Sprecher: Dr. Hung Le Xuan

Textilbewehrter Beton (TRC) hat sich als leistungsstarke, korrosionsbeständige und nachhaltige Alternative zu herkömmlichem stahlbewehrtem Beton etabliert. Allerdings schränkt die begrenzte Grenzfläche zwischen den Verstärkungen aus kohlenstofffaserverstärktem, nicht gekräuseltem Gewebe (CF-NCF) und der Betonstruktur den effizienten Lasttransfer und die Gesamtduktilität ein. Diese Studie präsentiert einen neuartigen Ansatz zur Verbesserung der mechanischen und funktionalen Leistung von TRC durch die Integration geometrisch modifizierter, tetraederförmiger Kohlenstofffaserstäbe (CF-TSR) in Kombination mit faserbasiertem Dehnungssensorik.

Fünf Verstärkungskonfigurationen wurden hergestellt, die von einem unveränderten Referenzmodell bis zu vier CF-TSR-Integrationen pro Probe reichen. Die funktionalisierten CF-NCFs wurden in feinkörnigem Beton eingebettet und unter quasi-statischer Zugbelastung getestet. Die digitale Bildkorrelation und die in-situ-Messungen des elektrischen Widerstands der integrierten textilen Sensoren ermöglichten eine detaillierte Korrelation von mechanischen, optischen und elektrischen Daten.

Die Ergebnisse zeigten, dass eine moderate geometrische Modifikation - insbesondere die Integration eines CF-TSR pro Probe - die Dehnung bei maximaler Spannung (+4,6 %), die Dehnung beim Bruch (+7,8 %) und die absorbierte Energie (+7,1 %) im Vergleich zum Referenzwert erhöhte, während die vergleichbare Zugfestigkeit beibehalten wurde. Optische und elektrische Analysen zeigten starke Korrelationen zwischen Rissbildung, Spannungsentwicklung und Sensorsignalen, was die Fähigkeit der integrierten textilen Sensoren zur in-situ Überwachung der strukturellen Gesundheit (SHM) demonstriert.

Die Studie hebt das Potenzial hervor, optimierte mechanische Verstärkung mit integrierter Sensorik zu kombinieren, um intelligente TRC-Systeme zu schaffen, die die Duktilität erhöhen und eine Echtzeit-Schadenserkennung ermöglichen. Das leichte, korrosionsbeständige Textildesign bietet zudem ein hohes Potenzial für die Nachrüstung und Verstärkung bestehender Betonstrukturen.

Schlüsselwörter

Textilverstärkter Beton, Carbonfaser-Nichtgewebtes Gewebe, Tetraederförmige Stäbe, Textilbasierte Dehnungssensoren, Strukturelle Gesundheitsüberwachung

E-Mail des korrespondierenden Autors: hung.le_xuan@tu-dresden.de