Kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische ... - Ulaga Partner AG

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Kohlenstofffaserverstärkte thermoplastische ... - Ulaga Partner AG

Zusammenfassung

Im Rahmen des KTI-Projektes 3795.1 haben die Partner EMPA Dübendorf, Sika

(Schweiz) AG und Sulzer Composites eine neuartige kohlenstofffaserverstärkte Lamelle

für die Verstärkung von Betonbauwerken entwickelt und geprüft. Bei den bisherigen

Produkten besteht die Matrix aus einem duromeren Kunststoff, der wegen seiner beschränkten

Aushärtungsgeschwindigkeit einen nur langsamen Herstellungsprozess ermöglicht.

In der neuen Lamelle sind die Fasern in einem thermoplastischen Polymer

eingebettet. Dieses Produkt kann schneller produziert werden und hat deshalb vor allem

wirtschaftliche Vorteile gegenüber den marktüblichen Lamellen.

In einer ersten Projektphase ging es um die Entwicklung der thermoplastischen Lamelle.

Verschiedene Fasern und Kunststofftypen wurden bezüglich der technischen Eigenschaften,

der Verarbeitbarkeit und der Wirtschaftlichkeit verglichen. Für die

Untersuchungen der Applizierbarkeit mit einem Epoxidharzklebstoff wurden Zugscherversuche

an verklebten Prototypen durchgeführt.

Aufgrund dieser Voruntersuchungen wurden die Faser T700S und der thermoplastische

Matrixwerkstoff PA12 als aussichtsreichste Verbundpartner erachtet. Die aus diesen

Komponenten hergestellte Lamelle hatte sowohl bezüglich der technischen

Eigenschaften als auch bezüglich des Aussehens eine recht grosse Ähnlichkeit zu bereits

etablierten Produkten.

Für die Untersuchung der Einsatztauglichkeit im Bauwesen wurden drei Typen von

praxisrelevanten Bauteilversuchen durchgeführt.

Die Versuchskörper der Serie PS waren Betonbalken mit einer Spannweite von

2.1 m, die Biegezugzone war mit je zwei CFK-Lamellen verstärkt. Die Träger wurden

im Vierpunkt-Biegeversuch geprüft, um die Wirkung der Lamellen zu erfassen. Die

Versuche konnten die Verstärkungswirkung der neuartigen Lamelle im statisch durchgeführten

Kurzzeitversuch bestätigen sowie ein gewisses Verbesserungspotenzial aufzeigen.

Das Verhalten bei Langzeitbeanspruchungen wurde mit den Versuchen der Serie LV

untersucht. Die mit einer Lamelle in der Biegezugzone verstärkten Träger hatten eine

Spannweite von 2.3 m und waren einer permanent wirkenden, hohen Biegebeanspruchung

ausgesetzt. Die Temperatur und die Feuchtigkeit wurden während etwa einem

Jahr schrittweise erhöht und danach ein weiteres Jahr bei 55°C und 80% rel. F. belassen.

Schon zu Beginn dieser anspruchsvollen Klimastufe versagte der mit dem herkömmlichen

Produkt Sika CarboDur S512 verstärkte Versuchskörper infolge Erweichung des

Klebstoffs Sikadur-30. Der mit der thermoplastischen Lamelle verstärkte Träger zeigte

- trotz der Verwendung des gleichen Klebstoffs - bis Ende des Beobachtungszeitraums

keine Anzeichen, die auf ein Versagen hindeuteten. Die Versuche konnten zeigen, dass

beide Verstärkungssysteme ein günstiges Langzeitverhalten aufweisen, solange die

produktebedingten klimatischen Grenzen eingehalten werden.

Das Ermüdungsverhalten der thermoplastischen Lamelle wurde im Versuch ET untersucht.

Ein Plattenbalken mit 6 m Spannweite wurde mit vier Lamellen verstärkt und

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