Lückenforschung Faserkunststoffbewehrung (FKB) – Untersuchung des Langzeitverbundverhaltens von Bewehrung aus faserverstärktem Kunststoff (FVK)

Die Sicherstellung der Dauerhaftigkeit ist eine der grundliegenden Anforderungen an baulichen Anlagen. Diese beschreibt die Widerstandsfähigkeit gegen unter anderem physikalische und chemische Einwirkungen eines Bauwerks. Die hieraus resultierenden Anforderungen müssen über die gesamte Nutzungsdauer die Tragfähigkeit und die Gebrauchstauglichkeit sicherstellen. Die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton ist maßgebend abhängig vom Korrosionswiderstand des Betonstahls. Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Temperatur, Luft- und Wasserverschmutzungen, chemische und biologische Medien können die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton herabsetzen, da diese die Alkalität des Betons beeinflussen.
Eine Lösungsmöglichkeit für das Problem der beschränkten Dauerhaftigkeit infolge Korrosion bietet nichtmetallische Bewehrung aus faserverstärktem Kunststoff (FVB). Dieser Verbundwerkstoff basiert auf den beiden Komponenten Glasfaser und Kunststoff (GFK). Dies ermöglicht eine hohe Beständigkeit gegen aggressive Medien, wodurch diese Bewehrung vor allem bei Bauwerken mit hohem Korrosionsrisiko, wie z.B. Brücken oder Tragstrukturen in Meeresnähe, zum Einsatz kommt. In Deutschland existiert hierzu momentan keine umfängliche normative Regelung. Die Bemessung findet basierend auf der bauaufsichtlichen Zulassung oder nach Empfehlung der Hersteller statt. Dies führt zu einer erschwerten Akzeptanz von FVB, sodass diese derzeit größten Teils in temporären Bauwerken Anwendung findet oder als bauliche Lösung bereits in der Planung ausgeschlossen wird. Zur Steigerung der Akzeptanz müssen allgemeine Grundlagen zur Bemessung geschaffen werden.

Der Verbund von Beton und Bewehrung ist die notwendige Voraussetzung für das Zusammenwirken als Verbundwerkstoff und hat direkten Einfluss auf die Gebrauchstauglichkeit und Tragfähigkeit von Bauwerken. Der niedrigere Elastizitätsmodul und die abweichende Oberflächengeometrie von GFK-Bewehrung führen zu einer Änderung des Verbundverhaltens gegenüber Stahl-Bewehrung. Hieraus resultiert eine erhöhte Verbundspaltwirkung und reduzierte Lasteinleitungslängen. Zudem weist die Kunststoffkomponente der FKB, einen deutlichen Unterschied zwischen dessen Kurz- und Langzeitverhalten auf. Dies führt dazu, dass zusätzlich zum Beton mit FKB ein weiterer Werkstoff mit ausgeprägt zeitabhängigem Verhalten am Verbund beteiligt wird. Somit setzt sich der Effekt Verbundkriechen bei FVK bewehrten Bauteilen aus dem Anteil Beton-Kriechen und FVK-Kriechen zusammen.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist die detaillierte Untersuchung der Verbundverankerung von faserverstärkter Bewehrung. Hierbei werden Kurzzeit- und Langzeituntersuchungen durchgeführt. In der Kurzzeitbetrachtung des Verbundtragverhaltens ist zu klären, wie sich Parameter wie z.B. der Stabdurchmesser, die Oberflächengeometrie und die Betondruckfestigkeit, auf die Tragfähigkeit der Verankerung FVK bewehrten Bauteilen auswirken. Im Rahmen der Untersuchungen zum Langzeitverbundverhalten wird ein Versuchsstand entwickelt und umgesetzt. Unter den Expositionen Temperatur, Feuchte und Alkalität soll so eine Bemessung zur dauerhaften Verbundverankerung von FVK bewehrten Bauteilen abgeleitet werden.