Carbonbeton (CRC) - Forschung

Inhaltsverzeichnis

1. 1. 1. C - 32 Querkraftübertragung über Rissflanken bei Carbonbeton
      2. C - 31 Numerische Simulation von carbonbetonverstärkten Stahlbetonplatten
      3. C - 30 Vier-Punkt-Biegeversuch an einem T-Balken aus Carbonbeton
      4. C - 29 Biegetragverhalten von selbstvorgespannten Betonplatten mit Carbonstabbewehrung
      5. C - 28 Alternierende Bewehrungsführung in Dehnkörperversuchen
      6. C - 5 Einbauteile für Bauteile aus Carbonbeton
      7. C - 2 Vorgespannte Bewehrungen aus Carbon, Glas und Basalt

C - 32 Querkraftübertragung über Rissflanken bei Carbonbeton

Carbonbeton ermöglicht die Herstellung fugenloser Betonfahrbahnen. Aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit kann die Carbonbewehrung mit geringerer Betondeckung in die Betonfahrbahn eingebaut werden. Dadurch lässt sich eine höhere Biegesteifigkeit bei effizienterem Materialeinsatz erreichen. Für den Einsatz von Carbonbeton als durchgehende Betonfahrbahn sind jedoch noch Untersuchungen zur Kurz- und Langzeitbelastung notwendig. Wenn beispielsweise infolge von Temperaturverformungen Zugspannungen und Risse in dieser Betonfahrbahn auftreten, müssen Querkräfte aus der Verkehrsbelastung über die Rissflanken übertragen werden.

In dieser Arbeit sollen gerissene und ungerissene Platten aus Carbonbeton hinsichtlich ihrer Querkraftübertragung über die Rissflanken untersucht werden. Hierzu sollen zunächst Erkenntnisse zur Querkraftübertragung, Rissverzahnung und Dübelwirkung von Carbonbeton in der Literatur recherchiert werden. Anschließend soll die Querkraftübertragung bei verschiedenen Rissbreiten untersucht werden. Das Ziel besteht darin, die Rissbreite zu identifizieren, bis zu der eine Querkraftübertragung für die durchgehende Betonfahrbahn möglich ist.

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

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Jonathan Schmidt
+49-351-463-41118

C - 31 Numerische Simulation von carbonbetonverstärkten Stahlbetonplatten

In den vergangenen Jahrzehnten haben sich Carbongelege zur Verstärkung von Stahlbetonbauteilen kontinuierlich weiterentwickelt. Aufgrund der erhöhten Zugfestigkeit moderner Carbongelege treten im Vergleich zu älteren Generationen veränderte Versagensmechanismen auf. Zur Untersuchung dieser Mechanismen werden Bauteilversuche im Labor durchgeführt.

Um den experimentellen Aufwand zukünftig zu reduzieren und ein vertieftes Verständnis des Bauteilverhaltens zu ermöglichen, bietet sich der Einsatz numerischer Modelle, insbesondere der Finite-Elemente-Methode, an.

Ein kritischer Bereich bei der Modellierung ist die Verbundfuge zwischen Stahlbeton und Verstärkungsschicht. Diese wird auf Basis des Risskriteriums nach Mohr-Coulomb beschrieben. Im Rahmen einer Dissertation wurden bereits Modellierungsempfehlungen zur realitätsnahen Nachrechnung von Bauteilen entwickelt.

Ziel der Projekt- / Diplomarbeit ist es, diese Modellierungsempfehlungen auf Stahlbetonplatten mit variierenden Randbedingungen (z. B. Geometrie und Materialparameter) anzuwenden. Die numerischen Ergebnisse sollen mit experimentellen Versuchsdaten verglichen werden. Für die Simulationen wird die FE-Software ATENA verwendet.

Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Carolin Würgau
+49 351 463-39369

C - 30 Vier-Punkt-Biegeversuch an einem T-Balken aus Carbonbeton

*Projektarbeit/Diplomarbeit - Versuchsplanung und Untersuchung der Tragfähigkeit von filigranen Carbonbetonbalken

Aufbauend auf einer derzeit laufenden Projektarbeit, bei der die Bewehrungsführung für einen filigranen Carbonbetonbalken untersucht wurde, soll die hergestellte Bewehrung in einem 4-Punktbiegeversuch auf ihre Tragfähigkeit untersucht werden. Die Besonderheit liegt in den dünnen Querschnittskomponenten.  Da Carbonbewehrung anders als Stahl nicht korrodieren kann, wird nur eine sehr geringe Betondeckung notwendig. In einem konventionellen Stahlbetonbalken umschließen die Bügel zur Aufnahme der Querkraft die Längsbewehrung zur Aufnahme der Zugkräfte. Bei Stegen von nur 3 cm, ist eine Bügelbewehrung nicht realisierbar, daher wird die Bewehrung der Carbongarne alternierend ausgeführt. Das Prinzip der alternierenden Bewehrungsführung wurde am Institut bereits in Vorgängerprojekten entwickelt (Beispiel siehe: Netzgitterträger).

*Je nachdem, ob eine Projekt- oder Diplomarbeit angefertigt wird, kann der Umfang nur die Versuchsplanung beinhalten, oder für Zweiteres die Ausrichtung der Tragfähigkeitsanalyse eingegrenzt werden.

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

Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Lore Zierul
0351 463 33609

C - 29 Biegetragverhalten von selbstvorgespannten Betonplatten mit Carbonstabbewehrung

Bearbeitung nur im Rahmen einer Masterarbeit möglich

Carbonbewehrungsstäbe werden zunehmend als Alternative zur konventionellen Stahlbewehrung eingesetzt, häufig in Kombination mit hochfestem Beton. Dieser weist jedoch eine erhöhte Schwindneigung auf, die zu Rissbildung und weiteren Gebrauchstauglichkeitsproblemen führen kann. Aufgrund ihrer geringen Druckfestigkeit sind Carbonbewehrungsstäbe nur eingeschränkt in der Lage, negative Schwinddehnungen aufzunehmen. Infolgedessen kann die Bewehrung in einen passiven Zustand übergehen, wodurch ihre Wirksamkeit und das Tragverhalten des Bauteils beeinträchtigt werden.

Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Einfluss von Quellbeton auf das Tragverhalten von mit Carbonbewehrungsstäben bewehrten Betonplatten zu untersuchen. Durch eine kontrollierte Volumenzunahme soll der Quellbeton Schwindverformungen teilweise oder vollständig kompensieren. Bei ausreichender Verbundwirkung zwischen Beton und Carbonbewehrungsstäben kann diese Expansion zudem Zugdehnungen in den Stäben induzieren, wodurch Zugspannungen entstehen und die Carbonbewehrung aktiviert wird. Insgesamt wird erwartet, dass der Einsatz von Quellbeton das Rissverhalten verbessert und die Durchbiegungen der Platten signifikant reduziert.

Zur Umsetzung dieses Forschungsvorhabens werden mehrere Betonplatten aus Quellbeton mit Abmessungen von etwa 1500 mm × 500 mm × 80 mm hergestellt. Vorab erfolgen Versuche an kleinmaßstäblichen Probekörpern zur Untersuchung der Verbundentwicklung zwischen Beton und Carbonbewehrungsstäben. Zur Erfassung der Ausdehnungen sowie der Dehnungen im Beton und in den Bewehrungsstäben kommt die Technologie verteilter faseroptischer Sensoren (Distributed Fiber Optic Sensing, DFOS) zum Einsatz.

Ansprechpartner:
Mohammed Dhahir M.Sc.
+49 351 463-40411

Jasmin Dräger M.Eng.
+49 351 463-39878

C - 28 Alternierende Bewehrungsführung in Dehnkörperversuchen

Projekttarbeit: Konzeptionierung von Versuchen

Bauteile können dünner hergestellt werden, wenn Carbonbewehrung verwendet wird, da nur eine sehr geringe Betondeckung notwendig wird. Damit einhergehend ist das Bauen durch assemblierte Plattenelemente statt durch die Verwendung von Vollquerschnitten. Die Querkraftbewehrung kann dann allerdings nicht furch Bügel realisiert werden, was zu dem Konzept der alternierenden Bewehrungsführung überleitet (Beispiel siehe: Netzgitterträger). Bestehende Richtlinien geben Vorgaben über die Durchführung von Versuchen mit geradem Gitter.

In der Arbeit soll in Zusammenarbeit mit dem Institut für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik Versuchsaufbauten für die Bestimmung von Verbundeigenschaften recherchiert und ein Aufbau umgesetzt werden.

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

Ansprechpartnerin:
Dipl.-Ing. Lore Zierul
+49 351 463-33609

C - 5 Einbauteile für Bauteile 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