Lehrstuhl und Institut für Massivbau

Veranlassung und Zielsetzung

Im Vergleich zu Stahlbetonbauteilen versprechen Konstruktionen aus Carbonbeton eine höhere Tragfähigkeit bei gleichzeitig deutlich längerer Lebensdauer. Dadurch können Bauwerke filigraner und schlanker ausgeführt sowie durch die hohe Widerstandsfähigkeit nachhaltige, langlebige und wirtschaftliche Konstruktionen errichtet werden.

Zur Sicherstellung der Tragfähigkeit des innovativen Verbundwerkstoffes sind umfassende Kenntnisse zum Ermüdungs- und Dauerstandverhalten von Carbonbeton erforderlich. Die Erkenntnisse sind somit maßgebend für die Bemessung textilbewehrter Konstruktionen. Mit der Durchführung von Dauerstandzug- und Ermüdungszugversuchen sowie Dauerstandverbund- und Ermüdungsverbundversuchen soll im Rahmen des Verbundvorhabens C3 V2.1 die Erarbeitung eines Ansatzes zur Vorhersage der Langzeiteigenschaften von mit Carbontextilien und/oder Carbonstäben bewehrten Betonbauteilen möglich sein.

Das Dauerstandverhalten wird in der Regel durch die Dauerstandfestigkeit des verwendeten Verbundwerkstoffes charakterisiert, die unter anderem durch die Spannung, die Temperatur, die Feuchtigkeit und den pH-Wert (Alkalität) beeinflusst wird. Auf Basis von erarbeiteten Prüf- und Nachweiskonzepten soll das Dauerstandverhalten von Carbonbeton unter statischer und zyklischer Dauerbeanspruchung zunächst in kleinteiligen Versuchen über unterschiedliche Belastungszeiträume bzw. Schwingspielzahlen untersucht werden. Vor allem die statischen Dauerstandversuche sind dabei unter Zeitraffereffekten bzw. einer künstlichen Alterung durchzuführen, um eine Extrapolation des Materialverhaltens auf Nutzungsdauern von bis zu 100 Jahren ermöglichen zu können. Die künstliche Alterung wird durch erhöhte Temperaturen sowie hohe Spannungsniveaus in einer wassergesättigten Umgebung sichergestellt. Eine Trendlinie zur Beschreibung der Festigkeitsverluste über die Zeit kann durch die Durchführung von Versuchen bei unterschiedlichen Spannungsniveaus über verschiedene Versuchslaufzeiten ermöglicht werden.

Im Anschluss an die kleinteiligen Versuche soll die Übertragbarkeit des Materialverhaltens unter Dauerlast auf großformatige Bauteile überprüft werden.

Experimentelle Untersuchungen

Das Institut für Massivbau untersucht im Rahmen dieses Projektes das Dauerstandverhalten einer Materialkombination für Neubauteile sowie das Ermüdungsverhalten je einer Materialkombination für Neubauteile und Verstärkungen.

Für die Untersuchung des Dauerstandverhaltens wurde eine Versuchseinrichtung entwickelt, in der die Probekörper einer konstanten statischen Belastung über mehrere Monate temperiert und unter Wasser gelagert ausgesetzt sind. Durch verschiedene Spannungsniveaus bei variierenden Versuchszeiträumen soll eine Trendlinie zur Bestimmung von Festigkeitsverlusten abhängig von der Zeit aufgestellt werden. Dieser Zusammenhang soll als Ansatz zur Bestimmung der Dauerstandzugtragfähigkeit dienen. Im Anschluss an die Dauerstandversuche wird ein Prüf- und Nachweiskonzept validiert werden, das am Institut für Massivbau entwickelt wurde und mit dem es möglich ist, das Dauerstandverhalten von Carbonbeton zu beschreiben. Das Prüf- und Nachweiskonzept wurde auf Basis vorhandener Richtlinien und Normen für FVK-Bewehrung abgeleitet.

Die Ergebnisse der Ermüdungszugversuche fließen ebenso in ein Nachweismodell ein, das anhand großformatiger Bauteilversuche überprüft wird.

Zusätzlich werden im Rahmen des Projektes experimentelle Untersuchungen zur Dauerverbund- und Ermüdungsverbundtragfähigkeit durchgeführt. Auf Basis der Versuchsergebnisse wird ein weiteres Prüf- und Nachweiskonzept aufgestellt, um eine Bemessung der Verbundeigenschaften bis zum Ende der Lebensdauer zu ermöglichen.

Ausblick

Auf Basis der aufgestellten Prüf- und Nachweiskonzepte soll es möglich sein, das Dauerstand- und Ermüdungsverhalten von Carbonbeton und somit die Eigenschaften zum Ende der Nutzungsdauer von carbontextilbewehrten Bauteilen zu bestimmen. Die Konzepte sollen für übliche Lebensdauern von bis zu 100 Jahren anwendbar sein. Durch die gewonnenen Erkenntnisse über das Dauerstand- und Ermüdungsverhalten wird die Bemessung carbonbewehrter Betonbauteile deutlich verbessert.

Dank

Das vorgestellte Vorhaben C3-V2.1-IIIb wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Projektes C³-Carbon Concrete Composite gefördert. Hierfür wird an dieser Stelle gedankt.

Förderer

Bundesministerium für Bildung und Forschung, 2017-2020

Bearbeiter

Arne Spelter, M. Sc.; Dr.-Ing. Norbert Will