Subproject D5

Corrosion protection of concrete and steel reinforced concrete structural members in the case of repair and strengthening using textile reinforced concrete

Director

Viktor Mechtcherine
Institute of Building Material

Staff

Dipl.-Ing. Matthias Lieboldt
Dipl.-Ing. Simone Hempel
Dipl.-Chem. Martina Götze
em. apl. Prof. Dr. rer. nat. habil. M. Schiekel
M. Sc. R. Barhum

Ziele

Zur Beurteilung der Schutzfunktion von textilbewehrtem Beton bei bautechnischen Verstärkungen und Instandsetzungen werden maßgebliche Transportmechanismen von flüssigen und gasförmigen schadensauslösenden Medien durch textilbewehrte Betonschichten untersucht. Experimente an ungerissenen und gerissenen textilbewehrten Betonen finden unter Beachtung von betriebsbedingten Expositionen und möglichen, nachzuweisenden Selbstheilungseffekten statt. Sie dienen der Ableitung analytischer Beziehungen zur Beschreibung von Transportvorgängen und der Beständigkeit der Verstärkungsschicht.

Bei der Anwendung textilbewehrter Betone zur Verstärkung bzw. Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen sind Kenntnisse zu deren schützender Wirkung gegenüber chemischen und physikalischen Angriffen unabdingbar. Sowohl für gerissene als auch ungerissene Bereiche der textilbewehrten Verstärkungsschicht liegen weder zum Permeations- und Diffusionsverhalten gegenüber Flüssigkeiten und Gasen noch zur Wasseraufnahme sowie zum Eindringen bzw. zur Bindung von Chloriden und Sulfaten hinreichende Erkenntnisse vor. Bisherige Untersuchungen beschränkten sich auf die Ermittlung der Beständigkeit von AR-Glasfasern im alkalischen Milieu und der Dauerhaftigkeit des Faser-Matrix-Verbundes.

Im beantragten Teilprojekt wird die Schutzfunktion von textilbewehrtem Beton (engl.: Textile Reinforced Concrete – TRC) bei bautechnischen Verstärkungen und Instandsetzungen von Beton- und Stahlbetonbauteilen unter Berücksichtigung betriebsbedingter Expositionen beurteilt. Im Teilprojekt wird die Schutzfunktion von textilbewehrtem Beton (engl.: Textile Reinforced Concrete – TRC) bei bautechnischen Verstärkungen und Instandsetzungen von Beton- und Stahlbetonbauteilen unter Berücksichtigung betriebsbedingter Expositionen beurteilt. Dazu werden Experimente an ungerissenen und gerissenen TRC-Schichten durchgeführt, um die Permeation von Flüssigkeiten und Gasen sowie kapillare und Diffusionsvorgänge zu charakterisieren. Variationsparameter bei diesen Untersuchungen sind die Dicke der Verstärkungsschicht, Rissbreite und -verteilung, die Art der textilen Bewehrung und die Matrixzusammensetzung. Besondere Beachtung gilt dabei dem Stofftransport in den zahlreichen, feinen Rissen belasteter TRC-Verstärkungen unter Berücksichtigung von gegebenenfalls eintretenden und nachzuweisenden Selbstheilungseffekten der Matrix. Dazu werden an den Proben gezielt Rissbilder eingestellt, die charakteristischen Risszuständen aus spezifischen Betriebsbeanspruchungen entsprechen. In diesem Zusammenhang wird auch die Weiterleitung und Querverteilung von Flüssigkeiten und Gasen zwischen einzelnen Rissen durch die textile Bewehrung betrachtet.

Die Schutzwirkung bzw. der Widerstand textilbewehrter Betone gegenüber Karbonatisierung, Sulfatangriff und Chlorideinwirkung sowie bei Frost- und Frost-Tausalz-Beanspruchung wird im Sinne einer schadensorientierten Prüfung beurteilt. Die Experimente dazu erfolgen sowohl an separaten TRC-Prüfkörpern als auch an Bauteilen mit textilbewehrter Verstärkungsschicht unter Berücksichtigung von Rissbildungen.

Die Versuchsergebnisse sowohl zu den Transportvorgängen als auch zu der Schadensentwicklung werden hinsichtlich existierender Zusammenhänge geprüft. Aufbauend auf den ermittelten Transportfunktionen und Kennwerten wird ein Konzept zur Bewertung der Schutzwirkung von textilbewehrtem Beton erarbeitet. Dieses Konzept ermöglicht eine gezielte Auswahl von textilen Bewehrungen und Matrices sowie der Schichtdicke in Abhängigkeit von der vorliegenden Exposition und dem zu erwartenden Risszustand der Verstärkungsschicht.

Veröffentlichungen

2010

Lieboldt, M., Mechtcherine, V., Hampel, U.: Protective behavior of Textile Reinforced Concrete (TRC) in the repair and strengthening of structural concrete members. In: Proc. ACI Spring Convention 2010, Chicago, 2010
Lieboldt, M., Mechtcherine, V.: ”Transport of Liquids and Gases through Textile Reinforced Concrete“; in: W. Brameshuber (Ed.) International RILEM Conference on Material Science, volume I: Textile Reinforced Concrete (2nd ICTRC), RILEM Proceedings PRO 77, RILEM Publications S. A. R. L., Bagneux (France), 2010, p. 343-351.
Lieboldt, M., Mechtcherine, V.: Multiple cracking in textile reinforced Concrete and its effect on the transport of water and gases. In: Proceedings of the Second International Symposium on Service Life Design for Infrastructure – SLD 2010, 4-6 October 2010, Delft, The Netherlands, published by RILEM Publications s.a.r.l., 2010, p.107-114

2009

Lieboldt, Matthias; Mechtcherine, Viktor: “Medientransport durch Verstärkungsschichten aus textilbewehrtem Beton” in: Textilbeton – Theorie und Praxis, Tagungsband zum 4. Kolloquium zu textilbewehrten Tragwerken (CTRS4) und zur 1. Anwendertagung. Dresden, 03.06-05.06.09, TU Dresden, SFB 528, Hrsg M. Curbach und F. Jesse, S.185-196

2008

M. Lieboldt, R. Barhum, V. Mechtcherine: Effect of cracking on transport of water and gases in textile reinforced concrete. In: T. Tanabe et.al. (eds.): Proceedings of 8th International Conference on Creep, Shrinkage and Durability Mechanics of Concrete and Concrete Structures – CONCREEP-8, Taylor & Francis Group, London, 2008, pp. 199-205
Rabea Barhum, Matthias Lieboldt, Viktor Mechtcherine: Transport of water and gases in crack-free and cracked textile reinforced concrete. International Conference on Concrete Repair, Rehabilitation and Retrofitting II – ICCRRR 2008; 24.-26. November 2008, Cape Town, South Africa, p. 111-112 ed. by M. G. Alexander, H. Beushausen, F. Dehn, P. Moyo, published by Taylor & Francis Group, London

2007

V. Mechtcherine, M. Lieboldt: Effect of cracking on air-permeability and water absorption of Strain Hardening Cement-based Composites. In H.-W. Reinhardt and A. Naaman (eds.): RILEM-Symposium on High-Performance Fibre Reinforced Cementitious Composites HPFRCC5, RILEM PRO 53, 2007, pp. 305-312
Mechtcherine, Viktor; Lieboldt, Matthias; Altmann, Frank: “Preliminary tests on air-permeability and water absorption of cracked and uncracked strain hardening cement-based composites“, International RILEM Workshop on transport mechanisms in cracked concrete, 7 September 2007, Ghent, Belgium, pp. 55-66