C3-E-I-a: Prozessintegrierte Qualitätssicherung zur Fertigung von CRC
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
| Titel | Title TP C3-E-I-a: Entwicklung einer prozessintegrierten Qualitätssicherung zur Fertigung von Carbonbeton im Verbundvorhaben C3-E-I: Qualitätssicherung Carbonbeton | SP C3-E-I-a: Development of a process-integrated quality assurance of carbon concrete as part of the joint research project C3-E-I: Quality assurance of carbon concrete Förderer | Funding Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF); Projektträger: FZ Jülich GmbH / C3 – Carbon Concrete Composite Zeitraum | Period 05/2017 – 06/2020 Verbundvorhabenleiter | Leader of the joint research project Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Leiter Teilvorhaben | Subproject manager Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach Bearbeiter*in | Contributors Dipl.-Ing. Elisabeth Schütze, Dipl.-Ing. Jan Panzer Projektpartner | Project Partners Institut Für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik, TU Dresden | Institut für Werkzeugmaschinen, TU Dresden |
Bericht aus dem Jahrbuch 2018
QUALITÄTSSICHERUNG VON CARBONBETON
Lagerung von Verbundprobekörpern aus Carbonbeton unter kontrollierten Bedingungen in der Klimakammer
Das Forschungsvorhaben C3-E „Qualitätssicherung von Carbonbeton“ erforscht die Zusammenhänge zwischen der Herstellung und den Materialeigenschaften von Carbonbeton. Da es sich um einen Baustoff handelt, gelten besondere Anforderungen hinsichtlich Sicherheit und Zuverlässigkeit sicherheitsrelevanter Materialeigenschaften. Bei Carbonbeton wird die herkömmliche Stahlbewehrung durch eine Bewehrung aus Kohlefasern ersetzt, welche somit verantwortlich für die Standsicherheit der Gebäude ist. Eine Qualitätssicherung von Carbonbeton stellt die Materialeigenschaften der Bewehrung, des Betons sowie des Verbundes zwischen beiden Komponenten durch die Vorgabe und Überprüfung der Herstellparameter sicher.
Versuchsvorbereitung: Sägen von Verbundprobekörpern zur späteren Bestimmung der Materialkennwerte
Um für das sogenannte „Referenztextil“ des Forschungsprojekts „C³–Carbon Concrete Composite“ eine derartige Qualitätssicherung vorschlagen zu können, wird der gesamte Herstellprozess von Carbonbeton mithilfe einer eigens dafür angelegten Datenbank dokumentiert. Ziel dieser digitalen Verknüpfung der Versuchsergebnisse mit den Herstellparametern aller Zwischenprozessschritte ist die anschließende Untersuchung des Einflusses einzelner Prozessparameter auf das Materialverhalten von Carbonbeton. Der Input von Daten der Textilherstellung wird mithilfe einer direkten Maschinenanbindung am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden in die Datenbank realisiert. Begleitend dazu findet eine manuelle Verknüpfung der Daten zu den händischen Prozessen der Betonage und Probekörperfertigung im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden statt. Eine direkte Anbindung der Maschinen ist in diesem Fall nicht möglich.
Um die Einflüsse auf das Materialverhalten zu identifizieren, werden u. a. Garnzugprüfungen am Referenztextil sowie Dehnkörperversuche und Auszugversuche an Prüfkörpern aus Carbonbeton durchgeführt. Weiterhin werden die geometrischen Details des Referenztextils dokumentiert sowie ein Vorschlag von Sichtprüfungen des Textils zur Qualitätssicherung erarbeitet.
Eine Sammlung von Prüfanweisungen, Hinweisen zur Herstellung und Lagerung der Halbzeuge und Probekörper sowie eine erste Datenbank für die Referenzversuche werden das Ergebnis dieses Vorhabens sein und sollen als Grundlage bzw. Vorlage für die weitere Forschung an Carbonbeton dienen.
Bericht aus dem Jahrbuch 2017
QUALITÄTSSICHERUNG VON CARBONBETON
Herstellung von Carbontextilien; hier: in Textilmaschine eingelegte Carbonspulen
Betonbewehrungen im Bauwesen dienen der Aufnahme von Zugspannungen, da die Betonzugfestigkeit sehr gering ist und bemessungstechnisch nicht angesetzt werden kann. Bei Carbonbeton werden diese Bewehrungselemente aus Kohlefasern in Form von Textilien oder Stäben hergestellt. Im Bauwesen gelten für diese Materialien hohe Anforderungen, da ein unkalkulierbares Versagen ein großes Sicherheitsrisiko darstellen würde. Für die Marktreife von Carbonbeton ist daher die Qualitätssicherung – also die Sicherstellung ausgewählter Materialeigenschaften durch die Einhaltung, Überprüfung und Dokumentation relevanter Herstellgrößen – ein zentrales Forschungsthema.
Zur Erstellung eines Qualitätssicherungs-systems für Verbundmaterialien ist es nicht nur notwendig, die Eigenschaften der Komponenten, sondern auch die sehr komplexen Interaktionen im Materialverbund (Kompositmaterial) zu identifizieren und zu charakterisieren. Für den Herstellprozess gilt dies ebenso; die Herstellprozesse der Komponenten interagieren und können daher nicht unabhängig voneinander analysiert werden. Durch eine intensive Analyse der in dem Projekt „C3 – Carbon Concrete Composite“ angewendeten Herstell- und Prüfprozesse wurde eine digitale, modular aufgebaute und im Baukastenprinzip kombinierbare Prozessstruktur modelliert. Sie basiert auf dem aktuellen Stand der Entwicklung und beschreibt jeden Prozessschritt mit den bereits bekannten und potenziell qualitätsrelevanten Parametern. Verschiedene Varianten der Herstellung und Prüfung von Carbonbeton sind somit zum einen gesamtheitlich protokollierbar und zum anderen über Prozessschritte hinweg analysierbar. Durch den modularen Aufbau der Struktur wird die Komplexität der Qualitätssicherung verringert. Die Einheitlichkeit der Struktur erlaubt den Vergleich einer großen Anzahl an Versuchsergebnissen und kann somit Rückschlüsse auf qualitätsrelevante Einflussgrößen ermöglichen.
Ziel ist, das System für alle Mitglieder des C3-Konsortiums online zugänglich zu machen. Durchgeführte Materialversuche werden entsprechend der vorgegebenen Form dokumentiert und können – entsprechend den jeweils geltenden Vertraulichkeitsrichtlinien – ausgetauscht und veröffentlicht werden. Mithilfe zukünftiger Forschungsergebnisse wird die Modellierung der Herstellprozesse kontinuierlich angepasst.