Neuartige geflochtene Garnkonstruktionen zur verbesserten Verbundbildung nichtmetallischer Betonbewehrungen

Textile bzw. nichtmetallische Bewehrungen gelten als vielversprechende Alternative zu Stahlbewehrungen. Während gerippte Stahlstäbe ihre Kräfte über mechanischen Formschluss in den Beton einleiten, erfolgt die Kraftübertragung glatter getränkter Carbonfilamentgarne überwiegend über Adhäsion. Dies begrenzt die Verbundfestigkeit und erschwert die effiziente Ausnutzung der mechanischen Leistungsfähigkeit. Oberflächenprofilierte Bewehrungsstrukturen auf Basis der Flechttechnologie besitzen daher ein hohes Potenzial für eine verbesserte und universell einsetzbare Kraftübertragung im Betonbau. In dieser Arbeit wurden neuartige, oberflächenstrukturierte Garnkonstruktionen auf Basis der erweiterten Flechttechnik entwickelt, um Verbundbildung, Zug‐ und Verbundverhalten sowie formschlüssige Strukturstabilität gegenüber glatten Carbonfilamentgarnen zu verbessern. Ziel war zudem, neben multiaxial‐kettengewirkten Gitterstrukturen leistungsfähige Garnstrukturen für robotergestützte Garnablage, endlosbewehrten Beton‐3D‐Druck und die Stabfertigung bereitzustellen. Die Ergebnisse der Zug‐ und Verbunduntersuchungen zeigen ein hohes Potenzial vollständig getränkter oberflächenprofilierter Flechtstrukturen mit durchgehendem Faserverlauf als leistungsfähige Betonbewehrung in Garn‐, Gitter‐ oder Stabform. Gegenüber unprofilierten Strukturen konnte der übertragbare Verbundfluss bei 0,5 mm Auszug bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit um 40–450 % gesteigert werden.

Textile or non‐metallic reinforcements are considered a promising alternative to conventional steel reinforcement. While ribbed steel bars transfer loads into concrete through mechanical interlocking, impregnated smooth carbon filament yarns rely predominantly on adhesion. This limits bond strength and hinders the efficient utilization of their mechanical performance. Surface‐profiled reinforcement structures based on braiding technology therefore offer high potential for improved and universally applicable load transfer in concrete construction. In this study, novel surface‐structured yarn constructions based on advanced braiding technology were developed to enhance bond formation, tensile and bond behavior, and form‐fit structural stability compared to smooth carbon filament yarns. In addition to multiaxial warp‐knitted grid structures, the aim was to provide high‐performance yarn structures suitable for robotic yarn placement, continuous‐reinforced concrete 3D printing, and reinforcement bar production. The results of tensile and bond investigations demonstrate the high potential of fully impregnated, surface‐profiled braided structures with continuous fiber paths as high‐performance concrete reinforcement in the form of yarns, grids, or bars. Compared to unprofiled structures, the bond stress–slip relationship increased by 40 % to 450 % while maintaining high tensile strength.