abZ eines Verfahrens zur Verstärkung von Stahlbeton mit TUDALIT® (Textilbeton)
Inhaltsverzeichnis
Projektdaten
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Bericht aus dem Jahrbuch 2013
Textilbeton – erweiterte Prüfungen für eine sichere Anwendung
Dauerschwingversuch.
Textilbeton wird in ständig steigendem Umfang in der Baupraxis eingesetzt. Die Erteilung von Zustimmungen im Einzelfall (ZiE) oder das Erlangen Allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassungen (AbZ) wird daher zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Viele Forschungsarbeiten beschäftigten sich bisher mit dem Verhalten von Textilbeton unter relativ kurzzeitigen Beanspruchungen. Für die baupraktische Anwendung und die dafür benötigten Material- und Festigkeitskennwerte ist jedoch zu berücksichtigen, dass ein Bauwerk oder Bauteil in der Regel dauerhaft und teilweise auch dynamisch belastet wird und dabei gleichzeitig verschiedenen klimatischen Bedingungen ausgesetzt ist. Deshalb müssen neben Kurzzeitversuchen bei Raumklima dem jeweiligen Bemessungsziel angepasste Prüfungen zum Nachweis und zur Gewährleistung der Beständigkeit des Verbundbaustoffes über die geplante Lebensdauer durchgeführt werden. Maßgebend sind hierbei Temperatur-, Dauerstand- oder auch Dauerschwingbeanspruchungen.
Um Festigkeits- und Verbundkennwerte unter Temperatur- und gegebenenfalls Feuchtebeanspruchung zu erhalten, werden Versuche in Klimaräumen bzw. -schränken oder bei einem gezielten Einsatz von Temperaturstrahlern durchgeführt. Außerdem ist die Überprüfung der Dauerstandfestigkeit unter definierten Dauerlasten und Zeiträumen möglich. Nach der Beaufschlagung der Proben mit Temperatur oder dauerhaften Lasten werden die Resttragfähigkeiten der Proben bestimmt. Diese Festigkeitswerte sind anschließend mit den Referenzwerten der Kurzzeitversuche unter Raumklima vergleichbar.
Zum Nachweis der Dauerschwingfestigkeit von Textilbetonsystemen erfolgen dynamische Untersuchungen, in denen eine nicht vorwiegend ruhende Beanspruchung abgebildet wird. Die definierten Schwingbreiten sind dabei an die spätere Anwendung − etwa die Verstärkung von Brücken − angepasst.
Die im Rahmen der Forschungen des Institutes für Massivbau der TU Dresden entwickelten Untersuchungsmethoden werden bereits heute erfolgreich eingesetzt. Sie waren unter anderem Teil der Versuche zur Erlangung einer Allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung für ein Verstärkungsverfahren mit Textilbeton, die voraussichtlich im ersten Quartal des Jahres 2014 erteilt werden wird. Damit tragen sie maßgeblich zur sicheren Anwendung von Textilbeton bei und stellen einen wichtigen Schritt hin zur breiten baupraktischen Anwendungsreife des Materials dar.
Bericht aus dem Jahrbuch 2013 - Thema Sicherheit
Wie sicher ist Textilbeton?
Vergleich zwischen Einwirkung auf das Bauteil (blau) und Widerstand des Bauteils (violett).
Nachdem in den vergangenen rund 15 Jahren u. a. am Institut für Massivbau der TU Dresden der Textilbeton als neuer Baustoff entwickelt wurde, soll dieser natürlich auch im Bauwesen eingesetzt werden. Voraussetzung dafür ist eine bauaufsichtliche Zulassung, welche das Deutsche Institut für Bautechnik DIBt vergibt, wenn nachgewiesen ist, dass das zuzulassende Produkt allen Sicherheitsanforderungen entspricht.
Um dies nachzuweisen, wurden im Rahmen eines Zulassungsverfahrens mehrere hundert Versuche verschiedenster Art durchgeführt, um den Textilbeton quasi auf Herz und Nieren zu prüfen. Der Abschluss dieser Versuche steht unmittelbar bevor und somit musste auch ein Zuverlässigkeitskonzept für Textilbeton entwickelt werden.
Vorbild war das Konzept der Teilsicherheitsbeiwerte, das sich schon bei Stahlbeton bewährt hat. Da Stahlbeton etabliert und ausreichend sicher ist, wurde dieser als Referenz herangezogen.
Zuerst wurde ein Referenzbauteil für beide Verbundmaterialen bemessen und anschließend die jeweilige Versagenswahrscheinlichkeit berechnet. Dazu wurde im ersten Schritt ein Sicherheitsbeiwert für Textilbeton abgeschätzt und die Bemessung so geführt, wie man es bei einem Stahlbetonbauteil tun würde, um die erforderliche Bewehrung zu ermitteln. Anschließend wurde die Berechnung noch einmal probabilistisch, das heißt auf Basis der Stochastik, durchgeführt. Grundlage war die statistische Auswertung aller vorangegangenen Versuche. Damit konnten die Streuungen des Baustoffes und mit Hilfe von Literatur auch die der zu erwartenden Einwirkungen exakt berücksichtigt werden. Mit dem probabilistischen Nachweis wurde für das fiktive Bauteil mit den zuerst ermittelten Bewehrungsmengen jeweils für Stahl- und Textilbeton die Versagenswahrscheinlichkeit berechnet, welche sich dann aus der Überschneidungsmenge von Einwirkungen auf den Baustoff und dessen Tragfähigkeit ergibt. Anschließend wurden die Versagenswahrscheinlichkeiten beider Bauteile verglichen und dann der Berechnungsgang mit angepasstem Sicherheitsbeiwert so lange wiederholt, bis die Versagenswahrscheinlichkeit des Textilbetons kleiner als die des Stahlbetons war.
Die eingangs gestellte Frage „Wie sicher ist Textilbeton?“ lässt sich also beantworten mit: „Genauso sicher wie Stahlbeton!“
Bericht aus dem Jahrbuch 2012
Textilbeton als Biegeverstärkung
Experimentelles versus rechnerisches Bruchmoment
Der Textilbeton wurde im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereiches 528 „Textile Bewehrungen zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung“ über einen Zeitraum von mehr als zwölf Jahren intensiv erforscht und weiterentwickelt. In Theorie und Experiment wurden die Tragmechanismen, aber auch Potential und Anwendungsgrenzen des neuartigen Baustoffs aufgezeigt.
Eine wesentliche Voraussetzung für die Anwendung des Textilbetons in der Praxis ist aber eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (AbZ). Zusammen mit dem TUDALIT e.V. und der TU Dresden Aktiengesellschaft (TUDAG) wurde im September 2009 ein offizieller Antrag beim Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) eingereicht, um eine solche Zulassung zu erhalten. Innerhalb des Zulassungsverfahrens sind z. B. Nachweise über die Eignung und Zulässigkeit der vom Antragsteller vorgeschlagenen Eingangsgrößen, Materialkennwerte und Bemessungsverfahren zu erbringen. Es sind zahlreiche Zulassungsversuche durchzuführen, die dann in Modelle gefasst werden müssen, um das Verstärkungsverfahren praktisch umsetzen zu können.
Mit einem Teil der durchzuführenden Versuche wird die Eignung von textilbewehrtem Beton zur Biegezugverstärkung von Stahlbetonbauteilen nachgewiesen. Dazu wurden bisher mehr als 30 Plattenstreifen mit Längen zwischen 3,30 und 7,30 m mit variierenden Plattendicken zwischen 12 und 30 cm hergestellt und verstärkt. Die Plattenstreifen unterschieden sich nicht nur in der Geometrie, sondern auch hinsichtlich des Stahl- und Textilbewehrungsgrades, der Betondeckung und der Stahldurchmesser. Die Auswahl der Plattenkonfigurationen erfolgte nach dem Prinzip der Grenzwertabdeckung, d. h. der Geltungsbereich der Zulassung wurde damit festgelegt.
Die Platten wurden in einem Betonwerk hergestellt und dort auch verstärkt. Die Vierpunktbiegeversuche bis zum Zugversagen der textilen Bewehrung fanden dann im Otto-Mohr-Laboratorium statt. Die Tragfähigkeit der Platten wurde parallel mit bereits im Rahmen des SFB 528 entwickelten und optimierten Rechenverfahren untersucht. Die Vergleiche zwischen theoretisch und praktisch ermittelten Bruchmomenten haben gezeigt, dass das vorgeschlagene Rechenverfahren für die Dimensionierung einer Biegeverstärkung mit Textilbeton bedenkenlos empfohlen werden kann.