CC-Mesh
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
|
Titel | Title |
Bericht aus dem Jahrbuch 2024/25
3D-Bewehrungen für Carbonbeton
3D Bewehrungskorb aus Carbonfasern
Das Forschungsprojekt dient zur Integration von Leichtbauprinzipien in den Betonbau und zur Entwicklung einer neuen, vollautomatisch hergestellten, dreidimensionalen Carbonfaser-Bewehrungsstruktur. Diese Struktur bietet eine effiziente Ressourcennutzung im Vergleich zur herkömmlichen Stahlbewehrung und zeichnet sich durch ihre Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche geometrische Formen und Lastpfade aus. Die fortschrittliche Verstärkungsstruktur aus Carbonfasern wird hergestellt, indem ein zentraler Kern mit Fasersträngen umwickelt wird. Durch Änderung der Kerngeometrie sowie der Anzahl und des Neigungswinkels der Faserstränge kann ein hohes Maß an Flexibilität bei der Gestaltung von Bewehrungsstrukturen erreicht werden, was die Herstellung von Verstärkungselementen in einer Vielzahl von Formen ermöglicht.
Im Vergleich zu herkömmlichen Gelegen weist die Strukturen eine ausgeprägtere Steifigkeit in allen Raumrichtungen und eine robustere Verarbeitung im Beton auf. Dies lässt sich auf die räumliche Struktur und die sich gegenseitig stabilisierenden Faserstränge zurückführen. Die in entgegengesetzten Richtungen verschlungenen Stränge verhindern ein Ausknicken und ermöglichen ein breites Anwendungsspektrum. Die Körbe können insbesondere für Betonelemente, die eine Schubbewehrung erfordern, sowie für die Oberflächenbewehrung oder als Bewehrung für hochbelastete Randbereiche eingesetzt werden. Darüber hinaus eignet sich die Bewehrung aufgrund der räumlich verankerten Faserstränge innerhalb des geschlossenen Käfigs als Durchstanzbewehrung für Platten. Im Zusammenhang mit vorgespannten Carbonbetonelementen kann die Bewehrung in Bereichen mit hoher Spannung auch die Doppelfunktion der Spaltzugbewehrung und der Spiralbewehrung erfüllen.
Die Flexibilität erlaubt es, den Korb für eine Vielzahl von Bewehrungsfunktionen zu nutzen, die auf den spezifischen Lastfluss zugeschnitten sind. Die bemerkenswerte Steifigkeit des Bewehrungkonstrukts und das minimale Eigengewicht im Vergleich zu herkömmlicher Stahlbewehrung ermöglichen einen effizienten, positionsgenauen und beschädigungsfreien Einbau auf Baustellen und in Fertigteilwerken.
Bericht aus dem Jahrbuch 2023
Bewehrungsstrukturen aus Carbonfasern
Dehnkörper mit einem einzelnem Bewehrungsstrang
Kernthema des Projektes ist die marktreife Entwicklung von mehreren Bauteilen für den Betonbau. Dies soll durch neuartige, großformatige und lastflussoptimierte Carbonbewehrungsstrukturen verwirklicht werden. Durch eine kraftflussgerechtere Bewehrungsführung sollen der Bewehrungsverbrauch im Bauteil verringert und kleine Bauteilgeometrien realisiert werden können. Durch die damit verbundene gleichzeitige Einsparung von Beton kann der CO2-Ausstoß deutlich vermindert werden.
Die neuartige Bewehrungsstruktur musste für die baupraktische Anwendung hinsichtlich der Materialkennwerte untersucht werden. Dafür wurden Bauteilversuche, Dauerstandversuche und Kurzzeitversuche durchgeführt. Bei den Bauteilversuchen konnte in 4-Punkt-Biegezugversuchen nachgewiesen werden, dass eine Laststeigerung mit Hilfe der Bewehrungsstruktur im Vergleich zu herkömmlich mit Carbonstäben bewehrten Bauteilen erreicht werden kann. Bei den bisher durchgeführten Dauerstandversuchen an Dehnkörpern wurden die verwendeten Carbonfaser-Bewehrungsstrukturen mehrere tausend Stunden unter Temperatureinfluss untersucht. Somit soll eine Aussage über die Dauerhaftigkeit der Bewehrung getroffen werden können. Zusätzlich zu den Dehnkörpern werden auch Übergreifungsversuche unter Dauerlast durchgeführt. Zur weiteren Ermittlung von Materialkennwerten unter Kurzzeitbelastung wurden YPO-Versuche und Einzelfaserstrangversuche durchgeführt.
Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für eine stetige Weiterentwicklung der Bewehrungsstrukturen. Um Bauteile am Ende des Projekts dimensionieren und ausführen zu können, werden zusätzlich noch Hochtemperaturversuche und Dauerhaftigkeitsversuche mit verschiedenen Reagenzien durchgeführt.
Kurzbeschreibung
Im Projekt CC-Mesh werden neuartige Bewehrungsstrukturen in Form von Carbonröhren mit einer helixartigen Faserstrangablage entwickelt. Damit soll der Bewehrungsverbrauch im Bauteil durch eine kraftflussgerechtere Bewehrungsführung verringert und kleine Bauteilgeometrien realisiert werden. Durch die damit verbundene gleichzeitige Einsparung von Beton kann der CO2-Ausstoß deutlich verringert werden.
Die neuartigen Bewehrungsstrukturen müssen für die baupraktische Anwendungen hinsichtlich ihrer Materialkennwerte untersucht werden. Dafür werden Zug- und Verbundversuche sowie Bauteilversuche unter quasi-statischer Belastung bei Hallenklima durchgeführt. Im weiteren Verlauf des Projektes wird die Bewehrung im Dauerstand, unter Hochtemperaturbeanspruchung sowie im Brandversuch getestet. Damit sind mit Ende des Projektes die wichtigsten Materialparameter bekannt und Bauteile können mit dem Bewehrungsmaterial dimensioniert und ausgeführt werden.