Untersuchung des Zug‐ und Verbundverhaltens von Basaltfaserverstärkter Kunststoff‐Stabbewehrung in Beton

Abstract

Bei der Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen muss, um die Dauerhaftigkeit sicherzustellen, die Betondeckung hinreichend groß gewählt werden. Der Einsatz alternativer Bewehrungsmaterialien wie z. B. Basalt als Faserverbundstab bietet durch die Korrosionsbeständigkeit gegenüber Karbonatisierung und Chlorideinwirkung die Möglichkeit, die Betondeckung zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit zu minimieren und gleichzeitig korrosionsresistente Bauteile zu erstellen. Nachfolgend werden – als Auszug aus einem Forschungsprojekt zur Untersuchung zur Instandsetzung von Sichtbetonfassadenelementen mittels Basaltstabbewehrung und Spritzbeton – Untersuchungen zum Tragverhalten von basaltbewehrten Verbundkörpern präsentiert. Die geprüften „Basaltfaserverstärkten Kunststoff‐Bewehrungsstäbe“ (BFVK‐Stab) weisen am reinen Stab höhere Zugfestigkeiten bei geringeren E‐Moduln als vergleichbare Betonstähle auf. Im zentrischen Zugversuch an bewehrten Betonknochenproben zeigen sich bei den Prüfkörpern mit der BFVK‐Stabbewehrung Längsrisse infolge hoher Spannungen im Verbundbereich sowie eine höhere Anzahl an breiteren Querrissen als im betonstahlbewehrten Referenzprüfkörper. Mithilfe numerischer Simulationen kann das Zug‐Verformungsverhalten der Prüfkörper gut nachgebildet werden. Bei der lichtmikroskopischen Untersuchung präparierter Prüfkörper nach der Zugprüfung zeigten sich verstärkt Mikrorisse, ausgehend von der Kontaktzone zwischen BFVK‐Stab zur Betonmatrix. Bei den Auszugsversuchen versagte stets der Beton, nicht die BFVK‐Stabbewehrung. Die Untersuchungsergebnisse belegen, dass der Einsatz von Basaltstabbewehrung in Beton die Herstellung dauerhafter Bauteile mit geringen Betondeckungen ermöglicht. Weitere Versuche wurden bereits zum Biegetragverhalten, zur Dauerschwingfestigkeit und Dauerhaftigkeit durchgeführt. Derzeit werden weitere Basaltbewehrungsstäbe anderer Geometrien untersucht.

Calibration of a bond law for sand-coated BFRP

“…The maximum bond stressed could be reached at a slip value of s = 0.5 mm. The obtained test results for the BFRP reinforcement bars correspond to the documented test results of e. g Kampmann et al[41] (τb,max / √fcm = 3.08), Wolf et al[42] (τb,max / √fcm = 2.55), Hao et al[43] (τb,max / √fcm = 2.45) or El Refai et al[44](τb,max / √fcm = 2.45), where similar BFRP reinforcement was tested in pull-out tests. In addition, Model Code 2010[23] defines the bond stress to τbm = 1.8 • fctm and τb,max = 2.5•√fc for bond lengths five times the diameter (lb = 5 • Ø), which also corresponds to the obtained experimental results (see Table2).…”

Calibration of a bond law for sand-coated BFRP reinforcement

“…The maximum bond stressed could be reached at a slip value of s = 0.5 mm. The obtained test results for the BFRP reinforcement bars correspond to the documented test results of e. g Kampmann et al[41] (τb,max / √fcm = 3.08), Wolf et al[42] (τb,max / √fcm = 2.55), Hao et al[43] (τb,max / √fcm = 2.45) or El Refai et al[44](τb,max / √fcm = 2.45), where similar BFRP reinforcement was tested in pull-out tests. In addition, Model Code 2010…”

Theoretical and experimental investigation of the time‐dependent relaxation rates of GFRP and BFRP reinforcement bars

“…Test ID Material Finally, the relaxation rate is calculated using Equation (1) with σ(t) being the calculated remaining stress after the final calculation step according to Equation (5). For multiple creep tests conducted by Wang et al, 26 Shi et al 25 showed that the relaxation rates calculated in this manner are in good agreement with the experimentally determined relaxation rates from actual relaxation tests on the same type of FRP reinforcement.…”

“…1 Thus, those structures have to be repaired or replaced prematurely. To address this issue, a wide variety of investigations on fiber-reinforced polymer (FRP) reinforcement have been carried out, including past and current research projects, focusing on different types of reinforcement fibers such as carbon, 2,3 basalt, 4,5 or glass 6,7 and the work of standards committees and general literature. [8][9][10] Due to favorable properties like their high tensile strength, low weight, and high resistance against corrosion, FRP reinforcement can be a viable alternative for regular steel Discussion on this paper must be submitted within two months of the print publication.…”