TRC-Platten unter Impaktbeanspruchung
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
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Bericht aus dem Jahrbuch 2018
TEXTILBETON ALS ZUSÄTZLICHE SICHERHEIT
Mit Carbonbeton verstärkte Stahlbetonplatte während des Experiments
In dem laufenden Forschungsvorhaben wird die Wirkung von dünnen, auf der impaktabgewandten Seite angebrachten Textilbetonverstärkungsschichten auf flächenartige bzw. wandartige Bauteile untersucht. Diese Betrachtungen schließen ein breites Spektrum an unterschiedlichen Bewehrungsstrukturen ein, die als Armierung in der Verstärkungsschicht eingesetzt werden. Im Hinblick auf die Verwendung von Textil- und Carbonbeton lag ein besonderes Augenmerk auf der Untersuchung von unterschiedlichen Bewehrungsmaterialien aus Glas, Basalt und Carbon.
Unterseite einer verstärkten Stahlbetonplatte nach dem Versuch
Für die systematische Untersuchung der unterschiedlichen Gelege in einer Feinbetonmatrix wurde zunächst ein neues Versuchskonzept erstellt, welches ein schnelles und kostengünstiges Screening ermöglicht. Basierend auf den Erkenntnissen aus diesen Versuchen wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik ein neues Verstärkungstextil entwickelt, dessen Eigenschaften im Hinblick auf die Impakt-Widerstandsfähigkeit optimiert wurden. Nach seiner Produktion musste das neue Verstärkungstextil zunächst seine Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen. Dies beinhaltet einerseits eine unkomplizierte Einarbeitung in die Verstärkungsschicht und andererseits deutlich verbesserte Eigenschaften bzw. eine deutlich verbesserte Verstärkungswirkung bei der Krafteinwirkung.
Hierfür wurden Stahlbetonplatten unterschiedlicher Dicke hergestellt und nachträglich mit einer Verstärkungsschicht aus Textilbeton versehen. Die Produktion der Grundplatten erfolgte für jede Plattendicke an jeweils einen Tag mit einer Charge Beton, um einen direkten Vergleich der Verstärkungsschichten zu gewährleisten. Bei der Aufbringung der Verstärkungsschicht wurde in gleicher Weise vorgegangen. Damit konnte sichergestellt werden, dass sich die Probekörper lediglich in dem verwendeten Verstärkungsgelege unterscheiden.
Die Untersuchung der verstärkten Stahlbetonplatten fand schließlich in der Fallturmanlage des Otto-Mohr-Laboratoriums (OML) statt. Hierbei wurden die Probekörper jeweils mit der identischen Belastung beansprucht. Im Experiment zeigten beide Bewehrungen eine verstärkende Wirkung. Ob mit dem neu entwickelten Gelege die Schutzwirkung noch vergrößert werden konnte, werden die laufenden Untersuchungen am OML zeigen.
Bericht aus dem Jahrbuch 2017
DURCHSCHLAGENDE VERSUCHE MIT TEXTILBETON
Rückseite einer mit 4 Lagen Carbontextil bewehrten TRC-Platte nach einem Impakttest mit ca. 4500 Joule; der Impaktor konnte gestoppt werden
Ziel des AiF-Projektes ist es, den derzeit ausschließlich für statische Verstärkungsaufgaben verwendeten Textilbeton auch für die Verstärkung von Bauteilen gegen außergewöhnliche Belastungen zu verwenden. Die außergewöhnliche Belastungssituation, die hierbei betrachtet werden soll, ist der Anprall bzw. der Impakt auf Stahlbeton-bauteile.
Um die grundsätzliche Leistungsfähigkeit textiler Verstärkungsschichten zu untersuchen, wurde eine große Anzahl an Impaktexperimenten im Fallturm des Otto-Mohr-Laboratoriums in der beschleunigten Konfiguration durchgeführt. Die hierfür verwendeten Probekörper wurden mit einer definierten Menge an Verstärkungsmaterial präpariert. Hierbei handelte es sich um unterschiedlich gefertigte Carbongelege in unterschiedlicher Lagenzahl. Zudem wurden die Garnstärken sowie die Maschenweiten variiert. Die verwendete Betonmatrix blieb bei allen Versuchen gleich. In einem eigens entworfenen Versuchsstand wurde eine systematische Untersuchung der verschiedenen Verstärkungsmaterialien durchgeführt. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse kann nun die gezielte Entwicklung eines Verstärkungsmaterials vorangetrieben werden, das beim Lastfall Impakt besonders leistungsfähig ist.
Ein wesentlicher Punkt für die Entwicklung solcher Verstärkungsstrukturen ist das grundlegende Verständnis des Materialverhaltens alleine und des Verhaltens des gesamten Bauteils. Vor allem die Interaktion zwischen Verstärkungsmaterial und Feinbetonmatrix ist für die Wirkungsweise ein entscheidender Faktor. Im Jahr 2017 lag der Schwerpunkt auf der Untersuchung bereits verfügbarer Verstärkungsmaterialien. Hierfür wurden jeweils dünne Textilbetonbauteile betrachtet, um die Wirkung des Verstärkungsmaterials im Beton zu erforschen. Für das folgende Jahr 2018 sind Versuche geplant, in denen diese Materialen als Verstärkungsschicht bei großformatigen Bauteilen eingesetzt werden sollen, um die Erkenntnisse aus den kleinteiligen Materialuntersuchungen zu validieren und einen Zusammenhang zu den Eigenschaften der verstärkten Struktur herstellen zu können. Um diese komplexe Aufgabenstellung und vor allem die Entwicklung neuer Verstärkungsmaterialien im Team voranzubringen, wird das Projekt gemeinsam mit dem Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden bearbeitet.
Bericht aus dem Jahrbuch 2016
Textilbeton ausgelegt für den Extremfall
Einspannvorrichtung für Impaktversuche an Textilbetonplatten
Textilbeton findet derzeit ausschließlich für vorwiegend ruhende (also statische) Beanspruchungen eine Anwendung. In diesem Projekt soll das Anwendungsgebiet von Textilbeton um den kurzzeitdynamischen Bereich erweitert werden. Hierfür ist eine breite Palette an Untersuchungen und Experimenten notwendig. Das Hauptziel des Projektes ist es, Textilstrukturen zu entwickeln, die in eine Betonmatrix eingebettet werden können und in Verbindung mit dieser einen sehr hohen Widerstand gegenüber stoßartigen Beanspruchungen aufweisen. Dafür soll zum einen das kurzzeitdynamische Tragverhalten von reinen 2D- als auch 3D-Gelegen untersucht werden, um die bestmöglichen Bewehrungsstrukturen für eine stoßartige Beanspruchung auszumachen. Um die gewünschten Eigenschaften dieser textilen Bewehrung im fertigen Bauteil nachzuweisen, sind zum anderen Fallturmexperimente mit Textilbetonplatten geplant, um das Zusammenwirken von textiler Bewehrung und Betonmatrix als Verbundmaterial unter verschiedenen Lasten zu untersuchen.
Aufgrund des abzusichernden komplexen Belastungsfalls und der neu zu entwickelnden textilen Strukturen handelt es sich hierbei um ein Projekt, bei dem eine enge Zusammenarbeit mit dem Projektpartner, dem Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden, essentiell ist. Nur durch das Zusammenwirken beider Institute ist das Erreichen des Projektzieles möglich.
In der ersten Phase des Projektes wird ermittelt, welche textilen Materialien als Bewehrung für stoßartige Belastungen verwendet werden können. Nachdem es gelungen ist, ein solches ‘Impakttextil‘ zu finden bzw. zu entwickeln, sollen die erlangten Erkenntnisse auf speziell ausgelegte Bauteile übertragen werden. Auf diesem Weg soll eine Alternative zu den bisher vorherrschenden massigen Stahlbetonkonstruktionen geschaffen werden, die derzeit verwendet werden, um stoßartigen Beanspruchungen zu widerstehen. Auf weite Sicht besteht dadurch die Möglichkeit, ressourcensparende Konstruktionen mit hohem Impaktwiderstand zu errichten.