Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Strukturintegriert-oberflächenprofilierte Multiaxialgitter zur Betonbewehrung in reproduzierbarer Qualität

Die Verstärkung von Beton mit Textilbewehrungen ermöglicht eine betonsparende und dauerhafte Bewehrung von Bauwerkstrukturen für vielfältige Anwendungen. Allerdings zeigen Untersuchungen, dass derzeitige textilbewehrte Betonbauteile nicht die volle Substanzfestigkeit des textilen Hochleistungsmaterials ausschöpfen. Die Ursachen liegen hauptsächlich im unzureichenden Formschluss zwischen Textil und Beton und der fertigungsbedingt schwankenden Textilbewehrungsqualität. Für eine Steigerung der Leistungsfähigkeit textiler Bewehrungen im Textilbetonverbund und für eine reproduzierbare Materialqualität werden gezielte geometrische Oberflächenmodifikation der Bewehrungsstrukturen und eine prozessintegrierte Zustandsüberwachung entwickelt. Hierfür erfolgen die Erarbeitung und Analyse verschiedener Konzepte zur Herstellung von Textilbewehrungen mit profilierten Oberflächenstrukturen unter Beibehaltung des hochproduktiven Fertigungsprozesses. Die Vorzugslösungen werden konstruktiv-technologisch umgesetzt und erprobt. Insgesamt werden drei Funktionsmustervarianten angefertigt. Durch den erhöhten äußeren Verbund der Textilbewehrungen mit der umgebenden Betonmatrix werden notwendige Überlappungsbereiche um 75 % verkleinert und somit hohe Ressourceneinsparungen erzielt. Gleichzeitig wird durch die Entwicklung einer Prozessüberwachung die reproduzierbare Qualität von Textilbewehrungen gesteigert und die Zugfestigkeit der beschichteten Verstärkungsfäden um 25 % erhöht. Vor allem die KMU-geprägten Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes, besonders Textilfirmen sowie potenzielle Anwender in der Baubranche werden aus dem erarbeiteten Know-how dieses Projekts großen Nutzen ziehen. Hierdurch entsteht für die textilen KMU ein erheblicher Mehrwert, da mit der zu entwickelnden Technologie sehr ressourceneffizient Textilbewehrungen und damit Textilbetonbauteile hergestellt werden können.

Ergebniszusammenfassung:

Um die volle Substanzfestigkeit ausnutzen zu können, die Produktivität zu steigern und gleichzeitig das Maximum an Qualität zu erreichen, war für die produktive Herstellung neuartiger textiler Bewehrungsstrukturen die Entwicklung eines modularen, prozessüberwachten Inline-Systems zur Tränkung, Profilierung und Trocknung notwendig.

Für eine bessere Kraftübertragung zwischen Textil und Beton wurden Formschlusslösungen entwickelt die innerhalb des Fertigungsprozesses der Textilbewehrung integrierbar sind. Dazu wurden Lösungsansätze auf Basis wirktechnischer Verfahren (Bindungstechnik) oder durch Formschlussprofilierungen der Gelegeoberfläche (Prägen) untersucht. Der neuartige technologische Lösungsansatz ermöglicht die effektive Nutzung der mechanischen Eigenschaften der Hochleistungsverstärkungsfasern im Textilbetonverbund und verringert Überdimenisionierungen beim Bauen mit Textilbewehrungen.

Die Entwicklung eines prozessintegrierten Messsystems zur Temperatur- und Feuchtigkeitsermittlung der textilen Bewehrung erlaubte die Erarbeitung der Zusammenhänge zwischen Trocknungs- und Materialparametern. Zudem schafft es die Voraussetzungen für zukünftig verbesserte Qualitätssicherungsmethoden für eine höhere Reproduzierbarkeit und Vorhersagbarkeit der mechanischen Eigenschaften und verkürzt Umstellungs- und Anpassungsprozesse für die Fertigung neuer Bewehrungsvarianten erheblich. Damit sind textile Bewehrungen hinsichtlich der Materialeigenschaften zielgerichteter und in höherer Materialqualität sowie wesentlich kosteneffizienter als bisher herstellbar. Die neuartigen Multiaxialgitter zeichnen sich durch eine besonders hohe und gleichmäßige Zugfestigkeit aufgrund der verbesserten Imprägnierung mit Tränkungsmittel sowie der über die Arbeitsbreite und in Produktionsrichtung stabilisierten und überwachten Trocknungs- und Aushärtebedingungen aus.