Page 20 - ITM Jahresbericht 2022

Jahresbericht 2022

Neuartige Garnarchitekturen ermöglichen bis zu 500 % höhere Verbund-
wirkung

Novel yarn architectures allow up to 500 % increased bond behavior

P. Penzel, L. Hahn, T. Gereke, A. Abdkader, Ch. Cherif

Abstract versprechen Lösungen durch eine Profilierung der
Garnoberfläche [5]. Daher wurden am ITM Techno-
In the past two decades, carbon concrete has been logien zur kontinuierlichen und reproduzierbaren
established as a convincing and sustainable alter- Herstellung profilierter textiler Hochleistungsgar-
native to conventional steel reinforced concrete. A ne und deren Weiterverarbeitung zu Bewehrungs-
major advantage are the high load-bearing capa- strukturen entwickelt. Diese neuartigen, profilierten
cities of the textile reinforcement structures (TRS) Bewehrungen zeichnen sich dadurch aus, dass diese
that require a minimal concrete coverage, ena- im Betonverbund deutlich höhere Kräfte übertragen
bling light and filigree construction. The force has können [6, 7]. Die Herstellung gitterartiger Beweh-
so far been transferred to the carbon fiber primarily rungsstrukturen aus den profilierten Bewehrungs-
through an adhesive connection (material fit) with garnen erfolgte durch die Weiterentwicklung der
the concrete matrix. In contrast to a stable form- Multiaxial-Kettenwirktechnik. Diese wurde entspre-
fit interlocking, as used with ribbed steel bars, this chend der notwendigen Anpassungsmaßnahmen
material connection does not allow efficient use of zur schädigungsarmen und anforderungsgerech-
the mechanical load capacity of the TRS. To improve ten Verarbeitung der profilierten Bewehrungsgarne
the material efficiency of TRS, new profiled carbon hinsichtlich der bestehenden Teilprozesse modular
reinforcement structures were developed. By crea- weiterentwickelt.
ting an additional mechanical interlock with the
concrete matrix, the profiled reinforcement struc- Entwicklung neuartig profilierter
tures show a significant improvement in bonding Bewehrungsgarne
behavior.
Für die anforderungsgerechte Entwicklung von pro-
Einleitung filierten Bewehrungsgarnen für Betonanwendungen
erfolgte eine simulationsgestützte Garnentwicklung
Der Klimawandel ist die größte Herausforderung des auf Basis der Flecht- und Tränkumformtechnik. Die
21. Jahrhunderts, der nur durch eine konsequente wesentliche Herausforderung bestand insbeson-
Einsparung von Ressourcen und Reduzierung von dere darin, profilierte Garne mit minimaler Struk-
CO -Emmisionen erfolgreich bewältigt werden kann. turdehnung zu realisieren, sodass beim Versagen
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Da die Baubranche mit einem Anteil von ca. 38 % der der Betonmatrix bei ca. 0,2 % Dehnung eine initia-
weltweiten CO -Emissionen, insbesondere aufgrund le Kraftübertragung der Textilbewehrung ermöglicht
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des enormen Zementverbrauchs, einen erheblichen wird und die Rissbreiten im Beton minimiert wer-
Beitrag zur bisherigen Klimaerwärmung hat [1], ist den [2, 3]. Hierzu wurde eine neuartige Flechtstruk-
ein Wandel zu mehr Energie- und Ressourceneffi- tur mit einem Variationsflechter (siehe Abbildung 1
zienz sowie einem wachsenden Nachhaltigkeitsbe- links) entwickelt. Darüber hinaus wurde der Flecht-
wusstsein zwingend erforderlich. Im Zuge dessen prozess derart weiterentwickelt, dass eine schädi-
etabliert sich der ressourceneffiziente Carbonbeton gungsarme Verarbeitung von Hochleistungsfila-
im Bauwesen als überzeugende Alternative zum kon- mentgarnen und ondulationsarme Vorstabilisierung
ventionellen Stahlbeton [2, 3]. Die korrosionsbestän- der Flechtgarnstruktur während des Flechtprozesses
dige Textilbewehrung führt zu einer deutlich redu- ermöglicht wird und dennoch eine textile Weiterver-
zierten Betondeckung und damit zu einem enormen arbeitbarkeit gewährleistet ist. Im Ergebnis wurden
Potenzial klimaschädlichen Beton einzusparen. Varioflechtgarne sowie konventionelle Packungs-
flechtgarne bestehend aus Carbonfilamentgarnen
Aufgrund der hohen Tragfähigkeiten der textilen mit nahezu eliminierter Strukturdehnung, minima-
Bewehrung bei kleineren notwendigen Betonquer- ler Faserschädigung und anforderungsgerechter
schnitten kommt jedoch dem Verbund zwischen Tex- Vorstabilisierung der Garnstruktur realisiert.
til und Beton eine außerordentlich große Bedeu-
tung zu. Bisher lag der Fokus der F&E-Arbeiten auf Mit einer am ITM vorhandenen Laboranlage wur-
der Entwicklung von Tränkungsmitteln und zuge- den zudem neuartige profilierte Carbonpolymergar-
höriger Tränkungssysteme zur Verbesserung des ne mit patentierter Tetraeder-Geometrie entwickelt
stoffschlüssigen Haftverbundes mit der Betonmat- (siehe Abb. 1 rechts).
rix [4]. Damit lassen sich jedoch nur geringe Kräfte
mit einem Schubfluss von etwa 5 - 40 N/mm über-
tragen und eine effiziente Ausnutzung der texti-
len Bewehrung ist nicht möglich. Signifikante Ver-
besserungen zur Übertragung der Verbundkräfte

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