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F. Kloibhofer:
"Vorgespannter Aramidbeton";
Supervisor: A. Kolbitsch, S. Korjenic, K. Deix; Institut für Hochbau und Technologie, 2012.

The Institute for Engineering and Technology at the Vienna University of Technology
explore for years into the fibre-reinforced polymers aramid. As a part of this
test programms we created in the laboratory T-beams of ultra high performance
concrete. The beams were immediately prestressed with composite. Aramid is the
reinforcement material into the beams. In the experiments the beams will be loaded
to failure.
Fresh concrete tests, compression tests and bendig tests are parts of the concrete
quality inspection. The fresh concrete test include the flowability, the concrete density
and the air content. The determinding of the compressive strength are made at
four 100x100x100 mm cubes. The bending tests were done on blocks with the dimension
40x40x160 mm on a testing facility.
Furthermore the aramid composite properties were determined from concrete blocks
with concreted aramidrods. The fibre-reinforced polymers aramid is connected to
the ultra-high strength concrete by a defined length. The composite test was made
with pullout tests. The twice high performance concrete blocks are connected at the
bottom with an aramidrod, at the top side of the blocks are a steel joint. If the blocks
are loaded by a bend, the steel joint caused a tension into the fibre-reinforced polymers.
During the test the way transducer messure the slippage.
The T-beams are 1000 mm long and 70 mm high. The plate of the beam is 60 mm
and the bottom of the T-beam is 30 mm wide. The prestressing material is made
of aramid with a diameter of 5,5 mm. The prestressing material is situated 25 mm
below the axle. Four prestressed beams are created, one with 12 KN, 9 KN, 5,5 KN
and the last without prestressed. At the check the beams are destroyed by a 4-pointbendtest.
The first peak an the final fracture behavior are important for the evaluation
of the test results.
168,2 N/mm2 is the middle of the cube compressive strength fc;cube. The middle
of the bend-test result fc f is at 10,67 N/mm2.The main point of the bond tests from
aramid into ultra high performance concrete is the adhesive bond. The bond of the
surface is not so strong as the tension, because aramid has in direction of the longitudinal
axis an very strong tensile strength. By the tests of the T-beams are the shear
failure authoritative for the strength, because the beams are broken on the place
were the force get into the beams. Shear cracks are responsible for this breaks.

Das Institut für Hochbau und Technologie an der TUWien forscht schon seit Jahren
an dem Faserverbundkunststoff Aramid. Im Rahmen dieses Versuchsprogrammes
wurden im Labor Plattenbalken aus ultra hochfesten Beton erstellt und diese im sofortigem
Verbund vorgespannt. Als Vorspannmaterial werden in kunststoffgetränkte
Aramidbündel verwendet. Bei der Versuchsdurchführung werden die Plattenbalken
bis zum Versagen auf Biegung belastet.
Für die Qualitätsprüfung des Betons werden neben den Frischbetonprüfungen noch
Druckversuche und Biegezugversuche durchgeführt. Bei der Frischbetonprüfung
wird die Fließfähigkeit, die Frischbetondichte und der Luftgehalt bestimmt.
Die Bestimmung der Druckfestigkeit fc;cube erfolgt an vier 100x100x100 mm Würfeln.
Für die Prüfung der Biegezugfestigkeit fc f werden Probekörper mit den Abmessungen
40x40x160 mm gefertigt und an einer Prüfanlage getestet.
Zur Bestimmung der Verbundeigenschaften von Aramid mit Beton werden neben
den Plattenbalken auch noch Betonquader mit einbetonierten Aramidstäben erstellt.
Die Faserverbundkunststoffbewehrung ist über eine definierte Länge mit dem ultra
hochfesten Beton verbunden, um mit Auszugsversuchen die Verbundspannung prüfen
zu können. Dabei werden jeweils zwei Betonquader mit einem Aramidstab im
unteren Bereich miteinander zusammengeschlossen und mit Hilfe eines Stahlgelenkes
an der Oberseite so auf Biegung belastet, dass das Aramid auf Zug beansprucht
wird. Das Prinzip dieses Prüfverfahrens ist, einen Probebalken durch einfache Biegung
bis zum vollständigen Verbundversagen der Bewehrung zu beaufschlagen.
Während der Belastung wird an beiden Enden der Bewehrung der Schlupf gemessen.
Die gefertigten Plattenbalken sind 1000 mm lang und 70 mm hoch. Die Breite der
Platte ist 60 mm und der Steg ist 30 mm breit. Das Vorspannmaterial hat einen
Durchmesser von 5,5 mm und liegt 25 mm unterhalb der Schwerachse. Es werden
vier Plattenbalken erstellt, wobei einer mit 12 KN, 9 KN, 5,5 KN und einer ohne
Vorspannung belastet wird. Bei der Versuchsdurchführung werden die Proben mit
einem 4-Punkt-Biegeversuch beansprucht. Die Last wird bis zum Bruch der Proben
gesteigert, wobei speziell auf die Erstrissbildung und auf das Endbruchverhalten
geachtet wird.
Die mittlere Betondruckfestigkeit fc;cube beträgt 168,2 N/mm2. Bei den Biegeversuchen
ergibt sich die mittlere Biegezugfestigkeit fc f von 10,67 N/mm2. Bei den
Verbundversuchen zeichnet sich Aramid hauptsächlich durch den Haftverbund aus,
wobei beim Versagen wegen der hohen Zugfestigkeit immer die Verbundspannung
relevant ist. Bei der Bestimmung der Festigkeit am Plattenbalken ist vor dem Verbundversagen
immer ein Querkraftversagen bei den Krafteinleitungspunkten eingetreten.