Entwicklung von anforderungsgerechten temperaturbeständigen Bewehrungsstrukturen für die Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen: Fid-Bau Portal

Entwicklung von anforderungsgerechten temperaturbeständigen Bewehrungsstrukturen für die Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen

Cherif, C. / Seidel, A. / Younes, A. / Hund, R.D.

Abstract

Die Entwicklung eines geeigneten Beschichtungsverfahrens für textile Betonverstärkungen ist schwierig, da neben der hohen Temperaturfestigkeit auch die Bindungsfestigkeit zwischen der Faser und dem sie umgebenden Betongemisch sowie ihre Alkalifestigkeit wesentliche Faktoren darstellen. Auch die aufgebrachte Beschichtung muss die erforderlichen Eigenschaften aufweisen. Nach einer umfassenden und gründlichen Untersuchung des Bindungsverhaltens von Faser und Matrix konzentriert sich die Forschung gegenwärtig auf das Hochtemperaturverhalten des Materials. Ziel ist die Untersuchung und Bewertung der Wärmedämmeigenschaften der Beschichtung und ihres Einflusses auf die Festigkeit in Abhängigkeit von der thermischen Belastung. Die Forschung an der TU Dresden konzentriert sich auf Kohlenstoff-Filamentgarne, die aufgrund ihrer äußerst hohen Festigkeit eine vielversprechende Alternative bzw. Ergänzung zu konventionellen Stahlbewehrungen darstellen können. Unter thermischer Belastung in inerter Atmosphäre zeigt der Kohlenstoff bis über 2.000 °C eine außerordentlich hohe thermische Stabilität. Gegenwärtig führt beim Einsatz in Betonstrukturen der vorhandene Sauerstoff durch Oxidation bei Temperaturen über 400 °C zu einer Schädigung der Verstärkungstextilien. Vorrangiges Ziel ist es daher, die Beschichtung auf das Kohlenstoffroving ohne Zwischenraum dicht aufzubringen, um es vor Oxidation zu schützen. Filamentgarnproben mit verschiedenen Beschichtungen wurden ebenso wie in Beton eingebettete Proben in einer speziellen Zugfestigkeitsprüfanlage mit integrierter Beheizung bei verschiedenen Temperatüren und Belastungen getestet. Die Ergebnisse geben Aufschluss über die temperaturabhängigen Materialeigenschaften und können als Grundlage für den Einsatz von textilverstärktem Beton unter hohen Temperaturen herangezogen werden.

The development of a suitable coating system for the concrete textile reinforcements constitutes a complex task, as besides the high temperature resistance, the bonding strength between the fiber and the surrounding concrete mix and the alkali resistance form a decisive factor. The applied coating must address these factors equally. After an extensive and thorough study of the fiber-matrix bonding behavior, the current research primarily focuses on the issue of the material behavior at high temperatures. The aim is to investigate and evaluate the thermal barrier impact of the coatings and their influence on their strength properties in correlation to the thermal stress. The focus of this research is on the carbon filament yarns, which due to their very high strength can offer a promising alternative or complement the classical steel reinforcement. Under a thermal stress in an inert atmosphere, the carbon exhibits an extremely high thermal stability well over 2,000 °C. In the current scenario of their usage in concrete structures, the influence of the available oxygen through the oxidation process at temperatures from 400 °C leads to damage in the reinforcement textiles. A primary task of the coating, hence, is to enwrap the carbon roving without any gap in order to protect it against oxidation. The filament yarn specimens with different coatings along with specimens embedded in concrete were tested in a special tensile testing machine with integrated heating device under various temperature and stress levels. These results specify the temperature dependant material properties and act as a basis for the textile reinforced concrete applications with respect to high- temperature effects.