Subproject D6
Failure mechanism of textile reinforced concrete under fire loading
Director
Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach (federführend)
Institute of Building Material
Prof. Dr.-Ing. Chokri Cherif
Institute of Textile Machinery and High Performance Material
Technology
Staff
Dr.-Ing. André Seidel
Dipl.-Ing. Ayham Younes
Dipl.-Ing. (FH) Daniel Ehlig
Dr.-Ing. Frank Jesse
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. 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 Korrelationen 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.
Publications
2011
- Curbach, M.; Ortlepp, R.: Leichtes Bauen mit ultrahochfesten und Textilbetonen. In: Bauforschung und Baupraxis, Heft 10: “Wie wollen wir in Zukunft bauen?” – Festschrift zum 60. Geburtstag von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Jäger, Dresden, 19.04.2011. S.17-22 - ISBN 978-3-86780-216-1
2010
- Ehlig, D.; Jesse, F.; Curbach, M.: Textilbeton verstärkte Platten unter Brandbelastung. Beton- und Stahlbetonbau 105 (2010) 2, S. 102-110 – doi:10.1002/best.200900069
- Ehlig, D.; Jesse, F.; Curbach, M.: RC Slabs with Textile Reinforced Concrete (TRC) Strengthening Under Fire Loading. 3rd International fib Congress, Washington, D.C., May 29 - June 2 2010. Paper 307 – DVD-Rom
- Shayed, M. A. ; Cherif, Ch.; Hund, R.-D. Cheng, T.; Osterod, F.: Carbon and glass fibers modified by polysilazane based thermal resistant coating. In: Textile Research Journal (2010)03 (online); DOI: 10.1177/0040517509357648
- Younes, A.; Seidel, A.; Engler, Th.; Cherif, Ch.: Effects of high temperature and long term stress on the material behaviour of high performance fibres for composites. In: World Journal of Engineering 7 (4) (2010), 309-315
- Younes, A.; Hufnagl, E.; Cherif, Ch.: Feuerprobe für Glas- und Carbonfilamentgarne - Hochtemperaturverhalten von Glas- und Carbonfilamentgarnen für den Einsatz als textile Bewehrungen im Beton - eine Untersuchung des ITM der TU Dresden. Kettenwirkpraxis 44(2010)1, S. 26—27
2009
- Ehlig, D.; Jesse, F. & Curbach, M.: Textile Reinforced Concrete (TRC) under Fire Loading. Djausal, A.; Alami, F. & Naaman, A. E. (Hrsg.): 9th International Symposium on Ferrocement and Thin Reinforced Cement Composites (Ferro-9), 18-20 May 2009, Bali, Indonesia. S. 331-244
- Curbach, M.; Jesse, F.: Eigenschaften und Anwendung von Textilbeton. In: Beton- und Stahlbetonbau 104 (2009) 1, S. 9-16 – doi:10.1002/best.200800653
- Ehlig, D.; Jesse, F.; Curbach, M.: Stahlbetonplatten verstärkt mit Textilbeton unter Brandbelastung. In: Curbach, M. (Hrsg.), Jesse, F. (Hrsg.): Textile Reinforced Structures : Proceedings of the 4th Colloquium on Textile Reinforced Structures (CTRS4) und zur 1. Anwendertagung, Dresden, 3.-5.6.2009. SFB 528, Technische Universität Dresden, D–01062 Dresden : Eigenverlag, 2009, S. 433-446 – ISBN 978-3-86780-122-5 URN: urn:nbn:de:bsz:14-ds-1244050720109-69672
- Younes, A.; Seidel, A.; Engler, T.; Cherif, C.: Materialverhalten von AR-Glas- und Carbonfilamentgarnen unter Dauerlast- sowie unter Hochtemperatureinwirkung. In: Curbach, M. (Hrsg.), Jesse, F. (Hrsg.): Textile Reinforced Structures : Proceedings of the 4th Colloquium on Textile Reinforced Structures (CTRS4) und zur 1. Anwendertagung, Dresden, 3.-5.6.2009. SFB 528, Technische Universität Dresden, D–01062 Dresden : Eigenverlag, 2009, S. 1-16 – ISBN 978-3-86780-122-5 URN: urn:nbn:de:bsz:14-ds-1242131966147-30706
- Younes, A.; Engler, Th.; Seidel, A.; Abu Shayed, M.; Hund, R.; Cherif, Ch.: Hochtemperaturverhalten von Glas- und Carbonfilamentgarnen für den Einsatz als Textilbewehrungsstrukturen in Betonbauteilen. In: 48. Chemiefasertagung Dornbirn, Dornbirn, Österreich, 16.-18. September 2009. CD-Rom
- Younes, A.; Hufnagl, E.; Cherif, Ch.: Hochtemperaturverhalten von Glas- und Carbonfilamentgarnen für den Einsatz als textile Bewehrungen im Beton. Jahresbericht des Institutes für Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden 2008. Dresden : Eigenverlag, 2009 , S. 20-21 (ISSN 1618-0712)
- Younes, A.; Hufnagl, E.; Engler, Th.; Seidel, A.; Cherif, Ch.: High temperature and long term behaviour of glass and carbon filament yarns for composite applications. In: Proceedings of the 17th Annual International Conference on Composites / Nano Engineering (ICCE 17), Hawaii, USA, July 26-31, 2009