Entwicklung leichter Profile und Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen für Anwendungen in der textilen Gebäudehülle und der Fenstertechnik. (PROFAKU). Abschlussbericht

Martin Kerschbaum
Nummerische Untersuchungen zur Abbildung des progressiven Schädigungsverhaltens von CFK
IKV-Berichte aus der Kunststoffverarbeitung, Band 270
Dissertationsschrift
2017, 150 S., 90 Abb. 21 cm, Softcover
Mainz Verlagshaus Aachen

 

 

Flexible Verbundmaterialien in Architektur, Bauwesen und Innenarchitektur
2013, 232 S., 200 b/w and 300 col. ill. 280 mm, Hardcover
Birkhäuser Berlin

 

 

Textilien faszinieren wegen der besonderen Formen, die diese Gewebestrukturen ermöglichen und aufgrund ihres außergewöhnlichen Charakters als weiche Materialien. Gemeinsam mit ihren funktionalen und konstruktiven Eigenschaften bieten sie ein Leistungsspektrum, das bei spektakulären wie auch alltäglichen Aufgaben genutzt wird. Der Band widmet sich den technischen Textilien in drei Teilen: Im ersten Kapitel wird das Material in seinen spezifischen Eigenschaften vorgestellt, das zweite Kapitel befasst sich mit den Anwendungen in den Bereichen Architektur, textile Fassaden, Sonnenschutz und Innenarchitektur unter besonderer Berücksichtigung von Verarbeitungsweisen und Konstruktionsprinzipien. Das dritte Kapitel dokumentiert eine Auswahl von ca. 20 internationalen gebauten Projekten, um die verschiedenen Einsatzgebiete auch unmittelbar zu veranschaulichen.

Robert Engelfried, Helena Eisenkrein
Schäden an polymeren Beschichtungen
Schadenfreies Bauen, Band 26
Reihe begründet von Günter Zimmermann.
2., überarb. und erw. Aufl.
2012, 200 S., 148 z.T. farb. Abb., 13 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Mit den heutigen Erfordernissen, Bauwerke gegen Witterungseinflüsse und Nutzungsbeanspruchungen zu schützen, sind die Anforderungen an Anstriche und Beschichtungen bei Planung, Werkstoffherstellung und Anwendung deutlich größer geworden. Dieses Buch, jetzt in vollständig aktualisierter und erweiterter 2. Auflage, gibt einen Überblick über die wichtigsten Beschichtungsstoffe, ihre Zusammensetzung und Eigenschaften, die wichtigsten Anwendungsregeln sowie ihre Verhaltensweisen unter praktischen Beanspruchungsbedingungen. Anhand von Schadensbeispielen werden Ursachen und Mechanismen des Versagens von Anstrichen und Beschichtungen erläutert und daraus diejenigen Planungs- und Verarbeitungsfehler abgeleitet, die es zu vermeiden gilt. Einen besonderen Raum nehmen visuell nicht erkennbare Mängel ein, die nur auf analytischem bzw. technologischem Weg feststellbar sind.

Rolf P. Gieler, Andrea Dimmig-Osburg
Kunststoffe für den Bautenschutz und die Betoninstandsetzung
Baupraxis
Der Baustoff als Werkstoff
2006, xvi, 480 S., XVI, 480 S. 340 Abb. 244 mm, Softcover
Springer, Basel

 

 

Neben traditionellen und bewährten Baustoffen wie Holz, Stahl, Beton und Mörtel sind Kunststoffe eine sehr junge, aber extrem vielschichtige Baustoffgruppe mit vielfältigen, positiven und oft außergewöhnlichen Eigenschaften. Leider werden sie vielfach mit großer Skepsis betrachtet, die eigentlich nur der Unsicherheit im Umgang mit Kunststoffen geschuldet ist. Dieses Buch soll dazu beitragen, diese Zurückhaltung zu überwinden. Der bogen spannt sich von den verschiedenen Arten der Polymere und ihren Bildungsreaktionen, Strukturen und grundsätzlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften, bis hin zu detaillierten Betrachtungen der Anwendung der Kunststoffe für Werkstoffe im Bautenschutz sowie in der Betoninstandsetzung. Ausführlich wird auf die baupraktischen Belange eingegangen, wie Planung, geeignete Auswahl der Kunststoff-Werkstoffe unter den Kriterien ihrer Anwendung, sowie Details der Ausführung. Ein weiterer wichtiger Aspekt, der immer wieder betrachtet wird, ist das Vermeiden von Bauschäden. Das buch richtet sich an Studierende und alle, die auf dem Gebiet des Bauwesens tätig sind.

Dieter Arlt, Rainer Weltring
Langzeitbewährung und Entwicklungstendenzen von Kunststoff-Bauprodukten im Wohnungsbau
Bauforschung für die Praxis, Band 42
1998, 137 S., 90 Abb., 7 Graphiken,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Bewertung von Baustoffen müssen heute eine Vielzahl neuer Kriterien Beachtung finden. Neben den weiterhin relevanten technischen und ökonomischen Faktoren Festigkeit, Haltbarkeit, Verarbeitbarkeit und Preis-Leistungsverhältnis werden in zunehmendem Maße umweltrelevante Kriterien wie Ozongefährdung, Ressourcenverbrauch sowie eventuelle gesundheitliche Risiken bei Herstellung, Verarbeitung, Nutzung und Entsorgung der Materialien in Betracht gezogen. Die Berücksichtigung dieser zusätzlichen Bewertungskriterien soll dazu führen, daß neben einer vor allem ökonomischen Beurteilung von Bauteilen und Baustoffen eine, durch Ökobilanzen gestützte, ökologische Bewertung möglich ist. Die Mehrzahl der Bauprodukte in dieser Studie kam vor über 20 Jahren zum Einsatz, zu einer Zeit also, in der hauptsächlich die technischen Eigenschaften und der Kaufpreis zur Bewertung und Auswahl der Materialien herangezogen wurden. Primär ist die Studie darauf ausgerichtet, das Langzeitverhalten einer kritischen Prüfung zu unterziehen. Die Menge der hier betrachteten und zur Bewertung herangezogenen Anwendungen ist jedoch nicht groß genug, um eine statistisch fundierte Aussage über das Langzeitverhalten aller gleichartigen Bauanwendungen zu treffen. Vielmehr ist diese Arbeit eine "Momentaufnahme" verfügbarer, wissenschaftlich fundierter Informationen.

C. Könke, J. P. Bergmann, M. Ganß, J. Hildebrand, M. Kuhne, S. Hammer, Y. Ali
Zustandsmonitoring von mit Kohlefaserlamellen verstärkten Stahlverbindungen unter Einsatz integrierter Fasersensorik. Intelligentes CFK-Pflaster. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3103
2018, 59 S., 40 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ein neuer Ansatz zur Ertüchtigung von Stahlkonstruktionen ist die klebetechnische Applikation von Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK). In die Klebverbindung integrierte sehr dünne faseroptische Sensoren können hier helfen neue Detailkenntnisse zu den Verbundeigenschaften insbesondere zu dem Klebfugenverhalten unter komplexen Umgebungsbedingungen und Belastungen zu erlangen. Die Untersuchungen an den Stahl-CFK-Klebverbindungen und CFK-verstärkten Bauteilen mit in der Klebfuge integrierten faseroptischen Sensoren verdeutlichen, dass während der mechanischen und thermisch-hygrischen Belastung der Stahl-CFK-Klebverbindungen sehr genau und ortsauflösend lokale Dehnungen sowie inhomogene Dehnungszustände in Sensorfaserrichtung in der Klebfuge ermittelt werden können. Mit der Fasersensorik können somit tatsächliche Dehnungszustände und eine Schädigung des Verbundes in Form einer Delamination ortsaufgelöst und in Echtzeit detektiert werden. Die Ergebnisse des Vorhabens liefern somit einen neuen Ansatz für die Optimierung von strukturellen Klebverbindungen auf Basis einer Detailanalyse der Klebfugen.

Matthias Pahn, Arnaud Pavis d'Escurac
Tragverhalten von schlanken Sandwichelementen mit GFK-Verbindungsmitteln unter Vertikallast
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3009
2017, 99 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Bemessung von Sandwichelementen unter vertikaler Last kann der stabilisierende Einfluss der Vorsatzschale einschließlich der Verbindungsmittel und der Kernschicht auf das Tragverhalten der Tragschale nicht berücksichtigt werden, weil entsprechende Bemessungsmodelle nicht vorliegen. Eine Berücksichtigung der tatsächlichen Biegesteifigkeit ist aber gerade bei schlanken und damit knickgefährdeten Sandwichwänden äußerst sinnvoll. Deshalb untersuchte das Projekt den Einfluss von Vorsatzschale und Kernschicht auf die Stabilität von Sandwichwänden. Als Verbindungsmittel zwischen der Vorsatzschale und der Tragschale wurden sowohl horizontale und diagonale Stäbe aus glasfaserverstärktem Kunststoff als auch Gitterträger aus Stahl verwendet. Es wurden aussichtsreiche Ansätze für eine wirtschaftlichere Bemessung von schlanken Sandwichfassadenbauteilen erarbeitet.

Ingo Kurzhöfer
Stationäre und instationäre finite Element Analysen zur Erfassung des solaren Temperatureinflusses auf schalenförmige, zylindrische Thermoplastbehälter. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3337
2016, 66 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Zum Nachweis der Standsicherheit von schalenförmigen, zylindrischen Thermoplastbehältern ist es notwendig, bei Außenaufstellung die Temperatureinwirkung durch Sonneneinstrahlung in geeigneter Form mit zu berücksichtigen. Die Begründung liegt in der ausgeprägt starken Temperaturabhängigkeit der thermomechanischen Eigenschaften der verwendeten thermoplastischen Werkstoffe sowie in Zwangseinwirkungen aus behinderten Temperaturdehnungen.

Ulrich Book, Frank Huppertz, Jürgen Neisecke
Entwicklung von verlässlichen Prüf- und Bewertungskriterien für das Verschleißverhalten und die Dauerhaftigkeit rissüberbrückender OS-Beschichtungen für befahrbare Betonflächen
Bauforschung, Band T 3208
2015, 102 S., zahlr. Abb., Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Beim Neubau und bei der Instandsetzung frei bewitterter Parkdecks werden als Betonschutz häufig rissüberbrückende Beschichtungssysteme verwendet. Für diesen Anwendungsfall kommen vor allem flexible Polyurethanharz- oder Polyurethan-Epoxidharzkombinationen zum Einsatz. Diese Werkstoffe besitzen niedrige E-Moduln und hohe Reißdehnungen und sind somit sehr flexibel und weich eingestellt. Trotzdem findet man bei solchen Beschichtungssystemen in der Praxis häufig - vor allem in mechanisch hoch belasteten Bereichen, wie z. B. Kurven, Auffahrten, Rampen und Spindeln - immer wieder typische Verschleißschäden in Form von Rissen und Schichtdickenabbau bis hin zum völligen Versagen des gesamten Oberflächenschutzsystems. Das Verschleißverhalten dieser befahrenen, rissüberbrückenden OS-Systeme hängt von einer Vielzahl unterschiedlicher Beanspruchungs- und Werkstoffparameter ab. Bisherige Prüfverfahren, die die Befahrbarkeit eines Bodens simulieren, beruhen hingegen noch stark auf Empirie sowie auf den jeweiligen Erfahrungen von Herstellern und Anwendern derartiger Systeme. Es ist daher davon auszugehen, dass zurzeit keine allgemein gesicherte Prüfmethode verfügbar ist, welche weder die Dauerhaftigkeit in Bezug auf die Beanspruchung aus dem Fahrverkehr zuverlässig nachweisen kann noch irgendwelche praxisrelevanten Aussagen zum Verschleißverhalten während der Verkehrsbelastung ermöglicht. In dem vom DAfStb geförderten Forschungsvorhaben sollte daher nach einer detaillierten Vorstudie grundsätzlich geklärt werden, wie und unter Nutzung von welchem der bisherigen Prüfverfahren sowohl die Größe des Verschleißes als auch - als ganz wesentliche Erkenntnis - dessen zeitlicher Verlauf an OS-Systemen zerstörungsfrei ermittelt und dokumentiert werden können.

Jürgen Ruth, Rainer Gumpp, Christian Heidenreich
Aktive Faser-Verbundwerkstoffe für Adaptive Systeme. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2801
2012, 189 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Bauwesen werden 50 Prozent des weltweiten Energieverbrauches und ein Großteil der weltweiten Rohstoffvorkommen eingesetzt. Vor diesem Hintergrund ist die Entwicklung von ressourcenschonenden und energieeffizienten Bauweisen, Materialien und Technologien dringend notwendig. Einen möglichen Ansatz stellt die Leichtbauweise mit entsprechenden Leichtbaumaterialien, wie z. B. hochfesten Stählen und Faserverstärkten Kunststoffen (FVK) dar. FVK`s werden seit den 1950er Jahren im Bauwesen eingesetzt. Die Produktion entsprechender Profile ist aufgrund des Strangziehverfahrens (Pultrusionsverfahren) als Großserienproduktion möglich. Des Weiteren ermöglicht die Herstellung von FVK aus Fasern und entsprechendem Matrixmaterial eine genaue Anpassung des Materials und Profils an die Einflussfaktoren. Durch die gezielte Anpassung von Materialien und Strukturen an den Kraftverlauf lassen sich materialoptimierte Systeme erstellen. Der Einsatz von Leichtbaumaterialien ist im Hinblick auf das geringe Gewicht und Dämpfungsvermögen jedoch kritisch zu betrachten. Zu typischen Problemen zählen u. a. die Schwingungsanfälligkeit und große Verformungen infolge dynamischer Belastungen, wie Wind, Erdbeben oder Fußgängerverkehr. Ebenso stellt das hohe Kriechvermögen eine Herausforderung an die konstruktive Ausbildung derartiger Profile dar. Das Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, Wege aufzuzeigen, wie man die Vorteile des Leichtbaus nutzen kann und unter Zuhilfenahme von innovativen Techniken die derzeitigen Einsatzgrenzen aufheben kann. Einen derartigen Ansatz stellt die Integration von aktiven Systemen in Faserverstärkte Kunststoffe dar. Hierbei werden die Vorteile der FVK genutzt und durch einweben, bzw. Einlaminieren aktiver Fasern adaptive, selbstregelnde Systeme erzeugt. Auf diese Weise können die Material- und Systemeigenschaften individuell an die jeweilige Belastungs- und Umgebungssituation angepasst werden. Die Materialforschung hat in den letzten Jahren verschiedene intelligente (smarte) Materialien hervorgebracht. Hier