Carbonbeton - Forschung
C - 22 Untersuchungen von Bewehrungen aus rezyklierten Carbonfilamenten
Das Recycling von Carbonbauteilen nimmt in der heutigen Zeit einen immer höheren Stellenwert ein. Aufgrund der steigenden Nachfrage an Carbonfasern wird ein Recycling von End-of-Life Bauteilen aus Carbon immer essentieller. Im Rahmen der Arbeit soll eine Literaturrecherche zu den Recyclingsmethoden von Carbonbauteilen 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 von rezyklierten Carbonfilamenten und die daraus hergestellten Halbwerkzeuge
- Planung, Durchführung und Auswertung von Versuchen mit Bewehrungen aus rezyklierten Carbonfilamenten
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Enrico Baumgärtel
Telefon: +49 351 463-42631
E-Mail:
C - 21 Einfluss der Querzugbelastung auf das Verbundverhalten von Carbonbeton
Der Verbund von Carbongelege und Beton wurde bereits unter einaxialer Zug- und Druckbelastung untersucht. Jedoch wird Carbonbeton häufig in dünnen, ebenen Platten oder Schalen eingesetzt. Sowohl in Platten als auch in Schalen treten mehraxialen Spannungen auf, sodass die Randbedingungen für das Verbundverhalten von Carbonbeton unter einaxialer Belastung nicht zutreffen. Deshalb soll experimentell der Einfluss der Querzugbelastung auf den Verbund von Carbon und Beton untersucht werden. In den Versuchen werden Faserstränge senkrecht zur Hauptbelastungsrichtung des Probekörpers ausgezogen. Damit das Verbundverhalten unabhängig von der Betonzugfestigkeit untersucht werden kann, wird der Probekörper mehrlagig bewehrt. Das Verbundverhalten wird für verschiedene Laststufen der Querzugbelastung untersucht.
Für die Untersuchungen zum Verbundverhalten von Carbonbeton unter Querzug wird in dieser Arbeit eine geeignete Probekörpergeometrie entwickelt. Mit einer Literaturrecherche werden bisherige Versuche zum Verbundverhalten unter Querzug für die Entwicklung eines Probekörpers aus Carbonbeton hinzugezogen und verglichen. Um die Einflüsse der Querzugbelastung auf das Verbundverhalten von Carbonbeton zu verstehen, werden Versuche durchgeführt und ausgewertet. Die Versuche tragen zum Ziel bei, die Einflussgröße des Querzugs auf den Verbund zu bewerten. Die Aufgabenstellung kann für Diplom- und Projektarbeit entsprechend angepasst werden.
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Jonathan Schmidt
Telefon: 0351-46341118
E-Mail:
C - 20 Vergleich zweier Lasteinleitungssysteme für zweiaxiale Zugversuche an Carbonbeton
In ebenen Strukturen treten aufgrund von temperaturbedingten Verformungen, die durch anschließende Konstruktionen verhindert werden, zweiaxiale Spannungen auf. Bei diesem Thema soll Carbonbeton unter zweiaxialer Zugbelastung experimentell untersucht werden. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Konzeption einer geeigneten Lasteinleitung die größte Herausforderung darstellt. Ziel ist es bei der zweiaxialen Zugbelastung von Carbonbeton einen gleichmäßigen Spannungszustand im Messfeld des Probekörpers zu erreichen. Die Lasteinleitung führte in der Vergangenheit häufig zur Querdehnungsbehinderung im Probekörper und damit zu Randspannungen, die das Messfeld beeinflussen.
In dieser Arbeit stehen die Entwicklung von zwei Lasteinleitungssysteme und ihr Vergleich bezüglich des Einflusses auf den zweiaxialen Spannungszustand im Messfeld des Probekörpers im Fokus. Zunächst werden in einer Literaturrecherche bisherige Lasteinleitungssysteme für zweiaxiale Zugversuche verglichen. Auf den Erkenntnissen der Literaturrecherche werden zwei Lasteinleitungssysteme entworfen, die in Versuchen experimentell untersucht und anschließend verglichen werden. Ziel ist es, eine wirksame Lasteinleitung für zweiaxiale Zugversuche zu finden. Die Aufgabenstellung wird für Diplom- und Projektarbeit entsprechend angepasst.
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Jonathan Schmidt
Telefon: 0351-46341118
E-Mail:
C - 19 Numerical Simulation of Carbon-Reinforced Concrete Flexural Members
In the past decade, various studies have been conducted on the structural members constructed with carbon-reinforced concrete (CRC). However, there is limited research available regarding the structural performance in the event of a fire. As part of the current ongoing research, numerical studies have to be carried out on the CRC members subjected to standard fire conditions.
The study will be carried out using numerical analysis software, specifically using the Finite Element Method (FEM). The advantage of FEM is that it produces results quickly, and is also cost-effective at the same time. The ABAQUS or ATENA software is proposed to create models for the numerical investigation. By implementing numerical analysis in this research work, parametric studies are to be carried out, such as the effect of the concrete cover, fire duration, and fire proofing material and it is very practical to use different parameters to improve understanding the behavior of CRC flexural members.
Furthermore, within the framework of FEM analysis, a series of different models is to be created to simulate real-life situations. This includes models specifically exposed solely to fire conditions, those subjected to the combined challenges of fire and loading simultaneously, as well as models subjected to first enduring the fire conditions and then subjected to loading conditions. In numerical models, standard fire curves such as ISO834 should be considered. Concerning the goal of this study, the main objective is to validate the finite element modeling of CRC members with experimental results, when exposed to a standard fire condition.
Details of the task will be specified depending on the current project status.
This research work is available for both project and master thesis.
Contact person:
Nazaib Ur Rehman, M.Sc
Phone: 0351-46340473
E-Mail:
C - 18 Experimental study on the Fire Performance Analysis of Carbon-Reinforced Concrete Flexural Members
This research work focuses on investigating the fire performance of thin carbon reinforced concrete (CRC) flexural elements. As part of this research, full-scale fire tests will be carried out under standard conditions in a dedicated fire testing laboratory in accordance with established standards and regulations such as DIN EN 1365-2 and DIN EN 1365-3 (to be specified prior to work), which are relevant to the determination of the fire resistance of structural members.
The research study primarily examines the CRC elements subjected to bending loads. To comprehensively assess their performance, a set of tests will be carried out on specimens without exposure to fire, serving as a baseline for load-bearing capacity. In parallel, tests involving CRC elements exposed to fire will be executed to understand how fire affects their behavior and, subsequently, their load-bearing capacity.
The aim of the study is to evaluate and measure the influence of fire exposure on the structural behaviour of CRC flexure members. This research is critical to understand the fire resistance of CRC elements and can contribute significantly to the development of safer and more resilient building elements and practices in fire prone environments. At the end of the work, a comprehensive test report will be produced which will include all relevant information on the test methodology, design, procedures and results, ensuring that the report is clear and compliant with standards.
Details of the task will be specified depending on the current project status.
This research work is available for both project and master thesis.
Contact person:
Nazaib Ur Rehman, M.Sc
Phone: 0351-46340473
E-Mail:
C - 17 Literature Study on the Effect of Fire on FRP Reinforced Concrete Members
In the last three decades, research has been dedicated to substitute conventional steel reinforcement with fiber-reinforced polymer (FRP) reinforcement in concrete structures. This transition is driven by FRP's corrosion resistance and high strength-to-weight ratio. The manufacturing of extremely thin structural members has become feasible in recent years with such type of reinforcement. In addition to load-bearing capacity and serviceability of these components, fire resistance must also be ensured. This can be particularly problematic due to their small thicknesses.
FRP-reinforced concrete structures show satisfactory performance at normal temperatures, but their behavior at elevated temperatures remains a relatively unexplored area. Unlike conventional reinforcement, FRP reinforcement embedded in concrete faces challenges when its resin softens. The critical point is when the resin reaches its glass transition temperature, resulting in a loss of stiffness.
This study is focused on the literature review on the fire exposure of concrete members reinforced with FRP reinforcement (used as internal reinforcement). The scope of this research work is to bring together the key factors impacting the fire behavior of FRP material, including its use as internal reinforcement in concrete members. The focus will be placed on FRP reinforcements made from carbon fibers, followed by those made from glass and basalt fibers. Furthermore, the study will investigate the wide range of testing methodologies employed by researchers in recent years for fire tests on steel reinforced concrete and carbon reinforced concrete. It will also cover standards and codes, such as those from Europe, the USA, Canada, Japan, and the UK, as well as recent scientific advancements that extend upon the insights provided by these codes. Following the review of the literature, a testing plan for fire exposure of carbon-reinforced concrete (CRC) members should be formulated in alignment with European fire standards, with a preference for adhering to German standards.
Contact person:
Nazaib Ur Rehman, M.Sc
Phone: 0351-46340473
E-Mail:
C - 16 Aufstellen von einem (mehreren) Bemessungstools für Carbonbeton mit Parameterstudien
Beschreibung 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:
Dr.-Ing. Alexander Schumann
CARBOCON GmbH
E-Mail:
Telefon: 0351-48205511
Ammonstraße 72
01067 Dresden
C - 15 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:
Dr.-Ing. Alexander Schumann
CARBOCON GmbH
E-Mail:
Telefon: 0351-48205511
Ammonstraße 72
01067 Dresden
C - 14 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:
Dr.-Ing. Alexander Schumann
CARBOCON GmbH
E-Mail:
Telefon: 0351-48205511
Ammonstraße 72
01067 Dresden
C - 12 Erhöhung der Stabilität von schlanken Strukturen aus Carbonbeton
Mit der erheblichen Reduzierung der Bauteildicken im Carbonbetonbau gegenüber dem konventionellen Stahlbetonbau rückt das Thema Stabilität immer mehr in den Mittelpunkt. Im Rahmen der Diplomarbeit soll untersucht werden, welche Aspekte der Stabilität (Knicken, Beulen) für den Carbonbeton maßgebend sein können und durch welche konstruktiven Maßnahmen (z. B. Steifen, Sicken etc.) die Stabilität verbessert werden kann.
Es ist zunächst eine Literaturrecherche zur Stabilität durchzuführen, wobei vor allem Untersuchungen aus dem (Stahl-)Betonbau und Stahlbau zu berücksichtigen sind. Aufbauend auf den Erkenntnissen ist ein Versuchsprogramm abzuleiten. Für die experimentellen Untersuchungen sind die Versuchsdurchführung zu planen, die Probekörper und der Versuchsstand vorzubereiten sowie erste Versuche durchzuführen und auszuwerten. Anhand der experimentellen Untersuchungen sollen die theoretischen Ansätze/Ergebnisse überprüft und die prinzipielle Wirksamkeit von stabilitätserhöhenden Maßnahmen gezeigt werden.
Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Josiane Giese
Telefon: 0351 463-39815
E-Mail:
C - 7 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:
Dr.-Ing. Alexander Schumann
CARBOCON GmbH
E-Mail:
Telefon: 0351-48205511
Ammonstraße 72
01067 Dresden
C - 5 Beanspruchung Einbauteile Carbonbeton
Bei der Verwendung von Carbonbewehrungen im Fertigteilbau kann eine Reduzierung der Bauteilstärken auf wenige Zentimeter erzielt werden. Die aus dem Stahlbeton bekannte Nutzung von Einbauteilen, wie beispielsweise Verbindungsmittel und Transportanker, bleibt dabei jedoch unerlässlich und wird durch die vermehrte Anwendung des Fertigteilgedankens noch verstärkt.
Für die Entwicklung von Verbindungsmitteln zum Fügen schlanker Carbonbetonbauteile bedarf es unter anderem der Kenntnis über auftretende mechanische Beanspruchungen. Aus diesem Grund sind bauteil- und nutzungsspezifische Belastungen in den Kopplungsbereichen zu untersuchen. Ergebnis der Diplomarbeit soll eine übersichtliche Darstellung möglicher Einwirkungen und der daraus abgeleiteten, zu übertragenden Kräfte und Momente sein.
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Harald Michler
Telefon: 0351 463-32550
E-Mail: Harald.Michler@tu-dresden.de
C - 2 Vorgespannte Bewehrungen aus Carbon, Glas und Basalt
Möglichkeiten und Randbedingungen für die Herstellung und den Einsatz von vorgespannten textilen Bewehrungen. Schwerpunkt der Arbeit sind prinzipielle FE-Untersuchungen oder alternativ auch eine versuchstechnische Herangehensweise. Details werden in Abhängigkeit vom aktuellen Projektstand festgelegt.
Achtung: Vorkenntnisse in FE sowie selbstständige Arbeitsweise werden vorausgesetzt.
Ansprechpartner:
Dr.-Ing. Harald Michler
Telefon: 0351 463 32550
E-Mail: