Evaluation of the bond strength between reinforcement fabrics and matrixes composed of ultra-high strength cementitious pastes

Abstract

There is a growing interest in applying ultra-high strength concrete in conjunction with corrosive resistant reinforcement fabrics in order to produce lower-cost, durable thin concrete structures, also known as textile reinforced concrete, having more innovative shapes, such as curves and domes which aren’t typical for the construction industry.

The objective of this Master’s thesis was to evaluate the use of ultra-high strength cementitious matrix in conjunction with a modern fabric reinforcement in order to reveal limitations in the use of ultra-high strength cementitious matrixes and provide information on areas in need of further research considering the bond performance between the matrix and the fabric.

The study was initiated with a literature review on the current state of ultra-high strength concrete as well as a literature review on fabric reinforced structures. The second part of the study revolves around an experimental program investigating the use of a ultra-high strength cementitious matrix in conjunction with fabric reinforcement, which revealed that when studying the bond performance between the cementitious matrix and the fabric reinforcement, the benefits of higher strength is lost when using a ultra-high strength cementitious matrix due to the poor matrix penetration caused by higher viscosity, compared to weaker more fluid matrixes.

The conclusion from this study is that in order to utilize ultra-high strength cementitious matrixes in fabric reinforced structures further research needs to focus on matrix viscosity and fabric technology as well as methods to pre-impregnate the fabric which would enable improved matrix penetration.

Rakennusteollisuudessa kiinnostus kasvaa erittäin korkealujuuksisten betonien hyödyntämiseen ohuissa yhdistelmärakenteissa ns. tekstiilibetoneissa. Tekstiilibetoneissa vahvikkeena toimii syöpymättömiä raudoituskankaita jotka voivat mahdollistaa halvempia ja kestävämpiä betonista tehtyjä ohutrakenteita uusilla innovatiivisilla muotoilla kuten erittäin kaarevia rakenteita tai kupoleja jotka tällä hetkellä eivät ole tyypillisiä rakennusteollisuudelle.

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut sekä evaluoida erittäin korkealujuuksisten betonien toimivuutta ohuissa rakenteissa ja erityisesti betonin tartunta uudenaikaiseen raudoituskankaaseen että selvittää nykyteknologialla tehtyjen erittäin korkealujuuksisten betonien ongelmakohdat tartuntaan liittyen ja antaa jatkotutkimukselle suosituksia.

Työ alkaa kirjallisuusselvityksellä jossa selvitetään sekä erittäin korkealujuuksisten betonien että tekstiilibetonien nykytilanne. Työn toisessa osuudessa tutkittiin erittäin korkealujuuksisten betonien tartunta raudoituskankaaseen kokeellisesti laboratoriokokeilla. Laboratoriokokeista saadut tulokset osoittivat, että betonin korkeampi lujuus ei johda parempaan tartuntaan verrattuna heikompaan ja juoksevampaan betoniin johtuen erittäin korkealujuuksisten betonien huonosta tunkeutumiskyvystä raudoituskankaaseen.

Työn lopputulos on että erittäin korkealujuuksisten betonien tunkeutumiskyky raudoituskankaaseen vaatii lisätutkimusta jotta voidaan hyödyntää yhdistelmärakenteen ominaisuudet tehokkaasti. Mahdollisia keinoja parantaa betonin tunkeutumiskyky olisi esimerkiksi alentaa betonin viskositeetti uusilla notkistimilla, kehittää tunkeutumista helpottavia raudoituskankaita tai hyödyntää erilaisia impregnointi menetelmiä.