Ausgangssituation

Zementgebundener Beton existiert seit rund 150 Jahren. Er hat sich weltweit zum dominierenden Massenbaustoff entwickelt.

Beton besitzt eine hohe Druckfestigkeit (bis über 150 N/mm²). Seine Zugfestigkeit beträgt jedoch nur etwa 10 % der Druckfestigkeit. Will man Beton effektiv auch für Fälle mit Zugbeanspruchung einsetzten, so benötigt man eine zusätzliche Bewehrung, die die entsprechenden Zugkräfte aufnehmen kann.

Als Bewehrungsmaterial ist derzeit Stahl mit Abstand das am meisten verwendete Material. Stahl wird als schlaffe oder vorgespannte Bewehrung eingesetzt. Damit der Stahl im Beton geschützt bleibt, also nicht rosten kann, bedarf es einer ausreichenden Betonüberdeckung. Sie liegt üblicherweise zwischen 2,5 und 5 cm. Dadurch ergibt sich eine Zunahme von Dicke und Masse des Bauteiles

Seit mehr als 30 Jahren werden auch sogenannte alkalibeständige Glasfasern zu Bewehrungszwecken mit gutem Erfolg im Beton eingesetzt. Sie werden als Kurzglasfasern dem Beton beigemischt. Für eine ausreichende Bewehrungswirkung sind etwa 3 bis 5 Vol.-% an Glasfasern erforderlich. In Kombination dazu werden auch Rovings unidirektional eingebettet. Gegenüber den Stahlbewehrungen haben diese Fasern den Vorteil, dass sie nicht korrosionsanfällig sind. Auf Deckschichten wie beim Stahlbeton kann verzichtet werden.

Innovation durch textile Bewehrungen

Im Ergebnis gemeinsamer Forschungs- und Entwicklungsarbeit der Textilinstitute der TU Dresden und der RWTH Aachen gelang es erstmalig, alkaliresistente Glasfilamentgarne (Rovings) zu textilen Flächengebilden (Gelege, Gewirke mit mehraxialem Aufbau) zu verarbeiten. Diese neuartigen Bewehrungsstrukturen wurden im Institut für Tragwerke und Baustoffe der TU Dresden an Demonstrationsbauteilen aus Feinbeton auf ihre Eignung untersucht.

Das Neue dieser textilen Bewehrungen besteht vor allem darin, daß für die Herstellung der textilen Flächen produktivste Verfahren genutzt werden können, wobei die Rovings ebenflächig liegen. Durch die gestreckte Lage der Rovings können bei Biege- und/oder Zugbeanspruchungen die auftretenden Kräfte sofort aufgenommen werden. Die Festigkeit, bei der erste sichtbare Risse auftreten, erhöht sich dadurch beträchtlich. Von wesentlicher Bedeutung ist weiterhin, daß die Rovings beanspruchungsgerecht in der textilen Struktur plaziert werden können. Das bedeutet praktisch, daß in Bereichen größerer Beanspruchung die Dichte der Gewirke erhöht werden kann. Damit können in diesen Bereichen höhere Lasten aufgenommen werden, wobei es einen großen Spielraum für die Lagegestaltung der Rovings oder Garne (Fadendichte und -abstand sowie Eintragswinkel der Schüsse) gibt. Die textilen Bewehrungen können quasi auf die jeweiligen Beanspruchungen ausgelegt werden. Gegenüber Kurzglasfaserbeton sinkt der Faserbedarf auf unter 20 % bei insgesamt günstigeren Eigenschaftskennwerten.

Aus den Untersuchungen ergab sich, daß solche textilbewehrten Betone ein ausgesprochen duktiles (zähes) Verhalten (siehe auch obiges Bild) und eine gute Rißverteilung (viele kleine Risse anstatt weniger großer) aufweisen. Ein Versagen solcher Bauteile kündigt sich also durch entsprechende hohe Verformungen an und tritt nicht plötzlich auf. Ein weiterer Vorteil solcher Bewehrungen ist, daß sie selbst nicht rosten und daher dicke Betondeckschichten, wie sie bei Stahlbewehrungen erforderlich sind, hier nicht benötigt werden. Die Bauteile können also wesentlich schlanker und leichter werden.

Günstige Anwendungsfelder im Bauwesen, die wahrscheinlich nur noch einer relativ kurzen Entwicklungszeit bedürfen, lassen sich vor allem bei den plattenfömigen Ele-menten für den Fassaden- und Brüstungsbereich, für Fertigteilestriche und Verkleidun-gen sowie für Trenn- und Ständerwände erkennen. Anspruchsvollere Einsatzbereiche bedürfen noch weiterer umfangreicher Untersuchungen. Ein Beispiel, das die extreme Leistungsfähigkeit dieses neuen Verbundbaustoffes demonstriert, stellten die Dresdner Bauingenieurstudenten mit ihren Betonkanus vor. Die Boote waren über 4 Meter lang, 70 cm breit und 40 cm hoch. Sie bestanden aus textilbewehrten Feinbeton mit Wand-stärken von nur 2 bis 5 mm. Durch Anwendung von Leichtzuschlägen (geblähte Glaskugeln bis 1mm Durchmesser) anstelle von Sand konnte das Gewicht auf 26 kg gesenkt werden. Bei den Betonkanu-Regatten in Dresden (1996) und in Weil am Rhein (2000) errangen die Dresdener Bauingenieurstudenten durch Anwendung dieser innovativen Forschungsergebnisse mit deutlichen Abstand zur Konkurrenz den Konstruktionspreis des Deutschen Betonvereins E.V. Wiesbaden. Ausgewählte Kanus wurden auf den Ulmer Beton- und Fertigteiltegen (über 1000 Fachbesucher), auf den internationalen Messen für technische Textilien in Frankfurt und in Atlanta/USA sowie in Lyon/Frankreich vorgestellt.

Ausblick

Zusammenfassend kann eingeschätzt werden, daß sich durch diese neuen technischen Möglichkeiten vielversprechende Anwendungen im Bauwesen sowohl bei neuen und weiterentwickelten Bauteilen oder -elementen als auch bei der Ertüchtigung von Bauwerken mit hoher Wirtschaftlichkeit ergeben werden. Der textilbewehrte Beton ist ein innovativer Baustoff mit Zukunft.

Neben dem umfangreichen Sonderforschungsbereich 528 "Textile Bewehrungen zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung" werden zur Zeit an der TU Dresden Forschungsprojekte

sowie weitere Vorhaben bearbeitet. Erste Praxisanwendungen befinden sich im Stadium einer unmittelbaren Produktionsvorbereitung.