V4.15 Marktreife anorganisch gebundene Carbonbetonbewehrungselemente

Dachschale (Foto © Kai Zernsdorf)

Die bisher im C³-Projekt durchgeführten Untersuchungen auf dem Gebiet der mineralischen Beschichtung von Carbonfasern sind auf eine Optimierung der Baustoffe in Bezug auf Beschichtungseigenschaften und -verfahren im Labormaßstab fokussiert. Eine kontinuierliche und qualitativ gleichbleibende Herstellung für die Massenproduktion ist bis dato nicht möglich. Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist es, Anforderungen an marktreife Produkte in Form von praxistauglichen Bewehrungssystemen – von der Herstellung bis hin zum Einbau – zu erforschen.

Die im oder außerhalb der C³-Projektes entwickelten nichtmetallischen Bewehrungen bestehen aus Filamenten mit einem polymeren Matrixsystem. Sowohl üblicher Bewehrungsstahl als auch jene Matrizen können bei steigender Temperatur erweichen, was unweigerlich zu einem Verlust der Festigkeit führt. Neben der Temperaturempfindlichkeit spielt auch die Resistenz gegenüber chemisch aggressiven Umgebungen eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Stahlbetonkonstruktionen. Um solchen potenziellen Schwachpunkten entgegenzuwirken, ist eine Mindestbetondeckung als Schutzpuffer für die darunterliegende Bewehrung erforderlich. Durch eine große Betondeckung werden Bauwerke massiger, schwerer und vor allem teurer. Um sich also die Vorteile von Carbonfasern zu Nutze machen zu können, ohne dabei die Anforderungen an den Brandschutz oder chemischen Widerstand zu vernachlässigen, können diese mittels einer mineralischen Matrix gebunden werden.

Das C³-Vorhaben V2.6 konnte neben umfangreichen Resultaten hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit von zementbasierten Tränkungsmaterialien unter anderem grundlegende Erkenntnisse bezüglich der Produktionskette mittels Pultrusionsverfahren gewinnen. Aufbauend auf dem erlangten Wissen werden im V4.15 die Anforderungen an den Herstellungsprozess sowie die Weiterverarbeitung von anorganisch gebundenen Bewehrungselementen sukzessive erforscht. Mögliche Anwendungsgebiete dieser mineralisch getränkten Bewehrungen lassen sich beispielsweise im Fertigteilbau finden, wo dünne platten- und scheibenförmige Elemente zum Einsatz kommen. Bisher benötigen derartige Elemente im Vergleich zu ihrem Querschnitt aus konstruktiven Gründen oft einen hohen Anteil an Betondeckung. Gerade für Bauteile mit erhöhten Anforderungen an Brandschutz und chemische Beständigkeit kann sich die Verwendung von mineralisch getränkten Carbonfasern deshalb lohnen.

10 mm Carbonstab (Foto © Michael Grune)

Die Arbeitspakete beinhalten Untersuchungen zu kontinuierlichen Verfahren zur Verbundsicherung, Bündelung und Formgebung sowie Prüfung der Weiterverarbeitung der Bewehrungselemente sowie eine abschließende praktische Erprobung. Durch stetige Optimierung im Bereich der Rovingführung, Faserimprägnierung, Formgebung und dem Trocknungsprozess können nach aktuellem Entwicklungsstand mehrere stabförmige Einzelelemente gleichbleibender Qualität von bis zu sechs Metern hergestellt werden. Neben der Verbesserung des Pultrusionsvorgangs laufen am Institut für Baustoffe der TU Dresden kontinuierlich Untersuchungen zur stofflichen Anpassung und Weiterentwicklung der mineralischen Suspension, unter anderem im Hinblick auf Handlingfähigkeit sowie Nachbehandlungsmethoden. Um die Vorzüge der mineralisch beschichteten Bewehrung darzustellen werden neben den verschiedenen Bewehrungselementen auch mehrere großformatige Demonstratoren – in Form von geometrisch optimierten Dachschalen – hergestellt. Die Verbindung einer verhältnismäßig leichten Struktur mit dem Einsatz dieser innovativen Bewehrung soll das Potenzial mineralisch gebundener Carbonfasern aufzeigen.

Im Fokus der nächsten Forschungsphase stehen Untersuchungsschritte zur Optimierung des Herstellungsverfahrens im Bereich Modifikation, Durchsatz und Handhabung für Stäbe und gekrümmte Bewehrungselemente (zum Beispiel Bügel) stehen. Über die Ermittlung grundlegender Randbedingungen für Konfektionierung, Transport und Lagerung hinaus wird ebenfalls der praxisgerechte Einbau überprüft.

Verbundkoordinator
Hochschule für Technik und Wissenschaft Dresden

Vorhabenleiter
Prof. Dr.-Ing. Thomas Bösche

Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Thomas Bösche
Telefon: +49 351 462 2143
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Dipl.-Ing. (FH) Michael Grune
Telefon: +49 351 462 2031
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Beteiligte C³-Partner

  1. Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden
  2. Technische Universität Dresden, Institut für Baustoffe
  3. Johne & Groß GmbH
  4. EBF Dresden GmbH (Assoziierter Projektpartner)

Laufzeit: 01.01.2018 –  31.12.2019