Durability of Reinforced Concrete Members Strengthened with CFRP Plates and Subjected to Moisture and Salts

Alfar, Amal

doi:10.24355/dbbs.084-200611240100-3

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Durability of Reinforced Concrete Members Strengthened with CFRP Plates and Subjected to Moisture and Salts

English
German

To achieve the main objective of this research project, an intensive experimental work was conducted at two international organizations; the Institute for Building Materials, Concrete Structures & Fire Protection at the Technical University of Germany, and the Royal Scientific Society of Jordan. The accomplished experimental work was divided into three work packages, (1) Examinations on single materials, epoxies and CFRP plates; (2) Examination of the long term behaviour of slabs with high salt concentrations and CFRP externally bonded reinforcement under bending stress; and (3) Examinations on composite specimens, CFRP plates, epoxy adhesive and concrete. The behaviour of the bond between concrete and CFRP plates was studied and evaluated by testing thirty RC slabs and sixty six concrete prisms. The severity of degradation of the adhesive materials was not reflected in the obtained results from the conducted pull-off and flexural tests. Specimens failed by CFRP debonding with comparable failure loads to each other and to the reference specimens. Peeling failures had limited the capacity of slab specimens to about 70% of their expected capacity. The only difference was the location of the failure planes; delamination at the top of the concrete layer for specimens exposed to normal conditions insuring very strong bond, and separation at the adhesive/concrete interface for specimens exposed to severe environment. In view of that, there was no firm conclusion regarding the consequences from the severe environments on the retrofitted systems. But, according to the results obtained so far, it seems that, CFRP composites could be used to retrofit substandard structures at Jordan, taking into consideration the selected composite and adhesive types to have high glass transition temperatures. Additionally, the retrofitted system should be protected as much as possible from direct contact with solutions and high temperatures.

Die experimentellen Arbeiten sind an zwei Orten, nämlich in den Laboratorien des Instituts für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der TU Braunschweig und des Royal Scientific Society in Amman, Jordanien durchgeführt worden. Die Versuche gliederten sich in 3 Blöcke: 1. Werkstoffuntersuchungen an CFRP- Lamellen und Klebharzen 2. Langzeituntersuchungen an durch CFRP- Lamellen verstärkten Stahlbetonplatten unter Dauerbiegelast und bei gleichzeitiger Beaufschlagung durch wässrige Salzlösung hoher Konzentration 3. Verbundversuche an Betonprismen mit CFRP Lamellen (Haftscherversuche) Das Verbundverhalten der CFRP- Lamellen auf Beton ist an 30 Stahlbetonbiegeplatten und an 66 Haftscherkörpern untersucht worden. Die Eigenschaften der Werkstoffe selbst zeigten ein beträchtliche Schädigung bei Einwirkung von wässrigen Lösungen und hoher Temperatur. Diese Aussage gilt in erster Linie für die Kleber, während die CFRP- Lamelle i.W. unbeeinflusst blieb. Eine messbare Schädigung der Kleber im verstärkten Zustand war nicht festzustellen. Die Biegeplatten versagten alle bei in etwa gleichen Bruchlasten ungeachtet der Lagerungsbedingungen. Die Bruchart war einheitlich und zeigte sich als progressives und spontanes Abschälen, das am Punkt mit max M und max Q einsetzte und in Richtung Endauflager propagierte. Während blieben Platten, die bei Raumluft gelagert worden waren, ein Verbundbruch im Betonuntergrund auftrat, versagte der Verbund der Platten in aggressiver Umgebung stets durch ein Versagen der Adhäsion zwischen Kleber und Beton. Zur Klärung dieser überraschenden Ergebnisse sind weitere Untersuchungen notwendig. Für die praktische Anwendung kann man aber folgern, dass die CFRP- Verstärkung unter den Umweltbedingungen von Jordanien vertretbar ist, sofern die Kleber eine ausreichend hohe Glasübergangstemperatur aufweisen und die Verstärkung gegen hohe Temperaturen, das Eindringen von Wasser bzw. wässrige Salzlösung und direkte UV- Bestrahlung wirksam geschützt wird.