Archiv für die Kategorie ‘Verbundwerkstoff Beton’
INNOTEX fertig gestellt – weltweit größte bautechnische Anwendung von Textilbeton
Mit dem Neubau des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen wurde bautechnisches Neuland betreten. Die weltweit größte Fassade aus Textilbeton bietet höhere Festigkeit bei niedrigerem Gewicht und spart 80 Prozent CO2 bei der Herstellung. Der Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW investierte rund 12,5 Millionen Euro als Bauherr und Vermieter in die neue Halle.
Am Freitag, 11. September 2009, ist im Hochschulerweiterungsgelände Seffent/Melaten der Neubau INNOTEX des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen feierlich eingeweiht worden.
„Hier ist ein neuer Schmelztiegel der Textilforschung entstanden“, freute sich der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesforschungsministerium, Thomas Rachel. „Die in den INNOTEX-Neubau bisher geflossenen Bundesmittel von rd. 6,3 Mio. Euro sind gut angelegt und werden die schon vorhandene hohe Qualität der Forschungsarbeiten noch steigern helfen. Innovative Werkstoffentwicklungen wie moderne Textilien fördert das Forschungsministerium als wichtige Schlüsselinnovationen im Rahmen der Hightech-Strategie, da sie oft der Anfang von neuen, erfolgreichen und marktfähigen Produkten sind.“
INNOTEX ist das Kompetenzzentrum für innovative Textilstrukturen und Medizintextilien. 200 Mitarbeiter des RWTH-Instituts sowie mehr als 170 Maschinen sind auf einer Gesamtfläche von 4.000 Quadratmetern untergebracht. Die Fassade von INNOTEX besteht aus Elementen mit zwei textilbewehrten Betondeckschichten sowie einer Dämmschicht. Diese Sandwichkonstruktion ist im Rahmen eines von der Europäischen Union geförderten LIFE-Projekts entwickelt worden. Die RWTH-Institute für Massivbau, Bauforschung und Textiltechnik sowie führende Industrieunternehmen kooperierten hierbei.
Die Fassade ist die weltweit bisher größte bautechnische Anwendung des Werkstoffs „Textilbeton“. Textilbewehrter Beton ist ein Verbundstoff, der aus zwei Komponenten besteht: einer textilen Bewehrung aus Glastextilien und einer Betonmatrix. Die Vorteile des Verbundstoffes liegen in der höheren Festigkeit und Steifigkeit bei niedrigerem Gewicht sowie der Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus ist der Kohlendioxid-Ausstoß bei der Herstellung solcher Bauteile im Vergleich zu Stahlbeton um 80 Prozent geringer. Im Rahmen ihrer Forschung haben RWTH-Wissenschaftler gezeigt, dass sich beim Einsatz von textilbewehrtem Beton sehr leichte, sogar filigrane und dabei durchaus komplexe Baukonstruktionen realisieren lassen.
„Seit Beginn der Planungen sind wir stark gewachsen – um 35 Prozent. Daher ist das Gebäude jetzt schon zu klein“, erläutert Prof. Thomas Gries. „Unter Beteiligung und mit Unterstützung von RWTH und BLB denken wir deshalb bereits über einen Erweiterungsbau nach.“
Quelle: Presseinfo BLB NRW (Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW) vom 11.09.2009:
Bauwerksverstärkung mit eingeschlitzten CFK-Lamellen in Beton
von:
DI Ronald Mihala
Institut für Konstruktiven Ingenieurbau
BOKU Wien
Textauszug:
1 Einleitung
Die innovative Werkstoffkombination “Eingeschlitzte CFK-Lamellen und Stahlbeton“ eröffnet völlig neue und viel versprechende Möglichkeiten für die Gestaltung von Bauteilen und Tragstrukturen. Durch diese Kombination wird die Möglichkeit gegeben, ermüdungsfeste und dauerhafte Betonkonstruktionen mit geringem Rohstoffverbrauch für den Einsatz im Bauwesen herzustellen. Die nachträgliche Verstärkung von Bauwerken und anderen Strukturen mit Kohlenstofffaser-Lamellen – kurz CFK-Lamellen genannt – stellt auch eine ökologisch sinnvolle Maßnahme dar, da sie einen Beitrag zur Reduktion des Verbrauchs an Ressourcen im Bauwesen leistet.
Auf die energie- und rohstoffintensive Erstellung neuer Bauwerke kann oftmals verzichtet werden, weil sich mit CFK bauliche Schäden beheben oder bestehende Bauten neuen Anforderungen anpassen lassen. Ökonomische Vorteile ergeben sich bei der Wartung der Tragwerke sowie beim Transport und der Montage der Strukturen.
Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem Verbundverhalten zwischen den beiden Werkstoffen. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen am Institut für Konstruktiven Ingenieurbau zeigen, dass die Verbundtragwirkung eingeschlitzter CFK-Lamellen wesentlich höher ist als die oberflächlich aufgeklebter Lamellen – es also möglich ist, die Zugfestigkeit der CFK-Lamellen effizienter auszunützen. Eingeschlitzte CFK-Lamellen sind überdies besser gegen mechanische und thermische Einwirkungen geschützt.
Diese Technologie räumt somit einige Nachteile aus, die sich durch die Anwendung oberflächlich geklebter CFK-Bewehrung ergeben. Aufbauend auf den Verbundversuchen wurde außerdem eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, eingeschlitzte CFK-Lamellen nicht nur im schlaffen, sondern auch im vorgespannten Zustand zu verwenden, um somit die vorhandenen mechanischen Eigenschaften der CFK-Lamellen optimal nutzen zu können.
Inhaltsangabe:
- Herstellung und Eigenschaften von CFK-Lamellen
- Anwendung eingeschlitzter CFK-Lamellen im Betonbau
- Vorspannung eingeschlitzter CFK-Lamellen
Dieser Fachbetrag ist in der Ausgabe vom 02.11.2007 des VÖZfi – Kolloquium auf den Seiten 4-11 zu finden.
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(62 Seiten als Pdf_Dokument, externer Link)
Textilbewehrter Beton
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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Holz-Anhydrit-Verbund: Bestnoten in Sachen Nachhaltigkeit und Bauphysik
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Holz-Anhydrit-Verbund: Bestnoten in Sachen Nachhaltigkeit und Bauphysik
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| Dr. Torsten Gabriel, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. 18.06.2009
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Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) über dessen Projektträger, die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) gefördert.
Bisher gebräuchliche hybride Verbundelemente aus Holz und Beton werden vor allem dort verbaut, wo erhöhte Anforderungen bei Statik, Schwingungsverhalten und Spannweiten bestehen, z.B. bei mehrgeschossigen Häusern, Schulen und Kindergärten oder Brücken. Solche Kombinationen vereinen die Vorteile zweier Welten. Für das Holz sprechen bei derartigen massiven Bauteilen:
o günstiger, nachwachsender Rohstoff in hoher Verfügbarkeit,
o hohe Zugfestigkeit,
o Nachhaltigkeit (geringe CO2-Emissionen bei der Herstellung, CO2-Einlagerung während der Nutzung und CO2-neutrale energetische Entsorgung)
o angenehme Oberflächentemperatur
o gute Wärmedämmwirkung
o hohe Speicherfähigkeit von Wärme und Luftfeuchtigkeit sowie daraus resultierend guter sommerlicher Wärmeschutz und ein angenehmes, gesundes Raumklima
o geringes Gewicht
o Ästhetik
Für den Beton spricht:
o hohe Druckfestigkeit
o guter Brandschutz
o guter Schallschutz
Nachteilig für solche Holz-Beton-Verbundbauteile wirkt sich jedoch der extrem hohe Energieaufwand für die Betonherstellung aus. Auch für die bei Niedrigenergie- oder Passivhausbauweisen so wichtige Wärme- und Luftfeuchtespeicherung sowie hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit eignet sich Beton aus bauphysikalischer Sicht nur eingeschränkt. Die Forscher der Bauhaus Uni Weimar suchten deshalb nach Alternativen und wurden mit Anhydrit fündig. Anhydrit, chemisch Kalziumsulfat, ist ein in der Natur vorkommendes Mineral, das ohne großen Energieaufwand zu Anhydrit-Estrich verarbeitet wird und in dieser Form bereits häufig als Estrichbelag im Wohnungsbau zum Einsatz kommt. Als statisch tragende Schicht einer Holzdeckenkonstruktion wird es bislang jedoch nicht verwendet. Gegenüber Beton hat Anhydrit deutliche ökologische und ökonomische Vorteile, vor allem zeichnet es sich jedoch durch seine hohe Pufferkapazität für die kurzeitige Speicherung raumklimatisch nicht erwünschter Luftfeuchte- und Lufttemperatur¬schwankungen aus. Hieraus resultiert sein positiver Effekt für das Wohnraumklima.
Die Weimarer Forscher testeten erstmals den Einsatz als tragendes Element sowie eine neuartige, einfache Herstellung des dazu benötigten, ausreichend kraftschlüssigen Verbundes zwischen der Anhydrit-Schicht und dem Holz. Dieser kommt gänzlich ohne die bislang üblichen Verbindungsmittel aus Stahl aus. „Wir erreichen je nach Anwendungsfall einen direkten Haftverbund durch die sägerauhe Oberfläche des Holzes oder durch einen formschlüssigen Verbund mittels in die Brettstapel eingefügter Einfräsungen“ erklärt Projektleiter Professor Karl Rautenstrauch. Der Vorteil: Dieser direkte Verbund ist nicht nur praktisch unnachgiebig und erhöht durch die sehr geringen Verschiebungen in der Verbundfuge ganz wesentlich die Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit der Bauteile, sondern er ist auch viel wirtschaftlicher in der Herstellung. Abgesehen davon, dass Holz aufgrund seiner vielfältigen positiven Eigenschaften und nachhaltigen Verfügbarkeit ohnehin ein fortschrittliches Material ist, kann für die hier verwendeten Brettstapelelemente auch Fichtenholz geringerer Sortierqualität, z.B. Seitenware, in größerem Umfang eingesetzt werden.
Die neue Baustoffkombination, die im Rahmen des Projektes erfolgreich zahlreiche Belastungstests absolvierte, überzeugte auch durch ihre bauphysikalischen Eigenschaften. Professor Rautenstrauch: „Anhydrit kann in heute üblichen Wohn- und Büroräumen problemlos Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen und wieder abgeben. Die insbesondere bei Außenwandelementen erwünschten, weitestgehend diffusionsoffenen Wandbauteile lassen sich so ohne die sonst übliche Dampfsperre oder bremse herstellen. Ein derartiger Wandaufbau sorgt für ein angenehmes Raumklima und verhindert gleichzeitig Bauschäden, die normalerweise schon beim kleinsten Defekt in der Sperrschicht auftreten. Das Verbundelement aus dem Mineral mit dem massiven, tragenden Holzkern speichert aber nicht nur Feuchtigkeit, sondern auch Wärme sehr gut und bietet so im Winter eine angenehm warme Wandoberfläche. Im Sommer kann es die tagsüber über die Fensterflächen einstrahlende Wärme zwischenspeichern und in der Nacht gut dosiert wieder abgeben, so dass ein weitgehend konstantes, angenehmes Wohnklima entsteht.“
Dem Letzteren wird künftig aufgrund veränderter Bau- und Wohngewohnheiten (größere Fenster, mehr Energieverbraucher in Wohn- und Arbeitsräumen etc.) mehr und mehr Bedeutung zukommen. Schließlich ist auch die Wärmedämmung dank des an der Außenseite um eine Holzfaserdämmschicht ergänzten, massiven Holzkerns so gut, dass etwa im Vergleich zu einer herkömmlichen Massivbauwand bei gleicher Wandstärke deutlich bessere Dämmwerte erreichbar sind.
Für das Team der Uni Weimar ist das neu entwickelte Material aufgrund der Vielzahl seiner positiven Eigenschaften der Baustoff der Zukunft. Noch fehlt die bauaufsichtliche Zulassung, doch in Sachsen, Bayern und Thüringen haben bereits erste Unternehmen Interesse geäußert, sich darum zu bemühen. Sobald die Zulassung vorliegt, kann die industrielle Produktion der Holz-Anhydrit-Verbundbauelemente beginnen.
Der vollständige Abschlussbericht steht auf www.fnr.de unter dem Förderkennzeichen 22024505 als Download zur Verfügung.
Nr. 618
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