Zementgebundener kohlenstofffaserverstärkter Hochleistungswerkstoff

Mit einem an der Universität Augsburg entwickeltem Herstellungsverfahren für bewehrten Zementstein kann die Ausrichtung beigemischter, relativ kurzer, thermisch vorbehandelter Kohlenstofffasern durch eine Düse gezielt ausgerichtet werden. So kann unter Einsatz handelsüblicher Ausgangsstoffe eine signifikante Erhöhung des Verhältniswertes von Zug- und Druckfestigkeit bei Zementsteinproben erreicht werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde das Potential dieses neuen, modifizierten Hochleistungswerkstoffs durch experimentelle Untersuchungen und theoretische Studien für Anwendungen im Bauwesen mit dem Ziel erschlossen, auf konventionelle Bewehrung zu verzichten und die damit verbundenen Nachteile wie hohe Herstellungskosten, eingeschränkte Dauerhaftigkeit und Standsicherheit durch Korrosionsschäden und  Ermüdungsbrüche sowie ein ungünstiges Brandverhalten abzumindern. Durch den Einsatz recycelter CFK-Fasern werden Ressourcen geschont und Wertstoffe über die Verwendung in langlebigen Bauteilen im Stoffkreislauf gehalten.

In einem ersten Schritt wurde dazu das an der Universität Augsburg bereits für Laboranwendungen etablierte Herstellungsverfahren in einem Upscaling so weiterentwickelt, dass großformatige Referenzprüfkörper und dann auch größere Bauteile hergestellt werden konnten. Im Hinblick auf die aus üblichen Bauteilgeometrien resultierenden Volumina wurde dann in einem interaktiven, experimentell gestützten Verfahren untersucht, wie sich die erreichbaren Festigkeiten durch die zusätzliche Einbringung von Füllstoffen (Gesteinskörnung) veränderten.

Zur Sondierung optimaler Anwendungsbereiche für den Werkstoff wurden die ausführungstechnischen Grenzen ermittelt und die für Bemessung und Konstruktion relevanten Eigenschaften in Abhängigkeit vom Herstellverfahren und der Zusammensetzungen beschrieben. Dazu gehörten die einaxiale Zug- und Druckfestigkeit und das Lastabhängige Verformungsverhalten im Kurzzeit- und im Zeitstandversuch. Ferner wurde für Anwendungen im Hoch- und Brückenbau ein hoher Widerstand gegen zyklische Beanspruchung festgestellt. Im Hinblick auf die thermische Beanspruchung des Werkstoffs im Brandfall sind noch weiter Untersuchungen und Materialoptimierungen durchzuführen.