Entwicklung und Erprobung eines Abstandhaltersystems für textile Bewehrungen in Beton
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
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Bericht aus dem Jahrbuch 2014
Gießende Herstellung von Textilbeton
Betonage im Giesverfahren mit DistTEX
Die Herstellung von Textilbetonbauteilen erfolgt heutzutage in der Regel im sogenannten Laminierverfahren. Hierbei wird in einer Schalung abwechselnd eine dünne Schicht Beton und dann eine textile Bewehrungslage eingelegt. Den Abschluss bildet wieder eine dünne Schicht Feinbeton. Diese Art der Herstellung erlaubt eine äußerst genaue Produktion von Textilbetonbauteilen in fast jeder Form mit einer gleichzeitig hohen Lagegenauigkeit der textilen Bewehrung. Jedoch benötigt man für dieses Verfahren auch viel Platz, Zeit und Personal − für eine serielle Herstellung von einfachen Platten ist es somit schlichtweg zu teuer.
Deshalb entwickelten wir zusammen mit den Projektpartnern KDS GmbH und beweka Betonwerke Kahla GmbH das neue Abstandhaltersystem DistTEX für Textilbetonbauteile. Das System besteht aus Abstandhalterstiften, die den Abstand der äußeren Bewehrungslagen zur Schalung sicherstellen, und Distanzkörben, die den Abstand zwischen den Bewehrungstextilien gewährleisten.
Im Forschungsprojekt wurde das System selbst entwickelt und umfassende Untersuchungen bspw. hinsichtlich des Handlings und der Einflüsse auf das Tragverhalten von Bauteilen mit DistTEX erprobt. Abschließend untersuchten wir das Verhalten einbetonierter Abstandhalter im Brandfall und das von nicht einbetonierten Abstandhaltern unter UV-Strahlung im „normalen mitteleuropäischen“ Klima. Bei den letzteren Untersuchungen konnte beobachtet werden, dass die Abstandhalter nach einem im Zeitraffer simulierten Jahr die Form änderten: das Material der Abstandhalter hellte sich auf, die Spitzen der Abstandhalter wurden schlanker und länger. Die Veränderungen betrugen zwischen -6 % und +4 %. Damit die hohen Anforderungen an die Lagegenauigkeit der Bewehrung und damit verbunden auch an die Abstandhalter eingehalten werden können, müssen die DistTEX-Bestandteile also bis zu ihrer Verwendung vor äußeren klimatischen Einflüssen geschützt werden.
Außerdem konnten mit Hilfe der Abstandhalter gekrümmte Platten im Gießverfahren hergestellt werden. Das Bild zeigt einen ca. 60 cm breiten Bogen mit einem Stich von
17 cm. Die mit den Abstandhaltern bestückte Bewehrung ließ sich einwandfrei in die Schalung stellen und betonieren.
Bericht aus dem Jahrbuch 2013
Textilbeton wird gegossen
Das Abstandhaltersystem DistTEX besteht aus Abstandhalterstiften und Distanzkorben, die einfach zusammengesteckt werden.
Für die Herstellung von Bauelementen aus textilbewehrtem Beton (TRC) kamen bisher das Laminier- und das Sprühverfahren zur Anwendung. Das aus dem Stahlbetonbau bekannte Gießverfahren hatte nur am Rande Bedeutung, da geeignete Abstandhalter fehlten, die das Textil während des Betonierprozesses sicher in der Schalung fixieren. Abstandhalter aus dem Stahlbetonbau konnten bei TRC wegen der verschiedenen Dimensionen bezüglich der Bewehrungsquerschnitte oder der Bauteildicke nicht angewendet werden.
Deshalb entwickelten wir schon 2012 das Abstandhaltersystem DistTEX für Textilbeton. Mit diesem ist es möglich, 2D- und 3D-Textilien sicher in einer Schalung zu fixieren: Das größte Hindernis für die Anwendung des Gießverfahrens ist also nun beseitigt. Die prinzipielle Funktionalität des Systems wurde zunächst an Prototypen nachgewiesen. Nun ist es auch gelungen, die Einzelteile des Abstandhaltersystems seriell im Spritzgussverfahren herzustellen. Jedoch fehlten Erfahrungen hinsichtlich der Handhabung der Abstandhalter bei der Herstellung von Textilbetonelementen und bezüglich der Beeinflussung der hergestellten Bauteile durch DistTEX. 2013 führten wir umfangreiche Untersuchungen durch, um zu zeigen, dass eine Herstellung im vertikalen und im horizontalen Gießverfahren möglich ist.
Nach der Vorbereitung der Textilien wurden die Abstandhalter in drei einfachen Schritten montiert: Aufstecken der Stifte an die erste Textillage − Aufstecken der Distanzkörbe – und Aufstecken der zweiten Textillage. Anschließend erfolgte die Betonage. Nach dem Ausschalen war den Platten die Verwendung von Abstandhaltern äußerlich nicht anzusehen. Durch Zersägen der Bauteile konnte bewiesen werden, dass bereits mit wenigen Abstandhaltern die geplante Lage der textilen Bewehrungen sichergestellt werden kann. In den folgenden Zug- und Biegeprüfungen wurde keine Reduzierung der Tragfähigkeit festgestellt. Mehrere äußere Temperaturwechsel zwischen 20 °C und 80 °C überstanden die Platten mühelos, ohne dass die Abstandhalter sich abzeichneten. Auch die Dichtheit der Platten wurde durch die Abstandhalter nicht beeinträchtigt. Bei einer weiteren Betonage wurde zudem gezeigt, dass nun auch die Produktion von Textilbetonplatten in platzsparenden Batterieschalungen möglich ist. Somit steht der effektiven Herstellung von Textilbetonbauteilen im Gießprozess, dank DistTEX, nichts mehr im Wege.
Bericht aus dem Jahrbuch 2012
Das Textil will gehalten werden
Prototyp für einen Abstandhalter für ein 3D-Textil
Textilbeton kann im Wesentlichen mit zwei Verfahren hergestellt werden: dem Sprüh- bzw. Laminierverfahren sowie dem Gießverfahren. Für die Verstärkung hat sich das Sprüh- oder Laminierverfahren bewährt. Bei diesem Verfahren werden Beton und textile Bewehrung schichtweise im Wechsel aufgebracht, bis die gewünschte Bewehrungsmenge und Bauteilform erreicht ist.
Für neue Bauteile oder Fertigteile wäre jedoch das im Stahlbetonbau bereits etablierte Gießverfahren die wesentlich wirtschaftliche Alternative. Bei diesem Verfahren wird die Bewehrung in einer Schalung angeordnet und die Schalung nachträglich mit Beton gefüllt. Dazu muss die Bewehrung in der Schalung fixiert bzw. gehalten werden, so dass ein definierter Abstand zur Schalung – der späteren Bauteilaußenkante – und der Bewehrungen untereinander sichergestellt werden kann. Im Stahlbetonbau wird dies durch Abstandhalter erreicht.
Aus konstruktiven Gründen können die Abstandhalter des Stahlbetons jedoch nicht für den Textilbeton genutzt werden. Im Stahlbetonbau sind Betondeckungen von 20 – 50 mm und Stabdurchmesser von 8 – 32 mm üblich. Im Textilbetonbau betragen die Betondeckung ca. 2 – 5 mm und die Garndurchmesser lediglich ca. 1 mm. Deshalb ist es notwendig, ein neues Abstandhaltersystem zu entwickeln. Dieses Abstandhaltersystem sollte:
- die erforderlichen Abstände sowohl bei 2D- als auch bei 3D-Textilien realisieren,
- auf Baustellen sowie in Fertigteilwerken handhabbar sein,
- gegenüber äußeren Einflüssen, beispielsweise Temperatur oder Feuchtigkeit, beständig sein,
- mit der textilen Bewehrung, deren Beschichtung und dem Beton verträglich sein,
- die Tragfähigkeit des Textilbetons nicht beeinflussen und
- mit üblichen Herstellverfahren produzierbar sein.
Erste Erfahrungen mit Abstandhaltern für zweidimensionale textile Bewehrungen wurden beim Bau eines Textilbetongebäudes auf dem Gelände der Firma beweka Betonwerk Kahla GmbH gesammelt. Parallel dazu wurden ein Abstandhaltersystem für zwei- und dreidimensional textile Bewehrungen entwickelt und mehrere Systemvarianten zum Patent angemeldet. Daraufhin erfolgte die Herstellung mehrerer Prototypen, mit denen bereits gezeigt werden konnte, dass das System prinzipiell funktioniert. Im Moment erfolgt im Rahmen eines Forschungsprojektes zusammen mit der Firma KDS Radeberger Präzisions-Formen- und Werkzeugbau GmbH die Herstellung, Optimierung und intensive Prüfung der einzelnen Komponenten des Systems. So kann in Zukunft auch das Textil gehalten werden.