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Naturfaserverstärkter Polymerbeton - Entwicklung, Eigenschaften und Anwendung

Gallenmüller, Meike

Um Gebäude vor Sprengstoffanschlägen zu schützen, werden gefährdete Bauteile entweder von vorneherein entsprechend konstruiert oder durch dämpfende oder energieabsorbierende Werkstoffe nachträglich entsprechend ausgerüstet, wobei bei Detonationen zwei Aspekte wirken, nämlich die lokale Schädigung des Werkstoffs durch Explosionen im Nahbereich und das strukturdynamische Verhalten des Bauteiles durch den Explosionsdruck (Blastdruck). Die vorliegende Untersuchung befasst sich primär mit der Vermeidung von lokalen Schädigungen im Bauteil durch Stoßwellen sowie durch die erodierende Wirkung der Schwadenströmung. Ein neuartiger Polymerbeton soll hier eine Alternative zu teuren Metallschäumen oder voluminösen Polymerschäumen bieten. Polymerbeton unterscheidet sich von Normalbeton zunächst nur durch das Bindemittel: der Zement wird durch ein Polymer ersetzt. Er lasst sich jedoch durch die Wahl entsprechender Füllstoffe sehr gezielt auf seinen Anwendungszweck hin einstellen. So kann er, mit sehr porösen organischen Füllstoffen und organischen Verstärkungsfasern versehen werden. Durch die damit vergrößerte Porosität und Duktilität wird ein hohes Energieabsorptionsvermögen erreicht und es sind große plastische Verformungen des Polymerbetons möglich, ohne dass dieser Schaden nimmt. Als besonders geeignete Füllstoffe erwiesen sich geschredderte Maisspindeln und Flachsfasern. Es werden die Festigkeitseigenschaften einer solchen Betonrezeptur charakterisiert und daraus ein Modell für die numerische Simulation und schließlich eine Bemessungshilfe entwickelt. Da die Zustandsgleichung bei der Simulation der Energieabsorption eines wesentliche Komponente bildet, wurden vor allem die Kompaktierungseigenschaften des Polymerbetons untersucht. Das entwickelte Werkstoffmodell wurde in ein kommerzielles Finite-Differenzen-Programm implementiert. Anhand eines Anwendungsbeispiels - eines Schutzsystems für Gebäudewände - wird die dämpfende Wirkung des Polymerbetons nachgewiesen und die Eignung der numerischen Simulation zur Vorbemessung bestätigt.