The load-bearing behavior and the performance of composites depends largely on the bond between the individual components. In reinforced concrete construction, the bond mechanisms are very well researched. In the case of carbon and textile reinforced concrete, however, there is still a need for research, especially since there is a greater number of influencing parameters. Depending on the type of fiber, yarn processing, impregnation, geometry, or concrete, the proportion of adhesive, frictional, and shear bond in the total bond resistance varies. In defined profiling of yarns, we see the possibility to increase the share of the shear bond (form fit) compared to yarns with a relatively smooth surface and, through this, to reliably control the bond resistance. In order to investigate the influence of profiling on the bond and tensile behavior, yarns with various profile characteristics as well as different impregnation and consolidation parameters are studied. A newly developed profiling technique is used for creating a defined tetrahedral profile. In the article, we present this approach and the first results from tensile and bond tests as well as micrographic analysis with profiled yarns. The study shows that bond properties of profiled yarns are superior to conventional yarns without profile, and a defined bond modification through variation of the profile geometry as well as the impregnation and consolidation parameters is possible.
Carbonbeton hat sich heutzutage in einigen Bereichen des Bauwesens zu einer Alternative zum Stahlbeton entwickelt. Besonders bei der Verwendung von Carbonmatten liegen für Verstärkung und Neubau bereits umfassende Forschungsergebnisse, unter anderem [2-7], und Praxisprojekte vor. Leider trifft dies in diesem Maße auf Bauteile mit Carbonstabbewehrung nicht zu. Es gibt einige Veröffentlichungen zum Zugtragverhalten oder zu Bauteilen mit Mischbewehrung aus Carbonstäben und-matten, z. B. [8-11], aber zum Verbund zwischen Stäben und Beton liegen nur wenige Erkenntnisse vor. Für ein sicheres und wirtschaftliches Entwerfen, Berechnen und Bemessen muss das Verbundtragverhalten jedoch bekannt sein. Deshalb wird aufbauend auf [11] nun das Verbundverhalten erläutert. Stichworte Carbonbewehrung; nichtmetallische Bewehrung; Carbonbeton; Carbonstäbe; Verbundverhalten Rebars made of carbon fibres for the use in civil engineering: part 2: bond behaviour-bond tests with different carbon rebars Carbon reinforced concrete is becoming more and more accepted in the building industry. The use of mat carbon reinforcement is well researched in regard of the tensile and the bond behaviour. But there is still a considerable need for research in the case of carbon fibre rods and here in particular on the bond behaviour of the rods in concrete. For this reason, 8 various carbon rods with different surface profiles were evaluated in bond tests. The results were compared with the bond behavior of a conventional steel rod. Based on the results, a preferred rod variant was recommended, An in-depth examination of these will be part of a further publication. Keywords carbon fibre reinforcement; non-metallic reinforcement; carbon reinforced concrete; carbon rebars; bond behaviour Bild 1 Abgescherte Oberflächenprofilierung des Carbonstabs nach dem Verbundversuch Destroyed surface of a carbon rebar after pull-out test (Foto: A. Schumann, [1]) Bild 2 Verschiedene Oberflächenprofilierungen für Carbonstäbe Different surface profiles of carbon rebars
Im Bauwesen findet die Verwendung von Faserverbundkunststoffen (FVK) immer mehr Anwendung. Im Speziellen werden Bewehrungsstäbe aus Carbonfasern vermehrt im Bauwesen eingesetzt, da diese resistent gegenüber Korrosion sind und für den Anwendungsfall sehr gute mechanische Eigenschaften aufweisen. Jedoch müssen bei der Verwendung von Carbonstäben wesentliche Eigenschaften beachtet werden, um sie effizient und ihrem hohen Leistungspotenzial entsprechend einzusetzen. Nach einem geschichtlichen Überblick zur Verwendung von FVK‐Stäben im Bauwesen werden in diesem Beitrag wesentliche mechanische Merkmale und grundlegende Mechanismen von Carbonstäben vorgestellt. Zusätzlich erfolgt ein Ausblick auf das Zug‐ und Verbundtragverhalten von Carbonstäben. In geplanten Folgebeiträgen wird aufbauend auf den hier vorgestellten grundlegenden Informationen ausführlich auf das Zug‐ und Verbundtragverhalten von Carbonstäben eingegangen.
Textile reinforcements have established themselves as a convincing alternative to conventional steel reinforcements in the building industry. Due to their high load-bearing capacities in addition to a smaller concrete cross section required, the bond between textile and concrete is extremely important. In contrast to ribbed steel bars ensuring a stable mechanical interlock with concrete (form fit), the bond force of carbon rovings has so far been transmitted primarily via the coating of the textile, i.e. by an adhesive bond with the concrete matrix (material fit). However, this material fit must be activated over relatively large yarn areas, which does not allow material-efficient utilization of the mechanical load capacity of the textile reinforcement. Solutions involving profiled rovings promise significant improvements in the bonding behavior by creating an additional mechanical interlock with the concrete matrix. In order to achieve a form-fit effect between roving and concrete, a roving geometry inspired by ribbed steel bars has to be created. For this purpose, an innovative profiling process was developed and implemented.
Nachdem im ersten Teil der Veröffentlichungsreihe die grundlegende Materialcharakteristik von Bewehrungsstäben aus Carbonfasern und im zweiten Teil deren Verbundtragverhalten zur umgebenden Betonmatrix beschrieben wurde, wird nun die Bestimmung der Zugtragfähigkeit von Carbonstäben für das Bauwesen thematisiert. Aufgrund der Querdruckempfindlichkeit der Carbonfasern ist der Lasteinleitungsbereich im Zugversuch der kritische Punkt und bedarf bei der Versuchsplanung besonderer Beachtung. Aufbauend auf dem Stand des Wissens zu Verankerungssystemen, die aktuell vor allem bei vorgespannten Bauteilen verwendet werden, wird die Entwicklung einer geeigneten Lasteinleitungskonstruktion vorgestellt, die eine zuverlässige Prüfung der Zugtragfähigkeit des untersuchten Carbonstabs ermöglicht.
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