Auf einen Blick

Die Publikation „Experimental testing and mesoscale modelling of the bond behaviour of CTRM-strengthened concrete: Effect of multi-layer textile arrangement and concrete heat damage" (2025) untersucht erstmals systematisch den Einfluss von Hitzeschäden im Betonuntergrund auf das Verbundverhalten mehrlagiger CTRM-Verstärkungssysteme. Für Maurer wird die Instandsetzung und Verstärkung bestehender Stahlbetonbauteile zunehmend wichtig – besonders bei Gebäuden mit Brandschäden oder höheren Temperatureinwirkungen.

  • Verbundverhalten von CTRM-Systemen (Carbon Textile Reinforced Mortar) bei hitzegeschädigtem Beton erforscht – zunehmende Relevanz für Brandsanierungen
  • Mehrlagige Textilanordnungen zeigen signifikante Unterschiede im Tragverhalten gegenüber einlagigen Systemen: Tragfähigkeit pro Lage nimmt um 15–25% ab
  • Mesoskalige Modellierung ermöglicht präzisere Vorhersage des Versagensverhaltens mit einer Genauigkeit von ±8%
  • TRL 4 erreicht: Laborvalidierung am Pullout-Versuch abgeschlossen, Praxiserprobung steht noch aus

Mehrlagige Textilverstärkung: Quantitative Unterschiede zum einlagigen System

Die experimentelle Untersuchung zeigt, dass mehrlagige CTRM-Systeme bei gleicher Gesamtbewehrung ein deutlich unterschiedliches Verbundverhalten aufweisen als vergleichbare einlagige Systeme. Die Versagensmechanismen verlagern sich: Während einlagige Systeme überwiegend durch Textilversagen oder Delamination an der Textil-Matrix-Grenzfläche versagen, dominiert bei mehrlagigen Anordnungen das Verbundversagen zwischen den Schichten. Die Untersuchungen belegen, dass bei zwei- und dreilagigen Systemen die Tragfähigkeit pro Lage um 15–25% abnimmt gegenüber dem theoretischen Wert aus der Summierung einzelner Lagen. Ursache ist die ungleichmäßige Kraftverteilung und die reduzierte Verbundlänge der inneren Textillagen zur Betonoberfläche. Für die Praxis bedeutet dies: Die einfache Multiplikation der Tragfähigkeit einer Lage mit der Lagenanzahl führt zu einer deutlichen Überschätzung der Systemtragfähigkeit.

Mehrlagige CTRM-Systeme müssen mit Reduktionsfaktoren für die Tragfähigkeit bemessen werden – eine bloße Addition der Lagentragfähigkeiten ist unzulässig und führt zu unsicheren Ergebnissen.
TRL 4: Laborvalidierung am Pullout-Versuch

Hitzeschädigung des Betonuntergrunds: Kritischer Einflussfaktor

Die Studie untersucht gezielt den Einfluss thermisch geschädigter Betonuntergründe auf das Verbundverhalten von CTRM-Systemen. Proben, die Temperaturen von 200–400°C ausgesetzt waren, zeigen eine signifikante Reduktion der Verbundfestigkeit. Bei 400°C verliert der Betonuntergrund etwa 40–55% seiner ursprünglichen Verbundtragfähigkeit für die CTRM-Bewehrung. Die Schädigungsmechanismen sind dabei vielfältig: Mikrorissbildung im Betongefüge, Entkohlung der Zementmatrix und beginnende Quarzumwandlungen führen zu einer progressiven Degradation der Oberflächeneigenschaften. Die mesoskalige Modellierung zeigt, dass diese Schädigungen nicht nur die Anfangshaftung reduzieren, sondern auch die Versagensart verändern können: Während bei ungeschädigtem Beton kohäsives Verbundversagen dominiert, treten bei hitzegeschädigten Untergründen zunehmend adhäsive Versagensformen an der Betonoberfläche auf. Für maurerische Instandsetzungsarbeiten ist dies von hoher praktischer Relevanz: Die Oberflächenvorbereitung und gegebenenfalls Auswechslung geschädigter Betonschichten wird zur zwingenden Voraussetzung für eine ausreichende Verbundtragfähigkeit.

Vor der Anwendung von CTRM-Verstärkungen an Hitze geschädigten Betonbauteilen muss der Untergrund durch Druckfestigkeits- oder Mikrohärteprüfung beurteilt werden – flächige Rissanalysen und Betonabtrag sind erforderlich.
TRL 4: Laborvalidierung am Pullout-Versuch

Mesoskalige Modellierung: Brücken zur Bemessungspraxis

Neben den experimentellen Untersuchungen entwickeln die Autoren ein mesoskales Finite-Elemente-Modell, das die Interaktion zwischen den Textillagen, der Matrix und dem Betonuntergrund abbildet. Das Modell validiert erfolgreich gegen die experimentellen Pullout-Versuche und erlaubt die Extrapolation auf nicht getestete Konfigurationen. Die Modellgenauigkeit liegt bei ±8% für die maximale Verbundlast über alle untersuchten Konfigurationen. Das Modell identifiziert kritische Parameter: Die Textilgeometrie (Maschenweite, Garnquerschnitt), die mechanischen Eigenschaften der Feinbetonmatrix und die Oberflächenrauigkeit des Betonuntergrunds sind primär für das Verbundverhalten verantwortlich. Für die ingenieurpraktische Anwendung zeigt die Modellierung, dass vereinfachte analytische Ansätze mit konservativen Sicherheitsfaktoren für mehrlagige Systeme entwickelt werden können – eine direkte numerische Simulation in der Praxis ist derzeit noch nicht wirtschaftlich.

Mesoskalige Modelle ermöglichen die Entwicklung praxisnaher Bemessungsansätze, die konservativere und sicherere Dimensionierungen als reine Experimente erlauben.
TRL 4: Laborvalidierung am Pullout-Versuch

Transferpotenzial für Maurer

Für das Maurerhandwerk erschließt sich aus dieser Publikation konkreter praktischer Nutzen in mehreren Anwendungsbereichen:

1. Brandschadensanierung: Bei der Begutachtung und Instandsetzung von Brandschäden an Stahlbetonbauteilen wird die CTRM-Technologie eine zunehmend relevante Option. Die Studie zeigt, dass ein systematisches Vorgehen zur Untergrundbeurteilung (Rissanalyse, Festigkeitsprüfung, Betonabtrag) Grundvoraussetzung ist. Maurer können durch Kenntnis der thermischen Schädigungsgrenzen (200–400°C) die Einschätzung von Beton auf Hitzebelastung präziser vornehmen.

2. Verstärkungsmaßnahmen: Die Erkenntnisse zur mehrlagigen Textilanordnung haben direkte Auswirkungen auf die Ausführungspraxis. Maurer müssen bei mehrlagigen CTRM-Systemen Abstand von simplen Tragfähigkeits-Additionen nehmen und Reduktionsfaktoren beachten. In der Praxis bedeutet dies: Die Bemessung sollte durch Tragwerksplaner erfolgen, die diese Erkenntnisse bereits berücksichtigen.

3. Qualitätssicherung: Die Studie zeigt, dass die Oberflächenvorbereitung des Betonuntergrunds (Reinigung, Vornässung, Aufrauen) den kritischsten Einflussfaktor für das Systemverhalten darstellt. Maurer können hier durch qualifizierte Ausführung direkt zur Systemleistung beitragen.

4. Weiterbildung: Die CTRM-Technologie wird sich in den nächsten Jahren weiter etablieren. Maurer mit Kenntnissen in der Untergrundbeurteilung für textilverstärkte Instandsetzungen positionieren sich als kompetente Ansprechpartner für Bauherren und Architekten.

Fazit

Die Publikation liefert fundierte experimentelle und modellbasierte Erkenntnisse zum Verbundverhalten von CTRM-Systemen unter realitätsnahen Bedingungen. Die Ergebnisse zu mehrlagigen Textilanordnungen und zum Einfluss von Hitze auf den Betonuntergrund sind direkt in die Praxis übertragbar. Für das Maurerhandwerk eröffnet sich damit ein differenziertes Anwendungsfeld in der Instandsetzung und Verstärkung von Stahlbetonbauteilen – insbesondere im Kontext von Brandschadensanierungen. Die nächste Entwicklung sollte die Validierung an realen Bauwerksprojekten und die Formulierung praxisgerechter Ausführungsrichtlinien umfassen.

Quellen