Carbonbeton (CRC) - Forschung

C - 24 Carbonbetonverstärkte Spannbetonträger

Bewertung des Tragverhaltens von carbonbetonverstärkten Spannbetonträgern

Der Erhalt bestehender Infrastrukturbauwerke hat höchste Priorität. Dennoch existieren im Netz weiterhin viele Brücken, bei denen spannungsrisskorrosionsgefährdete Spannstähle verbaut wurden. Insbesondere dann, wenn das Riss-vor-Bruch-Kriterium nicht erfüllt wird, führt dies häufig zu einem kurzfristigen Abbruch oder Rückbau. Eine Möglichkeit zur Verstärkung solcher Tragwerke bietet die nachträgliche Applikation von Carbonbeton.

Am Institut für Massivbau wurden in Zusammenarbeit mit der Hentschke Bau GmbH Belastungsversuche bis zum Versagen an vier alten Spannbetonbrückenträgern durchgeführt und mithilfe verteilter faseroptischer Sensoren messtechnisch überwacht. Während der erste Träger als Referenz diente, wurden bei drei Trägern Spannglieder gezielt geschädigt. Zwei dieser Träger erhielten anschließend eine Biegeverstärkung durch Carbonbeton.

Im Rahmen der studentischen Arbeit sind die während der Belastungsversuche gewonnenen Messdaten (Photogrammetrie, Faseroptik, konventionelle Messtechnik) auszuwerten und ingenieurwissenschaftlich zu interpretieren. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem Einfluss der Carbonbetonverstärkung auf das Tragverhalten geschädigter Spannbetonträger. Insbesondere der last- bzw. verformungsabhängige Traganteil der Carbonbetonschicht soll zur Überprüfung des Bemessungsmodells anhand der Messdaten herausgearbeitet werden.

Ansprechpartner:
Max Herbers, M. Sc.
+49 351 463 39620

Dr.-Ing. Frank Jesse
Hentschke Bau GmbH
+49 3591 6703-1657

C - 23 Numerische Verbundmodellierung

Ausführlicher Titel: Numerische Modellierung des Verbundverhaltens von Carbonbeton unter Querzugbelastung

Für den Einsatz von Carbonbeton als fugenüberbrückende Deckschicht bei Fahrbahnen ist u. a. der Nachweis des Verbundverhaltens unter Querzugbelastung erforderlich. Als Vorbild für neue Versuchsaufbauten zur Untersuchung des Verbundverhaltens unter Querzug können einaxiale Textilauszugversuche und Übergreifungsversuche herangezogen werden. Die Simulation verschiedener Varianten in numerischen Modellen erlaubt die Identifizierung geeigneter Versuchsaufbauten, die im Rahmen einer experimentellen Untersuchung des Verbundverhaltens unter Querzugbelastung zum Einsatz kommen sollen.

In der wissenschaftlichen Arbeit wird zudem eine geeignete Probekörpergeometrie entwickelt, mit der das Verbundverhalten von Carbonbeton unter Querzug untersucht werden kann. Hierzu erfolgt zunächst eine Literaturrecherche, um bisherige Versuche zum Verbundverhalten unter Querzug für die Entwicklung eines Probekörpers aus Carbonbeton hinzuzuziehen und zu vergleichen.

Die Aufgabenstellung wird in Absprache mit der Studentin/dem Studenten konkretisiert.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Jonathan Schmidt
0351 463 41118

C - 22 Bewehrungen aus rezyklierten Carbonfilamenten

Ausführlicher Titel: Untersuchungen von Bewehrungen aus rezyklierten Carbonfilamenten

Das Recycling von Bauteilen aus Carbonfasern nimmt in der heutigen Zeit einen immer höheren Stellenwert ein. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Carbonfasern wird ein Recycling von End-of-Life-Bauteilen aus Carbonfasern immer essentieller. Im Rahmen der Arbeit soll eine Literaturrecherche zu den Recyclingmethoden von Carbonfaserbauteilen durchgeführt und zusammengefasst werden. Insbesondere das Zusammentragen von internationalen Quellen steht hierbei im Vordergrund. Basierend auf der Literaturrecherche sollen Versuche mit Bewehrungen aus rezyklierten Carbonfilamenten durchgeführt und ausgewertet werden.

Teilaufgaben der Arbeit:

• Literaturrecherche (national/international) zu Möglichkeiten der Aufbereitung von Carbonbauteilen
• Literaturrecherche (national/international) zu Untersuchungen an rezyklierten Carbonfilamenten und den daraus hergestellten Halbzeugen
• Planung, Durchführung und Auswertung von Versuchen mit Bewehrungen aus rezyklierten Carbonfilamenten

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Enrico Baumgärtel
0351 463 42631

C - 16 Bemessungstools für Carbonbeton

Ausführlicher Titel: Aufstellen von einem (mehreren) Bemessungstools für Carbonbeton mit Parameterstudien

Für die Bemessung von Stahlbetonbauteilen gibt es viele kommerziell erhältliche Software-Programme. Für Carbonbeton liegen heutzutage noch keine vor. Aus diesem Grund sollen im Rahmen der Arbeit für einzelne Nachweise Bemessungstools entwickelt werden. Zusätzlich sollen mit Hilfe dieser verschiedene Parameterstudien durchgeführt werden.

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Alexander Schumann
CARBOCON GmbH, Ammonstraße 72, 01067 Dresden
0351 4820 5511

C - 15 Fugentragfähigkeit zwischen Altbeton und Verstärkung

Ausführlicher Titel: Aufstellen eines Berechnungsansatzes für die Verbundfugentragfähigkeit zwischen Altbeton und Verstärkungsschicht bei carbonbetonverstärkten Bauteilen

Die Verstärkung von bestehenden Stahlbetonbauteilen ist eines der Anwendungsfelder für den Verbundwerkstoff Carbonbeton. Die prinzipielle Eignung des Werkstoffs für die Verstärkung wurde schon mehrfach erfolgreich nachgewiesen. Jedoch stellt sich bei der Verstärkung oftmals das Problem, dass aufgrund der Leistungsfähigkeit des Carbonbetons die Verbundfuge zwischen Altbeton und Verstärkung maßgebend das Versagen beeinflusst. Dazu sollen im Rahmen der Arbeit tiefergehende Betrachtungen durchgeführt werden.

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Alexander Schumann
CARBOCON GmbH, Ammonstraße 72, 01067 Dresden
0351 4820 5511

C - 14 Rotationsfähigkeit und Duktilität von CRC-Bauteilen

Ausführlicher Titel: Untersuchungen zur Rotationsfähigkeit bzw. zur Duktilität von Carbonbetonbauteilen

Carbonbeton hat sich aufgrund der vielen positiven Eigenschaften als Alternative zum Stahlbetonbau sowohl in der Verstärkung als auch im Neubau etabliert. Dabei sind einige Fragestellungen noch nicht final geklärt. Ein offener Punkt für Neubauten aus Carbonbeton ist die Definition bzw. die Festlegung eines Duktilitätskriterium. Da die reine Carbonbewehrung ein linear-elastisches Materialverhalten aufweist, können die gültigen Duktilitätskriterien aus dem Stahlbetonbau nicht auf den Carbonbeton übertragen werden. Diese Problematik soll im Rahmen der Diplomarbeit bearbeitet werden.

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Alexander Schumann
CARBOCON GmbH, Ammonstraße 72, 01067 Dresden
0351 4820 5511

C - 7 Verbundverhalten getränkter Textilbewehrungen in Carbonbeton

Ausführlicher Titel: Darstellung und Vergleich von verschiedenen Methoden zur Charakterisierung des Verbundverhaltens von getränkten Textilbewehrungen im Kompositmaterial Carbonbeton

Das Verbundverhalten des Kompositmaterials Carbonbeton lässt sich anhand der Verbundspannung-Schlupf-Beziehung (VSB) beschreiben. Mithilfe dieser Beziehung werden in der Praxis Endverankerungs- sowie Übergreifungslängen berechnet. Der Verbund zwischen der textilen Bewehrung und dem Beton beruht auf unterschiedlichen Mechanismen wie Form-, Haft- und Reibschluss.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen unterschiedliche Methoden zur Charakterisierung des Verbundverhaltens des Kompositmaterials Carbonbeton sowohl theoretisch als auch experimentell miteinander verglichen werden. Die in der Wissenschaft bereits angewendeten Methoden zur Ermittlung der VSB sollen gegenübergestellt und deren jeweiligen Ansätze zur Beschreibung der Verbundmechanismen dargestellt werden.

Es ist zunächst eine Literaturrecherche bezüglich der vorhandenen Methoden zur Beschreibung des Verbundverhaltens von Carbonbeton zu tätigen. Dabei sollen nationale und internationale Forschungserkenntnisse mit berücksichtigt werden. Anschließend werden die wesentlichen Unterschiede aufgezeigt und wissenschaftlich diskutiert. Die experimentellen Versuchsaufbauten zur Ermittlung der VSB sollen sowohl theoretisch als praktisch miteinanderverglichen werden. Hierfür sollen unterschiedliche Auszugsversuche an verschiedenen Textilen durchgeführt werden.

Zum Schluss soll auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse ein geeigneter Versuchsaufbau abgeleitet werden.

Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Alexander Schumann
CARBOCON GmbH, Ammonstraße 72, 01067 Dresden
0351 4820 5511

C - 5 Beanspruchung von Einbauteilen aus Carbonbeton

* nur in deutscher Sprache *

Bei der Verwendung von Carbonbewehrung im Fertigteilbau kann eine Reduzierung der Bauteilstärken auf wenige Zentimeter erfolgen. Die klassische Verbindungstechnik setzt auf massive Bauteile, die als ungestörter Ankergrund dienen. Die geringe Bauteilstärke im Carbonbetonbau und die damit einhergehende erhöhte Wahrscheinlichkeit der Rissbildung stellen neue Anforderungen an die Befestigungssysteme. Systeme wie beispielsweise der Halfen Fassadenplatter Anker FTA-3 passen sich den neuen Herausforderungen an.

In der Arbeit sollen Methoden gesammelt und bewertet werden, die eine punktförmige Lasteinleitung in Carbonbeton durch eine räumliche Verteilung günstiger für den Ankergrund gestalten können, um damit zum einen der geringen Bauteilstärke als auch der erwartbaren Rissbildung zu begegnen. Diese Methoden sollen zu Produktkonzepten weiterentwickelt werden. Die prinzipiellen Potentiale der Lastabtragung sind abzuschätzen. Zur Analyse der Lastabtragung können FE-Programme zur Anwendung kommen. Es ist aber auch eine Bearbeitung ohne EDV-Unterstützung, beispielsweise durch Anwenden von Stabwerkmodellen, möglich. Details der Aufgabe werden gemeinsam mit der Studentin bzw. dem Studenten festgelegt.

* Kenntnisse in der Befestigungstechnik werden vorausgesetzt *

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Harald Michler
0351 463 32550
 

C - 2 Vorgespannte Bewehrungen aus Carbon, Glas und Basalt

Ausführlicher Titel: Möglichkeiten und Randbedingungen für die Herstellung und den Einsatz von vorgespannten textilen Bewehrungen

* nur in deutscher Sprache *

Bislang werden nichtmetallische Bewehrungen hauptsächlich als schlaffe Bewehrung eingesetzt. Mittlerweile sind aber bereits auch Möglichkeiten der Vorspannung wie vorfabrizierte vorgespannte Platten (CPC-Platten) am Markt. Die Arbeit soll aktuelle Anwendungen für vorgespannte nichtmetallische Bewehrungen – meist im Rahmen von Forschungsprojekten – sammeln und analysieren. Eine vergleichende Betrachtung der Materialeigenschaften von metallsichen und nichtmetallischen Vorspannbewehrungen soll dabei das Potential der einzelnen Materialien abschätzen, beispielsweise die Auswirkungen der Relaxation. Dabei sind die verschiedenen Methoden der Vorspannung, wie Vorspannung mit sofortigem, nachträglichem oder ohne Verbund, einzeln zu betrachten.

Die Arbeit beinhaltet ein Literaturstudium und vorzugweise vergleichende Handrechnungen. Details der Aufgabe werden gemeinsam mit der Studentin bzw. dem Studenten festgelegt.

Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Harald Michler
0351 463 32550