Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung von Textilbetonbewehrungen mit verbundgerecht profilierter Textilarchitektur auf Basis von Flecht- und Tränkumformtechniken

Textile Bewehrungen haben sich im Bauwesen als überzeugende Alternative zur konventionellen Stahlbewehrung etabliert. Durch deren hohe Tragfähigkeiten bei kleineren notwendigen Betonquerschnitten kommt dem Verbund zwischen Textil und Beton eine außerordentlich große Bedeutung zu. Bislang erfolgt die Übertragung der Verbundkräfte über die Beschichtung durch einen stoffschlüssigen Haftverbund mit der Betonmatrix. Damit lassen sich jedoch nur geringe Kräfte mit einem Schubfluss von etwa 5 N/mm übertragen, eine effiziente Ausnutzung der textilen Bewehrung ist nicht möglich. Signifikante Verbesserungen zur Übertragung der Verbundkräfte versprechen Lösungen mit einer Profilierung der Garnoberfläche. Das Projektziel besteht daher in der Entwicklung einer neuartigen Technologie zur kontinuierlichen und reproduzierbaren Herstellung profilierter textiler Hochleistungsfasergarne und deren Weiterverarbeitung zu Bewehrungsstrukturen. Diese Bewehrungen sollen im Betonverbund deutlich höhere Kräfte übertragen, angestrebt wird ein erreichbarer Schubfluss in der Größenordnung bis zu 150 N/mm. Um dies zu realisieren, soll eine Formschlusswirkung zwischen Textil und Beton durch definiert einstellbare Oberflächenprofilierungen am Garn generiert werden. Dazu werden Lösungen auf Basis der Flechttechnik und mittels tränkumformtechnischer Verfahren entwickelt und umgesetzt. Die Prämissen sind eine dauerhaft stabile Textilstruktur und eine Profilgebung mit garnaxial symmetrischem Aufbau. Die Realisierung erfolgt über die Multiaxialkettenwirktechnik, die entsprechend weiterzuentwickeln und um die neuen Prozessstufen der Garnprofilierung modular zu ergänzen ist. Mit den angestrebten Projektergebnissen wird ein wesentlicher Beitrag zur Herstellung von extrem belastbaren Textilbetonstrukturen mit deutlich besseren Verbundeigenschaften geleistet. Davon profitiert der gesamte Textilbetonsektor und vor allem die KMU der Textilbranche als Zulieferer der neuartigen profilierten textilen Bewehrungen.

Ergebniszusammenfassung:

Am ITM der TU Dresden wurden neuartige, verbundoptimierte profilierte Bewehrungsgarne auf Basis der Flecht- und Tränkumformtechnik simulationsgestützt entwickelt, die bis zu 500 % höhere Verbundkräfte im Beton gegenüber Garnen ohne Profilierung übertragen können. Die Profil- und Flechtgarne weisen bereits bei einer Verbundlänge von nur 50 mm eine vollständige Verankerung auf. Mit der am ITM entwickelten Tränkumformtechnik konnten tetraederförmige Profilgarne gefertigt werden, die aufgrund der patentierten Tetraedergeometrie das zugmechanische Leistungspotential der Carbonfasern nahezu vollständig ausnutzen. Weiterhin wurde im Zuge der Flechtgarnentwicklung eine neue Flechtstruktur entwickelt, bei der die Strukturdehnung unter Last nahezu vollständige Eliminierung ist. Somit war die Fertigung von profilierten Bewehrungsgarnen mit sehr hohen zugmechanischen Eigenschaften möglich. Darüber hinaus wurde die Multiaxial-Kettenwirktechnik derart weiterentwickelt, dass mit den neuartigen Bewehrungsgarnen (Profil- und Flechtgarne) schädigungsfrei gitterförmige Textilbetonbewehrungen mit verbundoptimierter Profilierung herstellbar sind. Daraus ergibt sich eine deutlich höhere Materialeffizienz der Textilbewehrung, sodass bisher notwendige unverhältnismäßige Überdimensionierungen und große Überlappungslängen deutlich reduziert werden können. Dies ist insbesondere in Anbetracht der energieintensiven Herstellung von Carbonfasern und damit für den Nachhaltigkeitsanspruch der zukunftsweisenden Carbonbetontechnologie von enormer Bedeutung, um das Bauen der Zukunft ressourcenschonend und nachhaltig zu gestalten.

Die erzielten Projektergebnisse leisten zudem einen wesentlichen Beitrag zur Herstellung von extrem belastbaren Textilbetonstrukturen mit deutlich besseren Verbundeigenschaften, sodass für die Bauindustrie perspektivisch neue Möglichkeiten zur Bauteilfertigung im Bereich der Sanierung und des Neubaus entstehen.