Bauinformant bloggt Beton

Von der Fakultät Bauingenieurwesen der Technischen Universität Dresden zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieur (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation von
MIKE RICHTER
aus Strießen

Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernd W. Zastrau
Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. Harald Schorn
Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Reinhold Kienzler

Tag der mündlichen Prüfung: 04. Februar 2005
Berichte des Instituts für Mechanik und Flächentragwerke
Heft 2 (2005)

Herausgeber:
Technische Universität Dresden
Fakultät Bauingenieurwesen
Institut für Mechanik und Flächentragwerke
Dipl.-Ing. Mike Richter
D-01062 Dresden
Telefon: (0351) 463 35369
Fax: (0351) 463 37200
E-mail: Mike.Richter2@mailbox.tu-dresden.de

Zusammenfassung:

Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung mechanischer Modelle auf der Mesoebene zur analytischen Beschreibung des makroskopischen Materialverhaltens von textilbewehrtem Feinbeton.

Für die Modellierung der heterogenen Struktur wird das Konzept der repräsentativen Volumenelemente (RVE), die für die Mesostruktur des betrachteten Verbundwerkstoffes repräsentativ sind, verwendet. Der Übergang von dem heterogenen Materialverhalten auf der Mesoebene zum mittleren Materialverhalten auf der Makroebene erfolgt mittels Homogenisierung.

Auf Basis der mikromechanischen Grundlösung für ellipsoidförmige Einschlüsse nach ESHELBY wird ein Modell entwickelt, das die Ermittlung des Materialverhaltens von multidirektional bewehrtem Feinbeton ermöglicht. Durch die Anwendung einer Effektive-Feld-Theorie wird die gegenseitige Beeinflussung der unterschiedlich orientierten Bewehrungen in einem gemittelten Sinn betrachtet. Die ab einer bestimmten makroskopischen Beanspruchung entstehenden Mikrorisse berücksichtigt das mechanische Modell über einen durch die Mikrorisse hervorgerufenen zusätzlichen Verzerrungsanteil im RVE. Mittels der verwendeten Effektive-Feld-Theorie kann eine mittlere Beeinflussung zwischen den Mikrorissen und der Rovingbewehrung erfasst werden. Für den Übergang von der Mikrorissbildung zur Makrorissbildung wird für das mechanische Modell der Begriff einer maximalen Mikrorissdichte eingeführt.

Überschreitet die Mikrorissdichte im RVE diesen maximalen Wert, vereinigen sich die Mikrorisse zu Makrorissen. Zur Beschreibung des mechanischen Verbundverhaltens zwischen Roving und Matrix beim Rovingauszug am Makroriss wird eine multilineare Schubspannungs-Schlupf-Beziehung verwendet, welche die Schädigung des Roving-Matrix-Verbundes bis hin zum vollständigen Versagen erfasst. Damit lassen sich experimentell ermittelte Kraft-Verformungskurven an Zugproben wirklichkeitsnah abbilden. [...]

Der Volltext dieser Dissertation  (2005) ist nachfolgend als Pdf-Dokument abrufbar (209 Seiten, externer Link)

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Von der Fakultät für Bauingenieurwesen der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften genehmigte Dissertation (2005)

vorgelegt von
Matthias Molter
aus
Willich

Berichter: Universitätsprofessor Dr.-Ing. Josef Hegger
Universitätsprofessor Dr.-Ing. Manfred Curbach
Tag der mündlichen Prüfung: 3. Juni 2005

Textauszug

1 Einleitung
1.1 Veranlassung
Textilbewehrter Beton ist ein Verbundwerkstoff, der aus einer hochfesten Feinbetonmatrix und einer Bewehrung aus offenmaschigen Textilien besteht. Unter Belastung nimmt der Feinbeton die einwirkenden Druckkräfte, die textile Bewehrung die freiwerdenden Zugkräfte
nach der Rissbildung auf.  Im Vergleich zum Stahlbeton sind aufgrund der korrosionsbeständigen textilen Bewehrung Betonüberdeckungen von wenigen Millimetern möglich, die dünnwandige und filigrane
Konstruktionen erlauben. Profilabmessungen, wie sie aus dem Stahlbau oder dem Faserverbundkunststoffbau bekannt sind, sind für textilbewehrten Beton denkbar. Zusätzlich ist durch die Verwendung von Textilien eine zielgerichtete Anordnung der Bewehrung in Richtung der  Zugbeanspruchung eines Bauteils möglich. Dies führt zu einer wirtschaftlicheren Ausnutzung des Bewehrungsquerschnitts im Vergleich zu Kurzfasern, die ungerichtet in der Matrix liegen und nur zu einem geringen Anteil wirksam sind [...]

Den Volltext können Sie nachfolgend als Pdf-Dokument (externer Link, 221 Seiten) abrufen:

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Von der Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Universität Stuttgart zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung (2004)

Vorgelegt von
Markus Krüger
aus Essen

Institut für Werkstoffe im Bauwesen der Universität Stuttgart, 2004

Textauszug
Einleitung
Die Bewehrung zementgebundener Bauteile mit nichtmetallischen Werkstoffen (Textilien) hat mehrere Vorteile: der Korrosionsangriff im carbonatisierten Beton oder im chloridangereicherten Beton besteht nicht; Bauteile können sehr dünn ausgeführt werden; die nichtmetal-lischen Werkstoffe sind leicht und biegsam und dennoch hochfest. Daher wird von nichtme-tallischer Bewehrung schon lange in Form von Fasern und Rovings Gebrauch gemacht. Kurz-faserbewehrung, wie sie in der Praxis bereits vielfach angewendet wird, hat allerdings den Nachteil, dass aufgrund deren gleichmäßiger Verteilung im Bauteil eine systematische Verstärkung nicht möglich ist und daher hohe Faseranteile benötigt werden. Die Verwendung einzelner Rovings ist hier ein erster Schritt, bei dem nichtmetallische Bewehrungen gezielt nur dort eingelegt werden, wo sie konstruktiv benötigt werden.

Eine neue Entwicklung der letzten Jahre besteht in der Verwendung von textiler Bewehrung, also zwei- oder dreidimensional vorgeformten Bewehrungselementen in zementgebundenen Bauteilen. Der Einsatz textiler Bewehrung ist damit ein nächster Entwicklungsschritt, ver-gleichbar mit dem der Verwendung von Mattenstahlbewehrung anstatt von Stabstahlbeweh-rung. Die Bewehrung kann hier zielgerecht für die jeweiligen Anforderungen vorgefertigt werden und ermöglicht so eine einfach applizierbare und gleichmäßige Verstärkung größerer Flächen.
Der Einsatz von textiler Bewehrung in Beton wurde in der jüngeren Vergangenheit insbesondere in Deutschland verstärkt untersucht. Beispielsweise werden in Deutschland derzeit grundlegende Untersuchungen zum Einsatz textiler Bewehrungen im Betonbau hauptsächlich an der RWTH Aachen sowie an der TU Dresden innerhalb von Sonderforschungsbereichen durchgeführt. An der Universität Stuttgart wurde im Rahmen eines Forschungsvorhabens hingegen die Verwendung von textiler Bewehrung als Vorspannelement zur Herstellung dün-ner Betonplatten untersucht. Mit der Problematik der Vorspannung textiler Bewehrung sowie der Herstellung dünner, vorgespannter, ausschließlich textilbewehrter Betonplatten befasst sich demnach auch die vorliegende Arbeit.

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Modulare Bausysteme aus Textilbeton-Sandwichelementen
Schneider, H.N., Schätzke, C., Feger, C., Horstmann, M., Pak, D.
im Tagungsband: Textilbeton – Theorie und Praxis – 4. Kolloquium zu textilbewehrten Tragwerken (CTRS4), Dresden, Seiten 565-576, 2009
Zusammenfassung: Sandwichelemente mit Deckschichten aus Textilbeton und tragenden Dämmkernen verfügen über ein breites Leistungsprofil, von selbsttragenden Fassadenbauteilen bis zu tragenden Wand-, Dach- und Deckenbauteilen. Trotz der geringen Bauteilstärke von nur 18 – 20 cm besitzen Sandwichelemente aus Textilbeton neben der hohen Tragfähigkeit ein günstiges bauphysikalisches Verhalten hinsichtlich des Wärme- und Schallschutzes. Anhand eines kleinen Experimentalbaus wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB 532 an der RWTH Aachen die Anwendbarkeit von tragenden Sandwichbauteilen verifi-ziert. Dabei wurden wesentliche Fragestellungen wie Konstruktion und Gestalt, Tragverhalten, Bauteilfügung, Herstellungstechnik und Montage untersucht.

Den Volltext können Sie nachfolgend als Pdf-Dokument (externer Link, 12 Seiten) abrufen:

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Abschlussbericht von:
Hegger, Josef; Kommer, Boris;

Testauszug von http://www.baufachinformation.de:

Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen die für Normalbeton bekannten Rechenmodelle zur Abbildung des Tragverhaltens von Übergreifungsstößen zug- und druckbeanspruchter Betonstähle hinsichtlich der Übertragbarkeit auf Bauteile aus selbstverdichtendem Beton überprüft werden.

Hierzu wurde neben der theoretischen Untersuchung eine experimentelle Überprüfung von zug- und druckbeanspruchten Übergreifungsstößen durchgeführt. Aufbauend auf den Versuchserfahrungen bei hochfestem Beton (HEGGER 1998, Burkhardt 2001) wurden für die experimentellen Untersuchungen von Zugstößen vier Biegebalken als Versuchskörper verwendet, bei denen der Übergreifungsstoß in einem Bereich mit konstantem Momentenverlauf angeordnet wird.

Diese Versuchsanordnung bildet die Beanspruchung in einem Biegeträger zutreffend ab. Für die experimentellen Untersuchungen von Druckstößen in selbstverdichtendem Beton wurden drei zentrisch gedrückte Rundstützen verwendet. Es sollen insbesondere der Übertragungsmechanismus sowie die Verteilung der Verbund- und Betonspannungen im Stoßbereich untersucht werden. Ziel ist es, die Regelungen für Normalbeton sowie verschiedene Berechnungsansätze für Übergreifungsstöße in selbstverdichtendem Beton zu überprüfen.

Hiermit sollen die Einsatzgebiete von selbstverdichtendem Beton erweitert werden. Zur Beschreibung der durchgeführten Untersuchungen wird in Kapitel 2 die Technologie des selbstverdichtenden Betons beschrieben. In den weiteren Kapiteln werden jeweils für zug- und druckbeanspruchte Übergreifungsstöße der Stand der Erkenntnis (Kapitel 3), die Versuche (Kapitel 4) sowie die Versuchsergebnisse (Kapitel 5) beschrieben, erläutert und diskutiert. Wegen der Vielzahl der Auswertungen werden hier die Ergebnisse nur exemplarisch dargestellt und zusammengefasst. Im Anhang sind für alle Versuchskörper die Auswertungen der Messwerte zusammengestellt. Darauf aufbauend werden im Kapitel 6 ein Vergleich mit verschiedenen Bemessungsansätzen vorgenommen und schließlich in Kapitel 7 die wichtigsten Erkenntnisse zusammengefasst.
Stuttgart (Deutschland, Bundesrepublik)
Fraunhofer IRB Verlag
2006,110 S.
ISBN: 978-3-8167-7905-6

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(113 Seiten als Pdf_Dokument, externer Link)

Inhaltsverzeichnis Download (Formeln)

• Dauerhaftigkeit von Beton und Stahlbeton
• Bewehrungskorrosion
• Carbonatisierung
• Phenolphthalein
• Ausblühungen
• Die wichtigsten bauschädlichen Salze
• Nachweis
  1. Probenentnahme
  2. Carbonat-Nachweis
  3. Herstellung eines wässrigen Auszugs
  4. pH – Messung
  5. Sulfat-Nachweis
  6. Chlorid-Nachweis

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(22 Seiten, Pdf-Dokument, externer Link: TU Berlin)

Überarbeitetes Arbeitsblatt 7 „Verbund, Verankerungen, Stöße“, Stand 01/09

Im Zuge der A1-Änderung der DIN 1045 wurde das Arbeitsblatt 7 „Verbund,
Verankerungen, Stöße“ vom Institut für Stahlbetonbewehrung e.V. überarbeitet

Nachfolgend finden Sie das Pdf-Dokument (12 Seiten, externer Link)
Bewehren von Stahlbetontragwerken nach DIN 1045-1:2001-07 + A1:2008-07

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Die Dauerhaftigkeit glasfaserbewehrter Betonbauteile wird wesentlich durch die Zusammensetzung der Zementsteinmatrix, die Art des Glases und dessen Oberflächenbeschaffenheit einschließlich erforderlicher Beschichtungen bestimmt. Im Beitrag wird anhand experimenteller Ergebnisse eine Übersicht zu den einzelnen Einflüssen und deren Zusammenwirken im Materialverbund gegeben.

1 Einleitung

Im äußerst breiten Anwendungsspektrum für textile AR-Glasfaserbewehrungen werden zwei große Hauptrichtungen unterschieden, die jeweils spezifische stoffliche Anforderungen stellen. Das ist zum einen die Herstellung von dünnwandigen Fertigteilen unterschiedlichster Art und Zweckbestimmung, zum anderen die Instandsetzung und
Verstärkung von Stahlbetonbauteilen. Auf allen Ebenen hat die Dauerhaftigkeit eine zentrale Bedeutung. Aus den unterschiedlichen Zielsetzungen leiten sich unterschiedliche
Anforderungen und Maßnahmen zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit ab. Die Arbeitsgebiete der stofflichen Forschung und Entwicklung gliedern sich dabei in drei große Teilgebiete, die durch die Begriffe Betontechnologie, Garne aus Glasfasern und Verbundverhalten gekennzeichnet sind. Danach sind auch die nachfolgenden Abschnitte unterteilt.

2 Herstellung und Betontechnologie

2.1 Betontechnologie für dauerhafte Fertigteile

Ein wesentlicher Aspekt für einen wirtschaftlichen Einsatz von Textilbeton innerhalb von Fertigungsanlagen ist die Entwicklung von gezielt an die Herstellungsprozesse angepaßten
Feinbetonen, die bei einer vollständigen Durchtränkung der textilen Bewehrung einen guten Verbund gewährleisten. Im Rahmen des SFB 532 an der RWTH Aachen wurde
eine produktionstechnische Anlage für die quasi-kontinuierliche Herstellung von textilbewehrten Elementen entwickelt. Das Textil wird über Walzen ausgerichtet und in eine doppelwandige U-Schalung geführt. In diese Schalung wird dann der fließfähige Feinbeton injiziert und anschließend bei schubweiser Taktung unter hohem Druck entwässert, verdichtet und damit in einen grünstandfesten Zustand überführt. Für dieses Herstellverfahren sind Feinbetone zu entwickeln, die sich durch eine hohe Fließfähigkeit
für den Injiziervorgang und u. a. geeignete Sieblinien auszeichnen, die eine Entwässerung des Betons und eine anschließende hohe Grünstandfestigkeit erlauben [...]

Der komplette Fachtext ist 2004 im Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin erschienen: Beton- und Stahlbetonbau 99, Heft 6

Den kompletten Fachtext „Betontechnologie und Dauerhaftigkeit von glasfaserbewehrten Bauteilen“ wird als Pdf- Dokument zur Verfügung gestellt (8 Seiten):

> zum Download

lesen Sie dazu auch auf bauinformant: Thema des Monats Juli 09: Glasfaserbeton (externer Link):

Fachtext von:
Dr. Ulrich Pachow
Durapact Gesellschaft für Faserbetontechnologie mbH

Ein Schritt, Betonbauteile noch dünner, schlanker, leichter, beständiger und ästhetischer konstruieren zu können, besteht in der Entwicklung des Glasfaserbetons.

Hochfeste, alkaliwiderstandsfähige AR-Glasfasern werden dem Beton, einer zementgebundenen Matrix mit Gesteinskörnung bis 2 mm als Bewehrung beigegeben. Homogen in der Matrix verteilt verhindern die Fasern schädliche Risse, sind bei entsprechender Dosierung statisch wirksam und nehmen schon bei relativ geringen Zugabemengen höchste Zugkräfte auf.

Die Schlankheit der Bauelemente ist möglich, weil Glasfasern nicht wie Stahl korrodieren und eine in Stahlbeton sehr exakt einzuhaltende Überdeckung der Bewehrung nicht erforderlich ist.

Technische Textilien: AR-Glasfaserprodukte

Glasfaserbeton ist ein Verbundwerkstoff aus einer speziell zusammengesetzten Feinbetonmatrix und zementverträglichen AR-Glasfasem.

Beton weist bekanntlich eine sehr hohe Druckfestigkeit auf, AR-Glasfasern hingegen verfügen über hohe Zugfestigkeiten, vergleichbar mit Werten im Bereich von Stahl.

Im Verbund dieser beiden Stoffe entsteht ein Werkstoff, der die jeweiligen positiven Eigenschaften der Einzelkomponenten zu einem gewünschten Ergebnis vereint.

Durch Variation und Dosierung des Zementes kann u. a. die Druckfestigkeit und durch die Zugabemenge der Fasern die Biegezug- und Schlagfestigkeit gezielt gesteuert werden.

Seit Mitte der 80er-Jahre sind Produkte auf dem Markt, die nicht nur mit Kurzfasern bewehrt sind, Armierungsmatten und ungeschnittene Rovings aus AR-Glas ergänzen oder übernehmen die gesamte Bewehrung.

Zusätzlich kamen textile Flächenprodukte wie Gittergewebe, Gelege und Gewirke dazu. Seitdem taucht neben Glasfaserbeton (GFB) auch der Begriff „Textilbewehrter Beton“ (TBB) oder „Textilbeton“ auf. Die Bezeichnung „Glasfaserbeton“ (GFB) ist umfassender, da die bisher eingesetzten textilen Flächenprodukte aus AR-Glasfasern hergestellt sind und außerdem technische Textilien in der Regel in Verbindung mit Kurzfasern eingesetzt werden.

ZEMENTGEBUNDENE MATRIX

Mindestens 95 % Gewichtsanteile des Verbundwerkstoffes entfallen auf die zementgebundene Matrix.

Sie verleiht dem Produkt eine hohe Druckfestigkeit und gewährleistet außerdem einen hohen Nutzungsgrad der Faserbewehrung, indem sie durch einen kraftschlüssigen Verbund mit den AR-Glasfasern auftretende Zugkräfte an diese weiterleitet und im Verbund abbaut.

Die wesentlichen Komponenten einer Matrix für GFB/TBB sind: Bindemittel, Zuschlag (Größtkorn 2 mm mit stetiger Sieblinie), Zusatzmittel (Luftporenbildner, Verflüssiger), Wasser (w/z-Wert zwischen 0,35 und 0,50). Das Mischungsverhältnis Bindemittel : Zuschlag reicht von 1:0,3 bis 1:2 je nach Produkt und Herstellverfahren.

Ein erhöhter Zuschlaganteil wirkt sich positiv auf die Wasseraufnahme, das Schwindverhalten und letztlich auch auf die Materialkosten aus. Andererseits erschwert ein erhöhter Zuschlaganteil das Einarbeiten der Fasern. Durch Verwendung von Zuschlag mit einem geeigneten Kornaufbau und der Zugabe von Fließmitteln kann die Verarbeitbarkeit optimiert werden. Als besonders wirksam haben sich Verflüssiger der neuen Generation aus Polycarboxilat erwiesen.

Fassade aus Glasfaserbeton in Mettmann

Der w/z-Wert liegt je nach Herstellverfahren und Anwendung zwischen 0,35 bis 0,5, sollte aber, um das Schwinden einzugrenzen, möglichst gering gehalten werden — üblich sind w/z- Werte von 0.4.

Glasfaserbeton wird i. d. R. zur Herstellung filigraner Bauteile mit Wandstärken zwischen 5 mm und 30 mm verwendet. Sie weisen eine im Vergleich zum Volumen große Oberfläche auf, über die bereits direkt nach der Herstellung Wasser verdunsten kann, das für den Erhärtungsprozess notwendig ist. Der daraus resultierende Festigkeitsverlust muss durch eine sorgfältige Nachbehandlung vermieden werden.

Mehr Informationen zu Glasfaserbeton und textilbewehrtem Beton finden Sie auf der Website der Durapact Gesellschaft für Faserbetontechnologie mbH

Quelle: Thema des Monats Juli 2009: Glasfaserbeton (externer Link)

Fachtext zu: TEXTILBETON von INNtex Innovation Netzwerk Textil e. V.

Textil statt Stahl

„Textilbewehrter Beton“ ist ein neuer Baustoff mit großem Potenzial und vielfältigen Einsatzgebieten.

Beton ist einer der ältesten Baustoffe. Schon die Römer erkannten vor mehr als 2000 Jahren die Halt- und Formbarkeit des Betons. Als vor circa 150 Jahren die Bewehrung durch Stahl entdeckt wurde, um ihn druck- und zugfester zu machen, begann sein Siegeszug rund um den Globus. Seitdem ist Stahlbeton der weltweit dominierende Massenbaustoff.

Beton zeichnet sich durch eine sehr hohe Druckfestigkeit aus, dem aber nur eine geringe Zugfestigkeit gegenüber steht. Betonbauteile mit Zug- und Biegebeanspruchungen werden daher mit Stahl bewehrt, der sich durch eine höhere Druck- und Zugfestigkeit auszeichnet. Damit der Stahl im Beton geschützt bleibt und nicht korrodiert, ist eine Betonüberdeckung von mehreren Zentimetern notwendig.

Betonbauteile mit Stahl als Bewehrungsmaterial sind dadurch entsprechend massiv und schwer. Eine Alternative zum Stahl und eine Gewichts- und Volumenreduzierung ist möglich, wenn als Bewehrungsmaterial korrosionsunempfindliche, textile Strukturen aus Hochleistungsfasern eingesetzt werden. Sie ermöglichen filigrane und dünnwandige Querschnitte schon ab einem Zentimeter, die sich dennoch durch sehr hohe Tragfähigkeiten auszeichnen.

Dieser neuartige Verbundbaustoff aus Glasfasern wird als »Textilbewehrter Beton« bezeichnet. »Textilbewehrter Beton« stellt eine leistungsstarke Technologieerneuerung im Bauwesen da. Durch seine Eigenschaften – dünnwandiger Aufbau, Korrosionsfreiheit der Bauteile, präzise Formbarkeit und exakte Oberflächengestaltung – sind neue Einsatzmöglichkeiten verbunden. Effektivere Methoden bei der Sanierung und Instandsetzung von Gebäuden aller Art sind möglich. Das geringere Gewicht und Volumen spart Material im Neubaubereich und reduziert Transportkosten. Die nahezu ungehinderte Formbarkeit dieses Baustoffs wird Architekten und Designer inspirieren, ihn für frei geformte Fassaden, Möbel und Stadtmöbel zu verwenden.

1991 begannen am Sächsischen Textilforschungsinstitut (stfi) erste Untersuchungen zum Einsatz textiler Strukturen als Bewehrung im Beton. Ab 1993 führten die Institute für Textil- und Bekleidungstechnik und Massivbau der Technischen Universität Dresden grundlegende Forschungen durch. 1999 wurde der Sonderforschungsbereich »Textile Bewehrungen zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung« von der Deutschen Forschungsgemeinschaft installiert. Diese Forschungsergebnisse zum »Textilbewehrten Beton« sollen jetzt in möglichst viele Anwendungsfelder umgesetzt werden.

Dazu diente als Auftakt das Innovationsforum »Textilbewehrter Beton – ein neuer Verbundbaustoff« im März 2008, das vom INNtex Innovation Netzwerk Textil e. V. koordiniert und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wurde. Ziel war es, Bau- und Textilunternehmen zusammenzubringen. Aber auch weitere Branchen sollten hinzugezogen werden, wie die Möbelindustrie, der Garten- und Landschaftsbau bis hin zur Fahrzeugindustrie. Dort gibt es ebenfalls Perspektiven für den neuen Baustoff.

Gemäß der Ziele zum Innovationsforum “Textilbewehrter Beton“ bilden seit dem Frühjahr 2009 Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus der gesamten bauwirtschaftlichen Wertschöpfungskette erstmals einen Netzwerkverbund zur marktwirksamen Umsetzung von Innovationen für den vielfältigen Einsatz faser- und textilbewehrter Betone.

Schwerpunkte unter Regie des Innovation Netzwerk Textil e. V. sind:

• Initiieren und Umsetzen von Projekten zur Produkt- und Technologie­entwicklung
• Aufbau geschlossener Prozessketten zur Schaffung nachhaltiger Wettbewerbsvorteile für die Netzwerkpartner

Mit der Erfindung und Entwicklung des »Textilbewehrten Betons« knüpfen die sächsischen Forscher an die Traditionen des Textillandes Sachsen an. Die sächsische Textil- und Bekleidungsindustrie verfügt seit je her über ein starkes Potenzial und große Innovationskraft. Dazu kommen zahlreiche Bauunternehmen, die Beton verarbeiten bzw. Betonfertigteile herstellen. Zusammen mit den Forschungsinstituten gelang der Vorsprung bei der Entwicklung dieses innovativen Baustoffs.

Beispiele für den Einsatz von »Textilbewehrtem Beton « gibt es bereits. Im sächsischen Oschatz wurde 2006 eine Fußgängerbrücke über die Döllnitz auf dem Gelände der Landesgartenschau errichtet, deren Betonbauteile ausschließlich mit Textilfasern verstärkt sind und damit eine Weltneuheit war. Die einzelnen Bauteile sind nur drei Zentimeter dick. Dadurch wirkt die Brücke filigran und wiegt nur circa ein Fünftel von dem, was eine vergleichbare Stahlbetonbrücke mit 25 Tonnen Gewicht wiegen würde. Die Brückenkonstruktion und -errichtung erfolgte in Zusammenarbeit der TU Dresden mit dem Betonwerk Oschatz.

Ein zweites Brückenprojekt mit »Textilbewehrtem Beton« konnte das Betonwerk Oschatz zusammen mit den Bauingenieuren der TU Dresden in Kempten im Allgäu verwirklichen. Die dortige Brücke über die Innere Rottach, seit Oktober 2007 für Fußgänger und Radfahrer frei gegeben, ist mit 16 Metern doppelt so lang wie das Erstlingswerk in Oschatz und wiegt mit 12,5 Tonnen nur ein Drittel von dem, was eine Stahlbetonbrücke in herkömmlicher Bauweise wiegen würde. Die Brücke setzt sich aus 18 Segmenten zusammen, die im Oschatzer Betonwerk vorgefertigt und mit Spezialtransportern nach Kempten gebracht wurden. Auch der Architekt Martin Kleppe verwendet bei seiner Arbeit bereits »Textilbewehrten Beton«. Neben Skulpturen gestaltet er Möbel – beispielsweise Tische und Lampen – und schätzt neben der freien Formbarkeit und der filigranen Erscheinung die extreme Stabilität seiner Werke.

Die Koordinierung des Praxistransfers »Textilbewehrter Beton – ein neuer Verbundbaustoff« erfolgt durch den INNtex Innovation Netzwerk Textil e. V. Der Verein wurde im Jahr 2000 von Unternehmen der sächsischen Textilindustrie gegründet, um die Zukunftssicherung der sächsischen Textilbranche aktiv voranzutreiben und den Vorsprung in der Zukunftsindustrie Textil zu sichern.

Kontakt:
INNtex Innovation Netzwerk Textil e. V.

Dietmar Kramer, Netzwerkmanager
Annaberger Straße 240
09125 Chemnitz
Telefon +49 (0) 351. 261 02 80
Funk +49 (0) 172. 947 12 66
E-Mail info@inntex.de
www.textil-beton.de

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weiterführende Fachtexte:

Erfahrungen mit der Ausführung von Bauteilen mit textiler Bewehrung
Bebilderte Dokumentation von Anwendungsbeispielen. [9 Seiten, 780 kB, PDF]
Hrsg.: Thomas Friedrich, Novacret AG, Nov. 2001

Hochleistungstextilien für die Bauindustrie
Informationen über Verstärkungstextilien, speziell zu Multiaxialgelegen, zu deren Herstellung und Typeneinteilung sowie zu ihrem Einsatz im Bereich Beton und Estrich. Aus: BWI-BetonWerk International, Heft 2/2002. [8 Seiten, 650 kB, PDF]
Hrsg.: Thomas Bischoff, Seartex Wagener GmbH & Co.KG; Thomas Friedrich, Novacret AG

Textilbewehrter Beton – ein neuer Verbundbaustoff
Informationen zu textilen Bewehrungen mittels Fasern aus alkaliresistentem Glas, Carbon oder dehnungsarmem Polypropylen. Gibt einen Einblick in die Eigenschaften und potentiellen Anwendungsmöglichkeiten (Hohlbalken, Verstärkung von Stahlbetonmasten oder -platten, Kanubau). [7 Seiten, 1,7 MB, PDF]
Hrsg.: Rainer Hempel, TU Dresden, Januar 2002

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Stahlbeton ist ein Verbundbaustoff und besteht aus Baustahl, Zementstein, Zuschlagstoffe und u. U. chemischen Zusätzen. Stahl kann hohe Zugkräfte aufnehmen, Beton weist hingegen eine hohe Druckfestigkeit auf. So werden beim Stahlbeton die Vorteile beider Werkstoffe miteinander vereint. Die Stahleinlagen (Bewehrung) können aus Betonstabstahl oder Betonstahlmatten bestehen. Stahlbeton wird für Konstruktionen eingesetzt, bei denen starke Zugkräfte auftreten. Ältere Bezeichnungen für Stahlbeton sind Eisenbeton und Monierbeton. Der Korrosionsschutz des Baustahles im Beton wird durch die hohe Alkalität bei 11,5 = ph = 13,8 gewährleistet.

Die häufigsten Baufehler sind eine zu geringe Betonüberdeckung, unzureichende Nachbehandlung des Betonbauteiles, ↑Kiesnester und Absandungen der Betonoberflächen, die Nichtbeachtung von ↑Ausschalfristen und / oder eine nicht fachgerechte, den äußeren Umweltbedingungen angepasste Betonzusammensetzung.

Diese Baufehler führen dann oft zu einer Korrosion an der Bewehrung. Neben den optischen Fehlern kann dies auch statische Konsequenzen haben, da der Bewehrungsstahl ist für die Zugkräfte im Bauteil verantwortlich ist. Durch eine fortschreitende Korrosion mindert sich u. U. der der erforderliche Querschnitt des Baustahles. Maßgebliche Beurteilungskriterien sind die Betondeckung und die Karbonatisierungstiefe.

Betonstahl macht Beton zum Stahlbeton
Eine hochwertige Bewehrung, die aus rechnerischer und konstruktiver Sicht in ausreichender Menge eingelegt ist, gibt der Stahlbetonkonstruktion ihre Sicherheit gegen die bei der Bemessung in Ansatz gebrachten, aber auch gegen außergewöhnliche Beanspruchungen. Bei den Kosten ist es unrentabel, insbesondere in Relation zu den hohen Ingenieurkosten, die letzte, theoretisch
mögliche Einsparung an Bewehrung zeitaufwendig herauszurechnen. Eine Konstruktion mit wohldurchdachter Bewehrungsführung dankt es dem Tragwerksplaner durch Dauerhaltbarkeit und die Aktivierung von zusätzlicher Sicherheit im nicht auszuschließenden Katastrophenfall.

Das Sparpotential liegt nicht bei der Bewehrung, sondern im Bauablauf.
Eine Bewehrung, die übersichtlich konstruiert ist, erleichtert dem Biegebetrieb das Arbeiten, erleichtert das Verlegen und verhindert Verwechslungen. Eine geringe Zahl von Positionen ist anzustreben. Dies trägt zur Kostenminimierung bei.
Die Kosten für die Bewehrung sind relativ zu den anderen Gewerken als niedrig einzustufen. Im Regelfall sind das 3 bis 5 %, nur im Extremfall ca. 10 % der Rohbaukosten.

Hier finden Sie die DIN 1045-1:2001-07: Bewehren von Stahlbetontragwerken, Hrsg.: Institut für Stahlbetonbewehrung e.V.

Neben der chemischen Industrie besitzen nichtrostende Stähle in den Bereichen Bauwesen, Verkehrswesen, Energietechnik, Meerestechnik, Lebensmittelindustrie und Haushaltstechnik ein breites Anwendungsfeld. Von wenigen Ausnahmen abgesehen, werden die nichtrostenden Stähle primär aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit eingesetzt. Für eine Anwendung als Betonbewehrung muss eine Schätzung der korrosiven Umgebung gegen Ende der erwarteten Lebensdauer gemacht werden, was im Fall einer Brücke 80 oder sogar 120 Jahre sein kann.

Korrosionsschäden
Die alarmierenden Korrosionsschäden an Strassenbrücken, Tunnel, Galerien, Mauern, Parkhäusern und anderen Betonkonstruktionen in den USA, Kanada, Skandinavien, Grossbritannien und Kontinentaleuropa (vorwiegend durch Streusalz) und Schäden an Betonbauten im Mittleren Osten und anderen Ländern mit warmer, feuchter und salzhaltiger Atmosphäre haben das Interesse seit einiger Zeit auf die vorteilhaften Eigenschaften der nichtrostenden Stähle für Betonbewehrungen gelenkt.

Was ist nichtrostender Stahl
Wird gewöhnlichem Stahl mindestens 11% Chrom beigefügt, so ergibt sich der einfachste nichtrostende Stahl, der geeignet ist für den Einsatz in einer schwach aggressiven wässrigen Umgebung. Der Zusatz von Chrom bewirkt auf der Stahloberfläche die Bildung einer dünnen, dichten fest haftenden und dehnbaren Oxidschicht. Diese Oxidschicht verleiht dem Stahl Passivität, d.h. er korrodiert nicht aktiv. Sie wird auch Passivschicht genannt und ist dafür verantwortlich, dass der Stahl korrosionsbeständig ist. Wenn sich die Bedingungen ändern, passt sich die Oxidschicht den neuen Bedingungen an. Es ist auch möglich, dass die Passivschicht durch Werkzeuge oder durch Unfall beschädigt wird. Unter normalen Umständen, im Beisein von Luft, erstellt sich die Passivschicht von neuem, sie heilt sich selbst. Diese interessante Eigenschaft der nichtrostenden Stähle hat eine grosse praktische Bedeutung, da in den meisten Fällen keine speziellen Massnahmen nötig sind, um die Passivschicht zu erneuern oder zu reparieren.

In Europa werden etwa 10 verschiedene Legierungen für gerippten Betonstahl angeboten. Da der Anteil der zulegierten Elemente den Preis der nichtrostenden Stähle beeinflusst, ist es die Verantwortung des Ingenieurs, den kostenwirksamsten Stahl für eine bestimmte Anwendung zu wählen. Andererseits darf nicht vergessen werden, dass jeder Korrosionsfall enorme Kosten für die Behebung auslöst. Zudem machen die Kosten für die Bewehrung nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten einer Betonkonstruktion aus.

Quelle, mit Genehmigung der: Ancon GmbH, Nürnberg

veröffentlicht auf bauinformant,
Thema des Monats Februar 2009