Effect of the concrete cover to cracking of HPC with carbon reinforcement under uniaxial tensile load

Abstract

Diese Arbeit setzt sich mit den Verbundeigenschaften von Textilbeton, eines innovativen Verbundwerkstoffes, auseinander. Textilbewehrung aus Hochleistungsfasern ermöglicht aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit, der hohen Festigkeit und der geringen Wichte den Bau von schlankeren Bauteilen als dies mit gewöhnlichem Baustahl der Fall wäre. In zahlreichen Untersuchungen am Institut für Tragkonstruktionen der TU Wien wurde ein Abspalten der Betondeckung zufolge hoher Verbundbeanspruchungen beobachtet. Diese Spaltrissbildung in der Ebene der Textilien unter Berücksichtigung der Verbundparameter wird in der Dissertationsarbeit von Preinstorfer mithilfe eines numerischen Modells und experimentellen Untersuchungen detailliert erläutert. In der Literatur wird zudem berichtet, dass das Auftreten von Spaltrissen bei größerer Betondeckung höher ist im Vergleich zu kleinerer Betondeckung. Im Zuge dieser Arbeit wurden deshalb experimentelle Untersuchungen durchgeführt, wobei die Rissverhalten bei unterschiedlichen Betonüberdeckungen miteinander verglichen wurden, um auf eine optimale Betonüberdeckung schließen zu können. Zur Ermöglichung des Vergleichs wurden einige Randbedingungen wie Betongüte und Textilart jeweils fix gewählt. Es wurden mehrere Serien mit mattenförmigen Carbonbewehrungen mit veränderlichen Querschnittsflächen genutzt. Zudem wurde je Textilserie eine weitere Versuchsserie mit zusätzlicher Sandbeschichtung verwendet, wobei untersucht wurde, ob die zusätzliche Besandung einen Einfluss auf die Spaltrissbildung hat. Als Betongüte wurde durchgehend ein Hochleistungsbeton (HPC) gewählt, um ein möglichst gutes Verbundverhalten zu gewährleisten.Die experimentellen Untersuchungen wurden mittels eines uniaxialen Zugversuches durchgeführt, wobei durch die abgeschlossene Rissbildung im Zustand II auf die fundamentalen Verbundmaterialeigenschaften geschlossen werden kann. Dadurch lassen sich die Einflussparameter auf das Verbundverhalten, z. B. die Beschichtung der Textilien und die Größe der Betonüberdeckung, detailliert untersuchen.This thesis deals with the properties of the textile reinforced concrete, an innovative composite material. Textile reinforcement made from high-performance fibers enables, due to its resistance to corrosion, high strength and low weight, slimmer structural elements than a regular steel rebar. After numerous investigations at the Institute for reinforced concrete of the TU Vienna, the splitting of the concrete cover was observed due to the high bonding loads. This crack formation in the plane of the textiles, taking the composite parameters into account, is explained in detail in Preinstorfer’s dissertation using a numer-ical model and also an experimental investigation.According to the literature, the occurrence of the cracks is higher with the thick concrete cover compared to the thin concrete cover. In the course of this work, due to this behavior experimental investigations were carried out, where the crack behavior of different concrete coverings was compared with each other and optimized. For a meaningful comparison, some boundary conditions such as the concrete class and the type of the textile have been preselected. Several series with matshaped carbon reinforcements with variable crosssections were used. As a variant, further test series with an additional sand coating were used for each textile series in order to determine whether the additional sand coating had an impact on the crack formation. High performance Concrete (HPC) was chosen as the concrete class in order to achieve the best possible bonding behavior between the two materials.The experimental investigations were carried out by means of a uniaxial tensile test, where conclusions can be drawn about the fundamental composite material properties due to the completed crack formation after reaching the II. State. This allows the parame-ters influencing the bond behavior, such as the coating of the textiles and the thickness of the concrete cover, to be examined in detail.18