Beton.org: Textilbewehrter Beton - Textilbeton, Textilbewehrung, aus textilbewehrtem Beton

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Textilbewehrter Beton

Die Tragfähigkeit des Betons kann durch Kurzfasern nur wenig gesteigert werden. Eine bessere statische Wirkung erzielt man, wenn die Fasern in Form von Matten, Gelegen oder Geweben in die Betonfläche eingebracht werden. Eine solche textile Bewehrung kann sehr genau innerhalb des Bauteils positioniert werden und kann – da nicht rostend - auch oberflächennah zum Einsatz kommen.

Die Hochleistungsfasern aus Glasfaser werden textiltechnisch zu flächigen Strukturen verarbeitet. Sind die Fasern entsprechend der Belastung im Bauteil ausgerichtet, wird im Vergleich zu einem Kurzfaserbeton mit gleichem Fasergehalt eine deutlich höhere Tragfähigkeit erzielt. Teures Glasfasermaterial kann dadurch eingespart werden.

Herstellung der textilen Bewehrung

Zur Herstellung der Gewebe werden Rovings aus AR-Glas verwendet. Unter einem Roving versteht man ein Bündel aus mehreren hundert bis tausend Elementarfasern (Filamenten). Die Stärke der Rovings wird mit dem in der Textiltechnik üblichen Maß „tex“ beschrieben. Das Maß bezieht sich nicht auf die Querschnittsfläche des Faserbündels, sondern bezeichnet sein auf die Länge bezogenes Gewicht (1 tex = 10/-3 g/m). Üblicherweise werden für die Betonbewehrung AR-Glas-Rovings von 155 tex bis 2400 tex verarbeitet.

Bild 1

Bild 2

Bei der Verarbeitung als Gewebe ergibt sich eine zweidimensionale Ausrichtung: einer Ebene mit zwei senkrecht aufeinanderstehenden Faserrichtungen (Bild 1).

Durch die Schichtung mehrerer Ebenen entstehen multiaxiale Textilien (Bild 2). Diese werden nicht gewebt sondern mit Hilfe der Nähwirktechnik hergestellt. Neuerdings kann sogar die Ausrichtung der Fasern innerhalb einer Ebene beliebig verändert werden, mit dem Ziel, die Fasern belastungsoptimiert auszurichten.

Die Eigenschaften von textilbewehrtem Beton – noch ein Forschungsgebiet

Durch den Einbau des Gewebes in den Beton entsteht ein Verbundwerkstoff, dessen Tragverhalten nicht aus den Eigenschaften der einzelnen Komponenten hergeleitet werden kann, sondern neu ermittelt werden muss. Die derzeitige Forschung zielt darauf ab, ein einfaches Modell zur Beschreibung des Tragverhaltens zu finden, das dem Konstrukteur in der täglichen Entwurfspraxis als Bemessungsgrundlage dienen kann.

Forschungen zum Thema Textilbeton werden an der RTWH Aachen und an der TU Dresden betrieben. In Dresden wurden Versuche zum Last-Verformungsverhalten und zur Verstärkung von Stahlbeton durchgeführt.

1. Last-Verformungsverhalten von textilbewehrtem Beton

Durchgeführt wurden 4-Punkt-Biegeversuche mit einem Balken von 2 cm Wanddicke, einer Bewehrung aus mittig angeordneten AR-Glasfasertextilien und einem Kern aus Dämmmaterial. Zum Vergleich wurden Balken aus unbewehrtem Beton und mit Kurzglasfasern bewehrter Beton dem selben Versuch unterzogen. Das folgende Diagramm gibt die Versuchsergebnisse wieder:

Kraft-Durchbiegungs-Diagramm der Hohlkörper im 4-Punkt-Biegeversuch

Erläuterung zum Diagramm:

„Der unbewehrte Prüfkörper versagt erwartungsgemäß ohne Ankündigung bei Erreichen der Betonzugfestigkeit. Der Probekörper mit Kurzfaserbewehrung erreicht eine höhere Tragfähigkeit und zeigt infolge der Rissbildung relativ große Verformungen. Der Probekörper mit der textilen Bewehrung schließlich zeigt eine noch höhere Tragfähigkeit. Bemerkenswert sind vor allem die im Vergleich zu den anderen Prüfkörpern sehr großen Verformungen im Bruchzustand. Das Versagen kündigte sich durch zahlreiche Risse im Abstand von nur wenigen Millimetern und eine auch mit bloßem Auge sichtbare Verformung an. Auffallend ist die deutliche Verbesserung der Trageigenschaften des textilbewehrten Betons gegenüber dem Kurzfaserbeton, obwohl nur ein Bruchteil der Fasermenge verwendet wurde.“(Diagramm und Erläuterung aus: Sonderdruck „beton“ 8/2001, Curbach, Jesse, Baumann, Martius, „Textilbewehrter Beton für die Verstärkung von Bauwerken“)

2. Verstärkung von Stahlbeton

Eine Verstärkung von vorhandenen Baukonstruktionen aus Stahlbeton kann z. B. erforderlich werden, wenn die Belastung eines Bauteils durch Umbau oder Nutzungsänderung zunimmt oder erhöhte Sicherheitsanforderungen z.B. im Brandschutz gestellt werden.

In Dresden wurden auch Experimente zur der Verstärkung von Stahlbetonbauteilen mit einer Schicht aus textilbewehrtem Beton durchgeführt. Sie ergaben, dass die Tragfähigkeit der alten Stahlbetonplatte um bis zu 125% erhöht werden kann. Rissbildung und Durchbiegung konnte deutlich verbessert werden.

Auch hier zielt die Forschung letztlich darauf ab, einfache Hilfsmittel für die Bemessung der Verstärkungsschicht in der Praxis zu schaffen. Weitere Untersuchungen befassen sich mit der Gestaltung des Verbunds zwischen alter Substanz und Verstärkungsschicht sowie mit den Möglichkeiten, Balken oder vorgespannte Masten aus Beton durch textilbewehrten Beton zu verstärken.

Weltneuheit: Brücke aus textilbewehrtem Beton

Ein konkretes Ergebnis der Forschungsarbeit in Dresden: Die weltweit erste Brücke aus textilbewehrtem Beton wird bei der Landesgartenschau 2006 in Oschatz zu sehen sein. Ein Prototyp dieser Brücke wurde im April 2005 im Otto-Mohr-Labor der TU Dresden auf Herz und Nieren geprüft - und hat alle erwarteten Werte übertroffen. Die neun Meter lange Fußgängerbrücke besteht aus zehn jeweils 90 Zentimeter langen Segmenten, die im Oschatzer Betonwerk vorgefertigt und mit sechs Stahllitzen der Firma Suspa-DSI vorgespannt werden. Die so im Werk zusammengesetzte Brücke wird dann an den Einsatzort transportiert. Die Brücke besticht durch ihre Bauteildicke von nur drei Zentimetern und bringt ein Gesamtgewicht von 5 t auf die Waage. Eine vergleichbare Brücke aus Stahlbeton würde etwa 25 Tonnen wiegen.