Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Entwicklung von Textil-Stahl-Hybridstrukturen für textilbewehrte dünnwandige Betonelemente
Textilbewehrter Beton ist ein Verbund aus den Komponenten Beton und textilen Bewehrungsstrukturen auf der Basis von Hochleistungsfilamentgarnen, z. B. aus alkaliresistentem Glas (AR-Glas) oder Carbon. Während der Beton Druckspannungen überträgt, soll die textile Bewehrung die im Bauteil auftretenden Zugbeanspruchungen aufnehmen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens bestand in der Entwicklung und Fertigung von Textilstrukturen mit hybridem Aufbau zur Integration weiterer Funktionen neben der Tragwirkung im Verbundbaustoff textilbewehrter Beton. Anwendungen wie z. B. die Ableitung von Elektrizität, die Abschirmung von elektrischen und magnetischen Feldern sowie die Widerstandserwärmung von Betonbauteilen wurden untersucht. Die Feinbetonmatrix wurde zur Verbesserung der elektrischen Ableitfähigkeit sowie der Schirmung elektromagnetischer Felder mit kurzen Carbonfasern angereichert. Weitere Versuche erfolgten mit Zusätzen von Siliciumcarbid im Mittelkornbereich und Feinkornbereich. Als puzzolanische Zusatzstoffe wurden Mikrosilica und Steinkohlenflugasche zugesetzt. Der Zusatz von Siliciumcarbid brachte keine Vorteile bei der elektrischen Ableitfähigkeit. Durch die Zugabe von Kurzfasern in Beton- und Feinbetonmatrizen lassen sich dagegen auch deren Festbetoneigenschaften verbessern, so z. B. die Schlagfestigkeit und der Widerstand gegen abrasive Beanspruchungen. Um die selbstverdichtenden Eigenschaften der Matrices zu erhalten, wurde die Faserzugabe auf die Konsistenz abgestimmt und mit 0,1 Vol.-% der Gesamtmischung festgelegt. Untersuchungen zur Erwärmung von Betonoberflächen mit Hilfe von Hybridstrukturen werden auf Carbonfilamentgarne ausgeweitet, die sich textiltechnisch effektiver verarbeiten lassen und gleichzeitig die materiellen Aufwendungen reduzieren Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die für eine Betonerwärmung notwendige Heizleistung mit diesem Fasermaterial umsetzbar ist Auf dieser Grundlage wurde ein elektrisch heizbares Beton-Flächenelement ausgeführt Um die Heizplatte gleichmäßig zu erwärmen, sind die als Wärmequelle dienenden Carbonfäden abhängig von der notwendigen Heizleistung in einem optimalen Abstand anzuordnen. Günstige Fadenabständen liegen zwischen 40 mm und 100 mm. AR-Glas-Carbon-Hybridstrukturen haben für dieses Einsatzgebiet ein hohes Potential. Die Kombination der Betonverstärkung mit Beheizbarkeit eröffnet z.B. für Brücken, Rampen, Freiluft-Parkdecks oder -Treppen, Eingangsbereiche von Gebäuden sowie Haltestellen öffentlicher Verkehrsmittel spezielle und hochqualitative Anwendungen.
Entwicklung von Textil-Stahl-Hybridstrukturen für textilbewehrte dünnwandige Betonelemente
Textilbewehrter Beton ist ein Verbund aus den Komponenten Beton und textilen Bewehrungsstrukturen auf der Basis von Hochleistungsfilamentgarnen, z. B. aus alkaliresistentem Glas (AR-Glas) oder Carbon. Während der Beton Druckspannungen überträgt, soll die textile Bewehrung die im Bauteil auftretenden Zugbeanspruchungen aufnehmen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens bestand in der Entwicklung und Fertigung von Textilstrukturen mit hybridem Aufbau zur Integration weiterer Funktionen neben der Tragwirkung im Verbundbaustoff textilbewehrter Beton. Anwendungen wie z. B. die Ableitung von Elektrizität, die Abschirmung von elektrischen und magnetischen Feldern sowie die Widerstandserwärmung von Betonbauteilen wurden untersucht. Die Feinbetonmatrix wurde zur Verbesserung der elektrischen Ableitfähigkeit sowie der Schirmung elektromagnetischer Felder mit kurzen Carbonfasern angereichert. Weitere Versuche erfolgten mit Zusätzen von Siliciumcarbid im Mittelkornbereich und Feinkornbereich. Als puzzolanische Zusatzstoffe wurden Mikrosilica und Steinkohlenflugasche zugesetzt. Der Zusatz von Siliciumcarbid brachte keine Vorteile bei der elektrischen Ableitfähigkeit. Durch die Zugabe von Kurzfasern in Beton- und Feinbetonmatrizen lassen sich dagegen auch deren Festbetoneigenschaften verbessern, so z. B. die Schlagfestigkeit und der Widerstand gegen abrasive Beanspruchungen. Um die selbstverdichtenden Eigenschaften der Matrices zu erhalten, wurde die Faserzugabe auf die Konsistenz abgestimmt und mit 0,1 Vol.-% der Gesamtmischung festgelegt. Untersuchungen zur Erwärmung von Betonoberflächen mit Hilfe von Hybridstrukturen werden auf Carbonfilamentgarne ausgeweitet, die sich textiltechnisch effektiver verarbeiten lassen und gleichzeitig die materiellen Aufwendungen reduzieren Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die für eine Betonerwärmung notwendige Heizleistung mit diesem Fasermaterial umsetzbar ist Auf dieser Grundlage wurde ein elektrisch heizbares Beton-Flächenelement ausgeführt Um die Heizplatte gleichmäßig zu erwärmen, sind die als Wärmequelle dienenden Carbonfäden abhängig von der notwendigen Heizleistung in einem optimalen Abstand anzuordnen. Günstige Fadenabständen liegen zwischen 40 mm und 100 mm. AR-Glas-Carbon-Hybridstrukturen haben für dieses Einsatzgebiet ein hohes Potential. Die Kombination der Betonverstärkung mit Beheizbarkeit eröffnet z.B. für Brücken, Rampen, Freiluft-Parkdecks oder -Treppen, Eingangsbereiche von Gebäuden sowie Haltestellen öffentlicher Verkehrsmittel spezielle und hochqualitative Anwendungen.
Entwicklung von Textil-Stahl-Hybridstrukturen für textilbewehrte dünnwandige Betonelemente
Development of textile-steel-hybrid-structures for textile reinforced thin-walled concrete structural elements
Kratz, M. (Autor:in) / Hempel, Rainer (Autor:in) / Engler, T. (Autor:in) / Ovsyanko, I. (Autor:in)
2006
8 Seiten, 8 Bilder, 1 Tabelle, 5 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Hybridverbundwerkstoff , Textilbeton , faserverstärkter Beton , faserverstärkter Zement , kohlenstofffaserverstärkter Beton , Widerstandserwärmung , selbstverdichtender Beton , Ableitvermögen , elektrische Leitfähigkeit , Siliciumcarbid , Silicafeinststaub , Biegefestigkeit , Faserverstärkung , Funktionswerkstoff , Elektroenergie , elektrische Eigenschaft , Erwärmung