Projektbereich A: Werkstoffe
Der Projektbereich A umfaßt die werkstofforientierten Arbeiten für die beiden Komponenten textile Struktur und Matrix sowie die Beschreibung der konstitutiven Gesetze auf baustofflicher Mesoebene.
Der Verbundwerkstoff "Textilbewehrter Beton" erfordert die Entwicklung, technologische und konstruktive Umsetzung sowie Fertigung offener textiler Bewehrungen mit beanspruchungsgerechter Anordnung der linear fixierten Filamentgarne. Aus den bisherigen Erkenntnissen des Teilprojektes A1 lässt sich hierfür die Forderung nach einer verbesserten Ausnutzung der Einzelfilamentfestigkeiten im Garn, in der Fläche und im Verbund ableiten. Von entscheidender Bedeutung für die Wirksamkeit der Bewehrung ist dabei nicht nur die Ausrichtung der Textilstruktur über den Flächenbildungsprozess hinaus bis zur Einbringung in das Verbundbauteil, sondern auch eine Haftungsverbesserung zwischen den Einzelfilamenten und den Garnen zur Matrix. Die entsprechenden Grundlagenuntersuchungen erfordern eine interaktive Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt A5, dessen Zwischenergebnisse unmittelbar in die Bearbeitung des Teilprojektes A1 einfließen.
Die Ergebnisse, die in Zusammenarbeit der Teilprojekte A1 und C3 in der ersten Bearbeitungsphase des SFB 528 realisiert wurden, zeigen, dass an Holzbauteilen hervorragende Verstärkungseffekte durch die Ausbildung von Holz-Textil-Kunststoffverbunden erzielt werden können. Im Teilprojekt A4 werden nun dreidimensionale Preforms auf der Grundlage des Flachstrickens angestrebt, die zum einen die Bauteilfertigung rationalisieren und zum anderen die Bauteileigenschaften verbessern. Entsprechend der Zielstellung erfolgt zunächst eine textiltechnologische und konstruktive Analyse der ausgewählten Flachstricktechniken hinsichtlich der prinzipiellen Möglichkeiten einer Herstellung der vorgegebenen endkonturgerechten Verstärkungshalbzeuge. Die Stoff- und Strukturkennwerte der textilen Fadenmaterialien und der daraus gefertigten Strukturen sowie die entsprechenden Probenmengen der Versuchsvarianten werden für die theoretischen und experimentellen Grundlagenarbeiten im Projektbereich C benötigt.
Das Teilprojekt A2 beinhaltet Grundlagenuntersuchungen zur Matrixoptimierung für die textilen Strukturen, vorrangig aus der Sicht eines günstigen Haftverbundes, der vermutlich mit hohen LOP- und MOR-Werten korrespondiert. Die Erkenntnisse aus Voruntersuchungen belegen, daß für den Haftverbund im linearen Bereich des Verformungsverhaltens die "Verzahnung" der äußeren Filamentschichten eines Garnes mit den Kristalliten der Matrix ausschlaggebend ist. Deshalb wird die Matrixzusammensetzung nach chemisch-mineralogischen und granulometrischen Kriterien für die Steuerung des Reaktionsverlaufes und die sich herausbildende Gefügestruktur untersucht bzw. optimiert. Für die Matrices sind die Stoffgesetze abzuleiten und mit denen der textilen Garne und Strukturen als eine Grundlage für ein mechanisches Modell des Teilprojektes A3 aufzubereiten.
Für die Modellfindung sind Approximationen durch die Anwendung von Mischungsregeln – wie sie beispielsweise für Kunststoffverbunde möglich sind – nicht als ausreichend anzusehen. Die Bewehrungen in mehraxialer Orientierung der Filamentgarne, der geringe Abstand der einzelnen Lagen und der insgesamt geringe Bewehrungsgehalt erfordern vielmehr die kontinuumsmechanische Herangehensweise.
Als Zugang für die komplizierten räumlichen Spannungs- und Verzerrungszustände wird eine dreidimensionale FE-Diskretisierung gewählt. Aufgrund des schrittweisen und teils iterativen Forschungsprozesses in den korrespondierenden Teilprojekten A1 und A2 werden die Entwicklung der konstitutiven Gesetze und die kleinmaßstäblichen Kontrollversuche zunächst auf das einaxiale statische Verhalten des faserverstärkten Materials beschränkt; wie überhaupt die Einbeziehung dynamischer und zyklischer Beanspruchungen und von Diagnoseverfahren im Teilprojektbereich A schwerpunktmäßig den nachfolgenden Phasen des SFB vorbehalten bleibt.