Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In den letzten Jahren haben das wachsende \u00f6kologische, soziale und wirtschaftliche Bewusstsein und die Absicht, den CO2-Aussto\u00df zu verringern, die Bedeutung des nachhaltigen Wirtschaftens hervorgehoben und die Suche nach umweltvertr\u00e4glichen Materialien intensiviert. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war es deshalb, erstmals Textilien aus Naturfasern hinsichtlich ihrer Eignung als lastabtragende Bewehrung in Beton-bauteilen systematisch zu analysieren und zu bewerten. Es sollte ein Bewehrungstextil entwickelt werden, dass die Zugfestigkeit eines Betonbauteils signifikant steigert, einen guten Verbund zur Betonmatrix erreicht und mit m\u00f6glichst geringem Aufwand produziert werden kann. Die genannten Eigenschaften wurden anhand umfassender experimenteller Untersuchungen \u00fcberpr\u00fcft. Die neuartige Bewehrung soll bei \u00e4hnlichen mechanischen Eigenschaften wie Betonstahl oder Glasfasertextilien ressourcenschonender sowie einfach in eine effektive Kreislaufwirtschaft einzubinden sein und insbesondere \u00fcber den gesamten Lebenszyklus einen geringen CO2-Aussto\u00df aufweisen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZun\u00e4chst war die Frage zu kl\u00e4ren, wie die Flachsfasergarne beschaffen sein oder modifiziert werden m\u00fcssen, um eine hohe Zugfestigkeit und einen guten Verbund zur Betonmatrix zu erreichen sowie zu einem Textil weiterverarbeitbar zu sein. Um die Verbundeigenschaften zu verbessern und eine Verrottung der Naturfasern im alkalischen Beton zu vermeiden, wurde ein Teil der aus den Flachsgarnen hergestellten Textilien mit einer biobasierten Tr\u00e4nkung versehen.
\nZur Untersuchung des Tragverhaltens wurden Dehnk\u00f6rper- und 4-Punkt-Biegeversuche durchgef\u00fchrt. Der Versuchsaufbau orientierte sich dabei an den Untersuchungen, die im Rahmen der beiden Sonderforschungsbereiche in Aachen und Dresden f\u00fcr Textilien aus Synthesefasern durchgef\u00fchrt wurden. Die Versuchsaufbauten waren zun\u00e4chst f\u00fcr die Textilien aus Naturfasern anzupassen. Mit Dehnk\u00f6rperversuchen wurde \u00fcberpr\u00fcft, ob sich bei einer textilen Bewehrung aus Naturfasern ebenfalls verschiedene Phasen der Rissbildung (unge-rissen, Erstrissbildung und abgeschlossenes Rissbild) beobachten lassen und ob das Rissbild durch eine Tr\u00e4nkung der Textilien positiv beeinflusst werden kann. Zus\u00e4tzlich wurde der Effekt weiterer Einflussparameter auf das Zugtragverhalten untersucht. Zu nennen sind z.B. die Bindungsart des Textils, der Bewehrungs-gehalt und die Orientierung des Textils (Kett- oder Schussrichtung).
\nAu\u00dferdem wurde im Rahmen des Projekts eine vom WKI entwickelte, neuartige Fasertr\u00e4nkung untersucht, die ein sp\u00e4teres vollst\u00e4ndiges Herausl\u00f6sen der Fasern aus der Betonmatrix erm\u00f6glicht.
\nIm Hinblick auf eine praktische Anwendung wurde ein erstes Modell zur Beschreibung des Zugtragverhaltens des neuen nachhaltigen Textilbetons mit einer Bewehrung aus Naturfasern entwickelt. Um die grunds\u00e4tzliche Anwendbarkeit des neuen Baustoffs zu zeigen, wurde eine kleinformatige Fassadenplatte als Demonstrator hergestellt. Weiterhin wurde im Rahmen eines Probeeinbaus ein Teil der notwendigen Randbewehrung eines Industriefu\u00dfbodens als textile Bewehrung aus Naturfasern ausgef\u00fchrt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde ein Gewebe aus Flachsfasern entwickelt, das als Bewehrung in Betonbauteilen verwendet werden kann. Die verwendeten Drehergewebe wurden mit einer teilweise biobasierten Tr\u00e4nkung beschichtet, wodurch neben der Formstabilit\u00e4t zur Verbesserung der Handhabbarkeit des Gewebes auch die Zugfestigkeiten der Garne erh\u00f6ht werden konnten. Ein Thema zuk\u00fcnftiger Arbeiten k\u00f6nnte die Herstellung von getr\u00e4nkten Naturfaserbewehrungen mit komplexeren Geometrien sein.
\nEs konnte die grunds\u00e4tzliche Eignung der mit einer biobasierten Tr\u00e4nkung versehenen, nachwachsenden Flachsfasertextilien als Bewehrung gezeigt werden. Neben einer Laststeigerung gegen\u00fcber unbewehrten oder unterbewehrten Dehnk\u00f6rpern konnten die f\u00fcr bewehrte Betonk\u00f6rper typischen Rissbildungszust\u00e4nde beobachtet werden: ungerissener Querschnitt (Zustand I), Phase der Erstrissbildung (Zustand IIa) sowie Phase des abgeschlossenen Rissbildes (Zustand IIb). Die klare Abgrenzung der einzelnen Bereiche sowie das sichere Erreichen des Zustands IIb war bei kleinen Schussfadenabst\u00e4nden bzw. h\u00f6heren geometrischen Bewehrungsgraden erkennbar. Im Zustand IIb war jedoch ein Steifigkeitsdefizit zu beobachten, was auf einen Abbau der Verbundspannungen infolge der Querkontraktion der auf Zug beanspruchten getr\u00e4nkten Garne zur\u00fcckgef\u00fchrt wurde. Die Rissbilder der Dehnk\u00f6rper waren bei ausreichend gro\u00dfem Bewehrungsgrad fein verteilt. Weiterhin konnte ein erstes Modell zur Beschreibung des Zugtragverhaltens des neuen Textilbetons mit einer Bewehrung aus Naturfasern entwickelt werden. Die grunds\u00e4tzliche Anwendbarkeit des neuen Baustoffs konnte durch den Bau einer kleinformatigen Fassadenplatte als Demonstrator und durch einen Probeeinbau in einem Industriefu\u00dfboden als Randbewehrung gezeigt werden. Weiterhin konnte durch erste Untersuchungen belegt werden, dass der Einsatz einer neuartigen schaltbaren Beschichtung zur Verbesserung der Recyclingf\u00e4higkeit des Verbunds nach der Nutzungsphase zielf\u00fchrend erscheint. Um dies jedoch im Detail zu untersuchen, sind deutlich weitreichendere und umfangreichere Untersuchungen notwendig.
\nWeitere Fragestellungen sind beispielsweise die Entwicklung eines validen Modells zur Ermittlung des Biegewiderstands oder die Untersuchung des Querkrafttragverhaltens. F\u00fcr eine praktische Anwendung als Bewehrung ist es au\u00dferdem zwingend erforderlich, die Dauerhaftigkeit und die Dauerstandfestigkeit des neuartigen Verbundwerkstoffes n\u00e4her zu untersuchen. Um die CO2-Emissionen des neuen Verbundwerkstoffs weiter zu verringern, k\u00f6nnte der konventionelle Zement in der Betonmatrix durch ein klimafreundlicheres hyd-raulisches Bindemittel ersetzt werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Insgesamt wurden bisher zwei Artikel in Fachzeitschriften ver\u00f6ffentlicht: Ricker, M.; Zecherle, K.; Binde, J.; Haxter, C.; Winkelmann, J.: Zugtragverhalten von Betonbauteilen mit Textilbewehrung aus Naturfasern. In: BFT International 08-2022; Zecherle, K.; Ricker, M.; Binde, J.; Winkelmann, J.; Haxter, C.: Zugtragverhalten von Betonbauteilen mit getr\u00e4nkter Textilbewehrung aus Flachsfasern. Beton- und Stahlbetonbau 118 (2023), S. 25\u009635. Zwei weitere Artikel f\u00fcr englischsprachigen Fachzeitschriften sind zurzeit in Vorbereitung. Zudem ver\u00f6ffentlichte das Fraunhofer WKI am 15.03.2023 einen Presseartikel \u00fcber das Forschungsprojekt mit dem Titel \u0084Nachhaltige Naturfaserbewehrung f\u00fcr Textilbetonbauteile\u0093. Das Projekt wurde auf verschiedenen nationalen und internationalen Konferenzen vorgestellt: 15. Forschungsforum der \u00f6sterreichischen Fachhochschulen, 20.-21.04.2022, Villach (AUT); 35. Hofer Vliesstofftage (Workshop \u0084HighTex mit Fraunhofer\u0093), 21.09.-22.09.2022, Hof; 36. Seminar Schalung & R\u00fcstung der Akademie der Hochschule Biberach, 11.-12.10.2022, Biberach; 4th International Congress on Materials & Structural Stability CMSS23, 08.-10.03.2023, Rabat (MAR); fib Symposium, 05.-07.06.2023, Istanbul (TUR).<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts konnten Textilien aus beschichteten Flachsfasern entwickelt werden und deren grunds\u00e4tzliche Eignung als Bewehrung f\u00fcr Betonbauteile gezeigt werden. Neben einer Laststeigerung konnten die f\u00fcr bewehrte Betonk\u00f6rper typischen Rissbildungszust\u00e4nde und ein fein verteiltes Rissbild beobachtet werden. Es ist zudem gelungen, ein erstes Modell zur Beschreibung des Zugtragverhaltens abzuleiten. Diese Untersuchungen, die als Demonstrator hergestellte Fassadenplatte sowie ein Probeeinbau als Randbewehrung eines Industriefu\u00dfbodens belegen das hohe Potenzial der neu entwickelten Naturfasertextilien als nachwachsende Bewehrung f\u00fcr Betonbauteile. Durch den Einsatz textiler Faserbewehrung anstelle konventioneller Stahlbewehrung kann die konstruktiv erforderliche Betondeckung reduziert werden. Somit ergeben sich geringere erforderliche Bauteildicken und leichtere Bauteile, wodurch die CO2-Emissionen verringert werden k\u00f6nnen. Der Einfluss der Ressourcenknappheit, der z.B. bei dem Einsatz von g\u00e4ngigen Chemiefasern (Glas und Carbon) eine gro\u00dfe Rolle spielt, ist bei der Verwendung von Naturfasern vernachl\u00e4ssigbar. Zudem k\u00f6nnen Herstellkosten (geringerer Energieaufwand) eingespart und die damit einhergehende CO2-Bilanz verbessert werden. Der CO2-Fu\u00dfabdruck kann noch weiter verringert werden, wenn die textile Bewehrung aus Flachsfasern mit einem klimafreundlicheren Beton kombiniert wird, bei dem der Zement durch ein hydraulisches Bindemittel ersetzt wird, bei dessen Herstellung weniger Energie ben\u00f6tigt und weniger Prozess-CO2 emittiert werden. Sicherlich sind noch weitere Untersuchungen zum Tragverhalten und insbesondere zur Dauerhaftigkeit f\u00fcr eine zuk\u00fcnftige praktische Anwendung erforderlich.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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