Leichte tragende TRC-Deckenelementen für das Bauen im Bestand
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
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Bericht aus dem Jahrbuch 2016
Die zukunft der Preußischen Kappe
6-Punkt-Biegeversuch an einem 4,5 m langen Deckenelement
Die Entwicklung von leichten, tragenden Deckenelementen aus textilbewehrtem Beton für das Bauen im Bestand ist das Ziel eines FuE-Projekts, welches von Partnern aus Wirtschaft und Forschung gemeinsam bearbeitet wird. Die Partner aus der Wirtschaft entwickeln die Technologie zur Herstellung der Deckenelemente. An unserem Institut führen wir die klein- und großteiligen Bauteilversuche durch, die Grundlage für ein Bemessungsmodell sind.
Das Vorhaben zielt darauf ab, die Deckenelemente von Hand transportier- und montierbar zu gestalten, sodass der Einsatz von Hebezeugen entfallen kann. Folglich wird ein minimales Gewicht angestrebt. Um die erforderlichen Bauteilabmessungen von 60 cm Breite und max. 20 cm Dicke trotzdem realisieren zu können, müssen die Form der Deckenelemente optimal sein und ein sehr leistungsfähiges Material gewählt werden. Die Suche nach der optimalen Form wurde in Gestalt einer Tonnenschale mit zwei seitlichen, senkrechten Aufkantungen gefunden, wobei der 1 cm schlanke Schalenquerschnitt der Kettenlinie folgt. Bei der Materialauswahl wurden zwei Varianten erprobt: Zum einen sind Deckenelemente in der klassischen Carbonbetonbauweise und zum anderen mithilfe einer neuentwickelten Technologie ausgeführt worden. Hierbei wurde der Carbonbeton um einen Vliesstoff ergänzt, was Vereinfachungen in der Deckenelementproduktion zur Folge, aber auch Auswirkungen auf das Materialverhalten hat.
Für die Erforschung des neuen Kompositmaterials wurden im Otto-Mohr-Laboratorium kleinteilige Druck- und Zugversuche durchgeführt. Neben den herstellungstechnologischen Vorteilen der betongetränkten und carbonbewehrten Vliesstoffe kann mit deren Hilfe Einfluss auf die Tragfähigkeit (z. B. die Erstrissfestigkeit der Betonmatrix), die Dauerhaftigkeit (z. B. Rissabstände) und die Duktilität (Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve) genommen werden.
Sowohl mit dem klassischen Carbonbeton als auch mit der alternativen Variante ist die Produktion von 4,5 m langen Deckenelementen möglich. Mit den Bauteilen, welche aus dem betongetränkten und carbonbewehrten Vliesstoff bestehen, wurden großteilige 6-Punkt-Biegeversuche durchgeführt. Anhand der Ergebnisse konnten die Nachweise des Grenzzustandes der Tragfähigkeit und der Dauerhaftigkeit erfüllt werden.
Bericht aus dem Jahrbuch 2015
NTRC-Deckenelemente
NTRC-Kompositwerkstoff
Ziel des Forschungsprojekts “Produkt- und Verfahrensentwicklung von leichten Deckenelementen aus textilbewehrtem Beton für das Bauen im Bestand” ist es, Bauteile zu entwickeln, welche händisch – also ohne Hebezeuge – in ein bestehendes Gebäude transportiert und dort installiert werden können. Eine der Grundvoraussetzungen dafür ist ein möglichst geringes Gewicht der Elemente. Das kann durch eine optimale Form und Geometrie in Kombination mit einem entsprechend tragfähigen Material realisiert werden. Die 3 m langen und 60 cm breiten Bauteile setzen sich aus einer Tonnenschale und zwei flankierenden Stegen zusammen.
Die Entwicklung dieser Deckenelemente geht mit der Entwicklung einer neuartigen Materialkomposition einher. Diese ist notwendig, da die Herstellung gekrümmter Textilbetonelemente mit den momentan verwendeten Verfahren (Laminier-, Spritz- und Gießverfahren) relativ aufwändig ist. Durch eine Weiterentwicklung des textilbewehrten Betons sind für die Deckenelemente hinsichtlich der äußeren Formgebung und der inneren Lagesicherheit des verwendeten textilen Geleges durch den Projektpartner BCS herstellungstechnische Verbesserungen erzielt worden. Dafür sind Schichten aus betongetränkten Vliesstoffen – vom Hersteller FCC (Fleece Concrete Composite) genannt – dem bekannten TRC (textile reinforced concrete) hinzugefügt worden. Das Ergebnis ist NTRC – nonwoven / textile reinforced concrete. Die äußeren vliesbewehrten Schichten eignen sich zudem als Ersatz für die sonst erforderlichen punktförmigen Abstandhalter, die manuell am Textil anzubringen sind.
6-point bending test on a NTRC ceiling element
Erste 1 cm dicke Deckenelemente aus NTRC wurden bereits hergestellt und deren Tragverhalten in Sechs-Punkt-Biegeversuchen untersucht. Sowohl die Kraft-Durchbiegungs-Kurven aus den Traglastversuchen als auch die Spannungs-Dehnungs-Kurven aus Zugversuchen an NTRC-Zugprüfkörpern zeichnen sich durch eine sehr geringe Streuung aus, was eine hohe Gleichförmigkeit in der Produktion und eine hohe Lagesicherheit des textilen Geleges belegt.
Parallel zu den experimentellen Untersuchungen werden rechnerische Analysen mittels FE-Modellen durchgeführt. Die Simulationsmodelle werden zunächst anhand der ermittelten Materialparameter aus den Zugversuchen kalibriert und anschließend mit den Ergebnissen aus den großformatigen Tests validiert.