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Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)

Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3178
Oliver Fischer, Dirk Volkmer, Philipp Lauff, Manuel Hambach, Matthias Rutzen
TU München, Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt, Lehrstuhl für Massivbau
Univ. Augsburg, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Lehrstuhl für Festkörperchemie
2019, 109 S., 69 Abb. u. 29 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
Best.-Nr. F 3178 (Kopie des Manuskripts)
ISBN 978-3-7388-0422-5

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Inhalt

Seit längerem gibt es intensive Bestrebungen, den volkswirtschaftlich außerordentlich bedeutsamen Verbundwerkstoff Stahlbeton weiterzuentwickeln und dazu vor allem die Zugfestigkeit von Beton zu erhöhen. Mit dem an der Universität Augsburg entwickelten Herstellungsverfahren, bei dem die Ausrichtung beigemischter Kohlenstofffasern durch eine Düse gezielt eingestellt werden kann, ist es gelungen, mit handelsüblichen Ausgangsstoffen und im Grunde praxisgerechten Verfahren eine signifikante Erhöhung des Verhältniswertes von Zug- und Druckfestigkeit bei Zementsteinproben zu erreichen. In den Untersuchungen zur Materialentwicklung konnte gezeigt werden, dass die hohen Festigkeiten der faserverstärkten Prüfkörper auch mit kürzeren Fasern erreicht werden können und somit besser verarbeitbare Mörtel gleicher Festigkeit herstellbar sind. Ein sowohl preisliches als auch in der Ökobilanz günstigeres System konnte ohne Festigkeitsverlust realisiert werden, indem teure neuwertige Fasern durch günstigere Recyclingprodukte ersetzt wurden.

Verfügbare Formate

Publikationslisten zum Thema:
Stahlbeton, Entwicklung, Baustoff, Baumaterial, Baustofforschung, Verbundwerkstoff, Faserverstärkung, Faser, Kohlenstofffaserverbundstoff, Kohlenstofffaser, Prüfkörper, Versuchsreihe, Mörtel, Festigkeit, Ökobilanz, Recycling, Festigkeitserhöhung, Carbonfaser, 3D-Druck, Ausrichtung, UHPC, Beton, Innovationsprogramm Zukunft Bau,

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Typische Schäden im Stahlbetonbau - Vermeidung von Mängeln als Aufgabe der Bauleitung
DBV-Heft, Band 16
Aktualisierte Ausgabe 2017.
2017, 174 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover

Die auf zahlreichen Praxisbeispielen basierenden Beiträge in dem Heft wurden von den Bauberatern des Deutschen Beton- und Bautechnik-Vereins erarbeitet und für die Praxis aufgearbeitet. Es werden diverse planerische und ausführungstechnische Mängel beschrieben. Dabei geht es im Einzelnen um folgende Themen: - Prüfung von Planangaben: verdeckte Fragestellungen für die Ausführung; - Korrekte Bestellung von Beton: Besonderheiten der Betone, Vorsicht bei den Expositionsklassen; - Annahme von Beton auf der Baustelle: Worauf die Baustelle bei der Qualitätskontrolle und Überwachung zu achten hat; - Einbau der Bewehrung: Sicherstellung der Betondeckung und des Verbundes beim Betonieren; - Besonderheiten bei wasserundurchlässigen Bauwerken: Planung und Ausführung von Dreifachwänden und wasserundurchlässigen Dächern und Decken (WU-Dächer); - Besonderheiten der Fugenausbildung: Planung und Ausführung; - Besonderheiten bei Sichtbeton: Planung, Ausführung und Abnahme; - Vermeidung und Beurteilung von Rissen: Theorie und Praxis; - Nachbehandlung und Schutz von Betonbauteilen; - Betonieren bei extremen Temperaturen: Betonieren im Winter und im Sommer; - Mangelhafte Angaben in Schal- und Bewehrungszeichnungen; - Kontrolle der Zeichnungen als Aufgabe der Arbeitsvorbereitung; - Korrekte Bestellung von Beton; - Annahme von Beton auf der Baustelle; - Verlegung und Kontrolle der Bewehrung; - Abstandhalter und Betondeckung für verschiedene Einwirkungen; - Betonierbarkeit von Bauteilen aus Beton und Stahlbeton; - Besonderheiten bei wasserundurchlässigen Bauwerken; - Besonderheiten der Fugenausbildung; - Besonderheiten bei Sichtbeton; - Vermeidung und Beurteilung von Rissen; - Nachbehandlung und Schutz von Betonbauteilen; - Betonieren im Winter - Betonieren im Sommer.

Typische Schäden im Stahlbetonbau II - Aber wer hat Schuld? Band 3: Wasserundurchlässige Bauwerke und Sonderfälle
DBV-Heft, Band 30/3
Fassung September 2014.
2014, 55 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
DBV

Der Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein E.V. (DBV) hat seine Heftreihe erweitert und das DBV-Heft 30 "Typische Schäden im Stahlbetonbau II - Aber wer hat Schuld?" zur gleichnamigen Tagungsreihe herausgebracht: Band 1 - Industrieböden und Parkbauten; Band 2 - Sichtbeton und Fertigteile; Band 3 - Wasserundurchlässige Bauwerke und Sonderfälle. Schäden an Bauteilen aus Stahlbeton können vielgestaltig sein. Durch viele Baustellenbesuche, Schadensermittlungen und Gutachten sind den DBV-Bauberatern diejenigen Schäden bekannt, die im Betonbau wiederholt und gehäuft auftreten. Anhand von realen und typischen, jedoch anonymisierten Schadensfällen werden praxisgerechte Lösungen und allgemein gültige Strategien zur zukünftigen Fehlervermeidung erarbeitet. Auch der Frage, bei wem letztendlich die Schuld für den Schaden zu suchen ist, wird zumindest aus technischer Sicht nachgegangen. Vorrangig und beispielhaft werden folgende Bauteile bzw. Aspekte behandelt: - befahrene und nicht befahrene horizontale Bauteile, - Sichtbeton, - Wasserundurchlässige Konstruktionen, - Toleranzen im Hochbau und - Dauerhaftigkeit.

Typische Schäden im Stahlbetonbau II - Aber wer hat Schuld? Band 1: Industrieböden und Parkbauten
DBV-Heft, Band 30/1
Fassung September 2014.
2014, 39 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
DBV

Der Deutsche Beton- und Bautechnik-Verein E.V. (DBV) hat seine Heftreihe erweitert und das DBV-Heft 30 "Typische Schäden im Stahlbetonbau II - Aber wer hat Schuld?" zur gleichnamigen Tagungsreihe herausgebracht: Band 1 - Industrieböden und Parkbauten; Band 2 - Sichtbeton und Fertigteile; Band 3 - Wasserundurchlässige Bauwerke und Sonderfälle. Schäden an Bauteilen aus Stahlbeton können vielgestaltig sein. Durch viele Baustellenbesuche, Schadensermittlungen und Gutachten sind den DBV-Bauberatern diejenigen Schäden bekannt, die im Betonbau wiederholt und gehäuft auftreten. Anhand von realen und typischen, jedoch anonymisierten Schadensfällen werden praxisgerechte Lösungen und allgemeingültige Strategien zur zukünftigen Fehlervermeidung erarbeitet. Auch der Frage, bei wem letztendlich die Schuld für den Schaden zu suchen ist, wird zumindest aus technischer Sicht nachgegangen. Vorrangig und beispielhaft werden folgende Bauteile bzw. Aspekte behandelt: - befahrene und nicht befahrene horizontale Bauteile, - Sichtbeton, - Wasserundurchlässige Konstruktionen, - Toleranzen im Hochbau und - Dauerhaftigkeit.

Typische Schäden im Stahlbetonbau II - Aber wer hat Schuld? Band 2: Sichtbeton und Fertigteile
DBV-Heft, Band 30/2
Fassung September 2014.
2014, 40 S., zahlr. Abb. u. Tab., Geheftet
DBV

Mahdi Hayatrouhi
Strengthening of reinforced concrete beam-column joints to increase seismic resistance
Berichte des Instituts für Massivbau der Universität Hannover, Band 9
2014, 340 S., num. col. illus. and tabs., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die Arbeit enthält eine kategorisierte Übersicht von Nachrüst- und Verstärkungsmethoden bewehrter Balken-Stützen-Verbindungen aus der Literatur. Es zeigt sich, dass sowohl baulicher Eingriff, praktische Ausführung, Duktilität und Dauerhaftigkeit bezüglich seitlichen Widerstands, als auch ökonomische Randbedingungen die herausforderndsten Aspekte seismischer Verstärkungen gefährdeter Balken-Stützen-Verbindungen aus Stahlbeton sind. Die seismischen Konstruktionsprinzipien von Stahlbetonrahmenkonstruktionen wurden entsprechend der Strategie für Nachrüstungen nach dem "capacity design concept" untersucht. Dabei wurde der "beam sidesway mechanism" für seismische Verstärkungen durch eine Verlagerung des plastischen Gelenks in geeigneter Entfernung zur Rahmenecke neu definiert. Danach werden durch Einführung innovativer Energiedissipationsgeräte, wie Multifunktionskonsole (HMFC) und Harmonika-Dämpfer-Platte (HHDP), innovative Verstärkungstechniken 1 und 2 (RT1 und RT2) vorgeschlagen. Die innovativen Geräte HMFC und HHDP als passives Energiedissipationssystem absorbieren Energie durch unelastische Verformung. Zur effizienten und ausgedehnten Bewertung und Anordnung erwarteter Widerstandshierarchie in Balken-Stützen- Verbindungen vor und nach der Verstärkung, wurde das Widerstands- Versagensfolge-Diagramm (SFSD) mit veränderter Ordinate vorgeschlagen. Zur Anwendung der eingeführten RT1 und RT2 und zum Erreichen der gewünschten Widerstandshierarchie wurde ein kompletter Entwurfsprozess präsentiert. Um das Verhalten und die Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen innovativen Geräts und Techniken zu untermauern, wurden umfassende numerische Analysen mit der nichtlinearen FE-Software ATENA durchgeführt.

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Forschungsberichte

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

Überprüfung der Zuverlässigkeit der für die nächste Generation von EN 1992-1-1 vorgesehenen neuen Bemessungsansätze gegen Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung und Querkraft ohne Querkraftbewehrung

Josef Hegger, Marcus Ricker, Viviane Adam, Tânia Feiri, Konstantin Nille-Hauf
Überprüfung der Zuverlässigkeit der für die nächste Generation von EN 1992-1-1 vorgesehenen neuen Bemessungsansätze gegen Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung und Querkraft ohne Querkraftbewehrung
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3393
2022, 98 S., 47 Abb. u. 16 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

In 2021 erfolgten vorbereitende Arbeiten zur Fortschreibung des Eurocode 2 auf europäischer Ebene. Zwischen 09-12/2021 fand der Abstimmungsprozess über den Entwurf von Teil 1-1 statt. In der ersten Jahreshälfte 2022 erfolgt durch die Working Group und die untergeordneten Task Groups die weitere fachliche Bearbeitung der durch die nationalen Spiegelausschüsse eingereichten Kommentare. Hinsichtlich der Bemessung gegen Durchstanzen ohne Durchstanzbewehrung und Querkraft ohne Querkraftbewehrung wurden von der aktuellen Norm abweichende Modelle vorgeschlagen, deren Herleitung auf Basis der Critical Shear Crack Theory (CSCT) erfolgte. Bei der Entwicklung der bisherigen Ansätze (z. B. für DIN08 und EC2/NAD) wurde in Deutschland der empirische Beiwert anhand von Versuchsergebnissen abgeleitet. Dabei wurde ein Zielwert des 5 %-Quantilwerts für das Verhältnis aus Versuchsbruchlast und rechnerischer Last bei Durchstanz- bzw. Querkraftversagen von 1,0 zugrunde gelegt. Im Zuge des vorliegenden Projekts sollen die Versagenswahrscheinlichkeiten für die vorgeschlagenen Bemessungsmodelle mit probabilistischen Berechnungsverfahren ermittelt werden. Ziel ist es, die Bemessungsgleichungen so zu kalibrieren, dass ein ausreichendes Sicherheitsniveau erreicht wird.

Matthias Pahn, Christian Caspari
Lückenforschung Faserkunststoffbewehrung (FKB)
Untersuchung des Langzeitverbundverhaltens von Bewehrung aus faserverstärktem Kunststoff
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3227
2021, 127 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton ist maßgebend abhängig vom Korrosionswiderstand des Betonstahls. Der Korrosionsschutz wird durch die hohe Alkalität des umgebenden Betons gewährleistet. Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Temperatur, Luft- und Wasserverschmutzungen sowie chemische und biologische Medien können die Alkalität des Betons beeinflussen und die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton herabsetzen. Durch die hohe Beständigkeit gegen aggressive Medien bietet die nichtmetallische Faserkunststoffbewehrung (FKB) eine Lösungsmöglichkeit für Bauteilschäden infolge Stahlkorrosion. Speziell Bauwerke die einem hohen Korrosionsrisiko unterliegen, eröffnet sich durch den Einsatz einer nichtmetallischen Bewehrung ein hohes Potential diese als dauerhafte und wartungsarme Betonkonstruktionen auszuführen.

C.-A. Graubner, Tilo Proske, Sebastian Hofmann
Entwicklung von basaltbewehrten Deckenplatten für den Wohnungsbau
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3244
2021, 135 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Infolge von Bewehrungskorrosion entstehen oftmals Schäden an Stahlbetonbauteilen, was aufwändige Sanierungsmaßnahmen erforderlich macht. Durch die Verwendung nichtrostender Basaltfaserverbundkunststoffbewehrung, können diese Schäden vermieden werden. Um diesen Bewehrungstyp in der Baupraxis und insbesondere im Wohnungsbau anwenden zu können, sind genaue Kenntnisse des Bauteiltragverhaltens von Betonbauteilen mit dieser Bewehrung erforderlich. Da die Basaltfaser aus ökologischen und ökonomischen Aspekten großes Potential zur Anwendung in FVK-Werkstoffen und aufgrund der physikalischen Eigenschaften auch als Bewehrungsmaterial aufweist, wurde in diesem Forschungsprojekt deren Anwendung in Deckenbauteilen aus Beton für den Wohnungsbau erforscht.

Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)

Oliver Fischer, Dirk Volkmer, Philipp Lauff, Manuel Hambach, Matthias Rutzen
Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff (Carbonkurzfaserbeton)
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3178
2019, 109 S., 69 Abb. u. 29 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht

Oliver Fischer, Nicholas Schramm, Jörg Jungwirth
Nachhaltiges Bauen mit vorgespannten Tragelementen aus ultrahochfestem Beton (UHPC); Anwendung für Parkhäuser. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3104
2018, 332 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Ultrahochfester faserbewehrter Beton birgt sowohl in wirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht große Potentiale für den Fertigteilbau. Mit Hilfe dieses innovativen Werkstoffs können gegenüber üblichen Betonbauweisen der Ressourcenverbrauch und die Eigenlasten deutlich reduziert werden, während sich gleichzeitig die Dauerhaftigkeit erhöht. Der Parkhausbau stellt somit ein ideales Anwendungsgebiet für den vielversprechenden Werkstoff dar. Mit dem Forschungsvorhaben konnten die Vorteile von ultrahochfestem faserbewehrten Beton, wie z.B. die exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften sowie die Reduktion von Eigengewicht, für eine Anwendung im Parkhausbau aufgezeigt werden. Das entwickelte Tragsystem aus vorgespannten Längsträgern und filigranen Plattenelementen weißt dabei, bei gleichbleibender Tragfähigkeit, extrem geringe Querschnittsabmessungen auf. Dadurch und aufgrund des entwickelten Fügeprinzips ohne Anschlussbewehrung und Beschichtungen ergäben sich erhebliche Vorteile bei der Verlegung. Aufgrund der exzellenten Dauerhaftigkeitseigenschaften kann auf jegliche (im Parkhausbau übliche) Beschichtungen verzichtet werden.

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Zeitschriftenartikel

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Ayoubi, Mazen; Sobotta, Sacha
Memory steel connectors for carbon-reinforced concrete components (kostenlos)
BFT International, 2022

Jäppelt, Ulrich; Rother, Roland; Thaden, Harald von
Grundinstandsetzung Wehr Geesthacht an der Elbe
Bautechnik, 2022

May, Maximilian; Schumann, Alexander; May, Sebastian
The new approval for the sustainable strengthening of existing structures with carbon reinforced concrete
Civil engineering design, 2022

Rauch, Fabian; Fischer, Oliver
Structural monitoring of segmental tunnel linings: Toward safer and more resource-efficient tunnels (kostenlos)
Civil engineering design, 2022

Spyridis, Panagiotis; Hufelschulte, Franziska; Mellios, Nikolaos
Einfluss der Stahlfaserbewehrungsarten auf den Betonversagenswiderstand von Befestigungen
Beton- und Stahlbetonbau, 2022

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