Wien to identify key parameters influencing the bond behaviour of textile reinforcement and their effects on the cracking behaviour in such structures. In these studies, mainly fully impregnated fabrics with a high yarn count were investigated. The experiments included not only bond performance tests on single yarns but also uniaxial tensile tests of the composite material. Among the parameters varied was the geometry of the fibre strands as well as the concrete cover.

In the course of the studies it was shown that if the investigated type of textile reinforcement exhibits a high transverse stiffness a mechanical interlock can be achieved that leads to a high bond stiffness and strength. A prerequisite for this behaviour is a regularly repeating variation of the cross-sectional dimensions exhibited by the fibre strand. Whether this, in turn, is accompanied by a higher tendency for longitudinal cracking mainly depends on the cross-sectional geometry of the strand. If it has a flat, elliptical shape, splitting cracks predominantly occur in the layer of the textile reinforcement. Due to the specific orientation of these cracks no significant influence of the concrete cover on the initiation of a splitting crack could be observed but a significant influence on the spalling of the concrete cover can be recognized.