Nanostrukturierte Polymere machen textilbewehrten Beton leistungsfähiger

(11.12.2006) Den von der Dresdner Bank geförderten Innovationspreis des Leibniz-Instituts für Polymerforschung (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF erhielten in diesem Jahr Dr. Edith Mäder, Dr. Shang-Lin Gao, Falk Eberth, Rosemarie Plonka und Christina Scheffler für ihre Arbeiten zur „Verbesserung der Dauerhaftigkeit und des Tragverhaltens von textilbewehrtem Beton durch Glasfaser- und Grenzschichtdesign mit nanostrukturierten Polymeren“.

Fasern werden in Beton eingebettet, um die Zugfestigkeit und damit das Bruch- und Rissverhalten des an sich spröden Baustoffs zu verbessern. Werden textile Fasermaterialien - wie z.B. Glasfasern - beanspruchungsgerecht in die Betonmatrix eingebracht, entsteht ein Verbundwerkstoff mit reduzierten Abmessungen und mit geringerem Gewicht im Vergleich zu entsprechenden Stahlbetonbauteile - bei gleicher oder sogar besserer Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit.

Die Leistungsfähigkeit von Textilbeton kann noch gesteigert werden durch ...

• die Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Glasfasern gegenüber den Alkalien im Beton sowie durch ...
• die Verbesserung der Spannungsübertragung zwischen der Faser und der umgebenden Zementmatrix.

Zu beiden Überlegungen liefern die Ergebnisse der ausgezeichneten Forschergruppe um Frau Dr. Mäder die Grundlagen. Und innerhalb des DFG-Sonderforschungsbereiches 528 flossen sie bereits in die Entwicklung von leistungsfähigeren Bauteilen ein - darunter die Leichtbaubrücke auf der Landesgartenschau in Oschatz und eine Hochwasserschutzplatte:

Bild aus dem Beitrag "Weltneuheit vorgestellt: Brücke aus textilbewehrtem Beton" vom 31.1.2006

Kern der Entwicklung sind multi-funktionale Beschichtungssysteme. Durch sie soll sich die Alkalibeständigkeit von Glasfasern um ca. 50% erhöht haben. Zugleich habe sich die Festigkeit der Glasfasern um bis zu 70% erhöht, da die Beschichtungen offenbar herstellungsbedingte Oberflächendefekte der Fasern „heilen“ können. Darüber hinaus versprechen die Beschichtungssysteme eine bessere Haftung zwischen Faser und Matrix - was alles im allem die Lebensdauer und Tragfestigkeit des Verbunds erheblich heraufsetzen soll.

Das neuartige Beschichtungskonzept besteht aus zwei Komponenten:

• Zum einen wurde die Schlichte, ein in der Glasfasererspinnung eingesetzter Zusatzstoff zur Sicherung der Spinn- und Verarbeitbarkeit von Glas, optimiert,
• zum anderen wurde eine neue polymere Beschichtung mit geringen Anteilen von Kohlenstoff-Nanoröhren (<1%) und Schichtsilikaten (<5%) entwickelt.

Für die Forschungsarbeiten wurde am IPF eine neue Spinnanlage für alkaliresistentes Glas installiert - die erste dieser Art in einem Forschungsinstitut, an der grundlegende Untersuchungen zum Spinnen und Oberflächenmodifizieren solcher Fasern im Herstellungsprozess durchgeführt werden können. Im Sonderforschungsbereich „Textile Bewehrungen zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung“ kooperieren die Forscher aus dem IPF mit einer Reihe Fachkollegen aus verschiedenen Instituten der Technischen Universität Dresden (SFB-Sprecher: Prof. Dr. Manfred Curbach, Institut für Massivbau).