C3-V4.19: Carbonbewehrte Parkhausdeckenplatten
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
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Bericht aus dem Jahrbuch 2020
ORIGAMI MIT CARBON
Gefaltete Carbonbewehrung zur Verbesserung des Tragverhaltens
Ein wesentlicher Vorteil einer Bewehrung aus Carbon ist deren hohe Widerstands-fähigkeit gegenüber chemischen Einflüssen. Insbesondere bei großformatigen Platten führt eine textile Bewehrung im Vergleich zu stabförmigen Bewehrungen zu einer wirtschaftlicheren Fertigung. Parkhaus-deckenplatten sind einer hohen Belastung durch Tausalze ausgesetzt, weshalb Carbon-beton hier seine gesamten Vorteile aus-spielen kann. Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurden daher Parkhausdecken-platten aus Carbonbeton entwickelt. Um die Tragfähigkeit – insbesondere das Verbundtragverhalten sowie die Querkrafttragfähigkeit – im Auflagerbereich der Platten zu verbessern, soll im Endbereich der Platte die Bewehrung umgeformt werden. Doch wie wirksam sind derartige Schlaufen und wie lassen sich diese herstellen?
Mithilfe von experimentellen Untersuchungen am Institut für Massivbau wurden unterschiedliche Konstruktionen zum Verkürzen der Endverankerungslänge und zur Verbesserung der Querkrafttragfähigkeit im Auflagerbereich mittels Schlaufen entworfen. Vier verschiedene Bewehrungskonstruktionen wurden im Anschluss im Otto-Mohr-Laboratorium der TU Dresden für die experimentellen Untersuchungen hergestellt. Die Herstellung der Schlaufen stellte dabei eine besondere Herausforderung dar. So sind die konventionell erhältlichen Bewehrungstextilien im Regelfall getränkt. Diese Tränkung verbessert zwar den inneren sowie äußeren Verbund der Bewehrung, verhindert jedoch das freie Formen des Bewehrungstextils. Aufgrund dessen wurde ein Bewehrungstextil mit einem neuartigen Beschichtungssystem eingesetzt. Bei dessen Erwärmung wird die Steifigkeit des Textils reduziert, wodurch es weich und formbar wird. Nach dem Abkühlen erhärtet das Beschichtungssystem, sodass das Textil in seiner Form verbleibt und die ursprünglichen inneren und äußeren Verbundeigenschaften zurückerhält. Durch diese neue Technologie wurde eine wesentliche Hürde zur Herstellung gekrümmter, beschichteter Bewehrungstextilien überwunden.
Die so geformten Schlaufen wurden beim Projektträger Dressler Bau GmbH in 9 cm starke Platten einbetoniert. Anschließend wurden die Platten mithilfe eines Vier-Punkt-Biege-versuchs getestet. Dabei konnte ein positiver Effekt der Schlaufen auf das Querkrafttrag-verhalten nachgewiesen werden. Im Projektverlauf sollen noch weitere Herstellmethoden
untersucht und validiert werden.
Bericht aus dem Jahrbuch 2019
DECKENPLATTEN AUS CARBONBETON
Modell einer Schlaufe aus Carbon
Durch den Einsatz einer Bewehrung aus Carbon soll die Dauerhaftigkeit und die Wirtschaftlichkeit stark beanspruchter Deckenplatten erhöht werden. Insbesondere bei Parkhausdeckenplatten unterliegen die Bauteile starken mechanischen Einwirkungen. Durch chloridhaltige Taumittel, welchen die Deckenplatten insbesondere im Winter ausgesetzt sind, kommt eine weitere signifikante chemische Einwirkung hinzu. Sowohl aus technischer als auch aus ökonomischer Sicht verspricht in diesem Anwendungsfall der Einsatz einer Carbonbewehrung einen großen Vorteil. Die Deckenplatten liegen zumeist auf Unterzügen mit relativ geringer Auflagertiefe. Es besteht daher die Notwendigkeit, die Bewehrung auf einer kurzen Länge zu verankern. Somit ist im Rahmen dieses Vorhabens eine optimierte Endverankerungslösung zu entwickeln. Darüber hinaus besteht die Gefahr eines Querkraftversagens. Auch diesem kann durch eine geeignete Endverankerungslösung entgegen gewirkt werden, wenn die Bewehrung in Richtung der Hauptzugspannungen angeordnet wird.
Das Institut für Massivbau befasst sich mit mehreren Aspekten dieses Vorhabens. So wurde zunächst eine Vorbemessung der im Projekt anvisierten Deckenplatten durchgeführt.
Darüber hinaus wurde eine Materialauswahl der zukünftig einzusetzenden Betonrezeptur und der Bewehrung getroffen. Diese konnte anhand experimenteller Untersuchungen validiert werden. Mithilfe von Übergreifungs- und Dehnkörperversuchen wurde das Trag- und Verbundverhalten dieser Vorzugslösung quantifiziert. Mit computergestützten Programmen wurde daraufhin das Resonanzverhalten der geplanten Deckenplatten untersucht.
Experimentelle Untersuchung der Verbundtragfähigkeit
Darüber hinaus wurden unterschiedliche Schlaufenkonzepte für die Endverankerung der Bewehrung entwickelt, die im nächsten Schritt mithilfe experimenteller Untersuchungen bewertet werden. Dabei wird insbesondere deren Wirkung auf die Verbundlänge als auch deren Wirkung auf das Querkrafttragverhalten der Platte untersucht. Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl einer Vorzugsvariante ist neben der reinen Tragfähigkeit, die Notwendigkeit einer ökonomisch sinnvollen Herstellung und Montage. Im weiteren Verlauf sollen diese Endverankerungslösungen auf ein Großbauteil übertragen und anhand eines Großbauteilversuchs validiert werden.
Bericht aus dem Jahrbuch 2018
DIE PERFEKTE ANWENDUNG FÜR CARBONBETON?
Großbauteilversuch zur Untersuchung der Endverankerung der Carbonbewehrung
Der Werkstoff Stahlbeton besitzt eine Vielzahl von positiven Eigenschaften, weshalb Beton heutzutage der meistverwendete Werkstoff der Welt ist. Jedoch weisen Stahlbetonbauteile einen entscheidenden Nachteil auf: die Stahlbewehrung im Bauteil korrodiert mit der Zeit. Diese Problematik tritt verschärft bei Bauteilen auf, die dauerhaft starken Medien oder Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, beispielsweise Parkhausplatten. Diese werden in der Regel aus Stahlbeton hergestellt und weisen oft nach kurzer Zeit bereits erhebliche Schäden oder Mängel auf, die auf Dauerhaftigkeitsprobleme der Stahlbewehrung zurückzuführen sind. Aus diesem Grund werden Parkhausplatten mit teuren und wartungsintensiven Beschichtungssystemen versehen, um die Dauerhaftigkeitsproblematik besser kontrollieren zu können. Jedoch stellt dies nicht die optimale Lösung dar, weshalb im Projekt C3-V4.19 eine alternative Strategie für Parkhausplatten verfolgt wird: die korrosionsgefährdete Stahlbewehrung wird durch nicht rostende und hochleistungsfähige Carbonbewehrung in Form von Gelegen ersetzt. Somit entstehen Parkhausplatten aus Carbonbeton, die aufgrund der Korrosionsbeständigkeit der Carbonfasern dauerhaft und bestenfalls wartungsfrei sind.
Tastversuch zur Überprüfung der gewählten Materialkombination
Damit Parkhausplatten aus Carbonbeton den Weg in die Praxis finden, müssen essentielle Fragestellungen beantwortet werden. Im speziellen Fall wird das Verbund- und Endverankerungsverhalten der gewählten Carbonbewehrung bei kurzen Auflagerlängen untersucht, da Parkhausplatten i. d. R. lediglich geringe Auflagerbreiten besitzen. Das Verbundverhalten soll dabei sowohl an kleinteiligen Versuchen als auch an großformatigen Bauteilen erforscht werden. Erste Tastversuche mit der ausgewählten Materialkombination, bei welcher ein neu entwickeltes Carbongelege Anwendung findet, wurden bereits durchgeführt und zeigten ein hohes Leistungsvermögen.
Auf den ersten Erkenntnissen aufbauend werden im nächsten Schritt weitere kleinteilige Versuche durchgeführt, um das Verbundverhalten des neuen Geleges charakterisieren zu können. Daran anschließend sollen großformatige reale Platten hergestellt und getestet werden, um die Eignung der Carbonbetonplatten bei kurzen Auflagerbreiten nachzuweisen.