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Textile-reinforced concrete (TRC) is a material consisting of high-performance concrete (HPC) and tensile reinforcement comprised of carbon roving with epoxy resin matrix. However, the problem of low epoxy resin resistance at higher temperatures persists. In this work, an alternative to the epoxy resin matrix, a non-combustible cement suspension (cement milk) which has proven stability at elevated temperatures, was evaluated. In the first part of the work, microscopic research was carried out to determine the distribution of particle sizes in the cement suspension. Subsequently, five series of plate samples differing in the type of cement and the method of textile reinforcement saturation were designed and prepared. Mechanical experiments (four-point bending tests) were carried out to verify the properties of each sample type. It was found that the highest efficiency of carbon roving saturation was achieved by using finer ground cement (CEM 52.5) and the pressure saturation method. Moreover, this solution also exhibited the best results in the four-point bending test. Finally, the use of CEM 52.5 in the cement matrix appears to be a feasible variant for TRC constructions that could overcome problems with its low temperature resistance.
Textile-reinforced concrete is currently most frequently used for non-load–bearing structures, but there is a vision for also using it in load–bearing construction elements. In recent years, this construction material has been subjected to detailed examination. Different combinations of materials for potential use in textile-reinforced concrete have been described. These differ in the type of concrete mix and the composition of the textile reinforcement. The aim of this work is to test the application of a specific textile-reinforced concrete, consisting of high-performance concrete, textile reinforcement from carbon fibers and its epoxy resin matrix, at an elevated temperature. The combination of these materials makes it possible to produce subtle load–bearing structures with excellent mechanical properties. The critical issue is the behavior of these structures when exposed to fire. A series of medium-scale fire condition experiments were carried out with a temperature load based on the ISO 834 curve, followed up by mechanical tests. The aim of these experiments was to describe critical areas of textile-reinforced concrete in fire and to propose possible solutions. In an indicative fire experiment, experimental samples displayed massive spall of concrete layers, and interaction between materials was lost due to the low temperature resistance of the epoxy resin. Concurrently, the optimal quantity of polypropylene fibers was experimentally determined. This paper presents an experimental demonstration of the problematic aspects of textile-reinforced concrete and subsequent recommendations for future work with practical application in the design of load–bearing structures.
The work aims to assess the textile reinforced concrete at elevated temperatures and applications of additional fire protection as well.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein standardisiertes Prüf- und Bewertungsverfahren zur Bestimmung des Beitrags reaktiver Brandschutzsysteme (RBS) zum Feuerwiderstand von Stahlzuggliedern zu erarbeiten und dieses in ein Entwurfsdokument für eine europäische Prüfnorm zu überführen. Hierzu wurden einerseits bereits vorhandene Erfahrungen und Erkenntnisse genutzt und andererseits mittels Brandversuchen neue Prüfdaten zur Beantwortung bisher offengebliebener Aspekte zum Einfluss der Bauteilorientierung und Profilart erzeugt und ausgewertet. Dadurch wird die prüftechnische Grundlage für eine sichere, zulassungsbasierte Anwendung von reaktiven Brandschutzsystemen auf zugbeanspruchten Stahlbauteilen gelegt und ein einheitliches Sicherheitsniveau etabliert.
Der im Rahmen des Forschungsprojektes entwickelte Normentwurf wurde mit den Fachexperten der zuständigen nationalen und europäischen Normungsgremien diskutiert und abgestimmt. Das erarbeitete Prüf- und Auswertungsverfahren basiert auf der Durchführung von Brandversuchen an mechanisch belasteten Stahlzuggliedern mit RBS. Ergänzend sind unbelastete Brandversuche zur Beurteilung des Einflusses der Bauteilorientierung sowie der Eignung bei Schwelbrandbeanspruchung möglich. Die im Projekt durchgeführten experimentellen Untersuchungen liefern die Grundlage für den im Normenentwurf vorgeschlagenen Prüfaufbau der mechanisch belasteten und unbelasteten Brandversuche. Ferner konnte durch die Untersuchungen gezeigt werden, dass sich unter bestimmten Voraussetzungen die Prüfergebnisse von Stahlzuggliedern mit Kreisvollprofil ohne zusätzliche Brandversuche auf entsprechende Zugglieder mit Rechteckvollprofil übertragen lassen. Darüber hinaus konnte belegt werden, dass die Leistungsfähigkeit eines RBS aufgrund unterschiedlicher Bauteilorientierungen abnehmen kann und daher zwingend beim Anwendungsbereich des RBS zu berücksichtigen ist. Hierzu wird ein Temperaturdifferenz-kriterium vorgeschlagen, bei dessen Einhaltung die Wirksamkeit des RBS bei von der horizontalen Referenzorientierung abweichenden Bauteilneigungen noch gleichwertig gegeben ist. Andernfalls bietet der Normenentwurf die Möglichkeit die reduzierte thermische Schutzwirkung des RBS im Assessment zu berücksichtigen.
Die Ergebnisse aus dem Forschungsvorhaben wurden bereits auf einem wissenschaftlichen Symposium vorgestellt sowie in einer referierten Fachzeitschrift publiziert. Ferner wurden die Informationen zum Forschungsprojekt und dem Normenentwurf im Rahmen eines Anwenderworkshops interessierten Kreisen zugänglich gemacht. Der im Projekt ausgearbeitete Normenentwurf wird dem zuständigen europäischen Normungsgremien, CEN/TC 127/WG 1, zur Verfügung gestellt und dort zur Abstimmung gestellt.