Nanostrukturierte Polymere machen Textilbeton noch leistungsfähiger
Den von der Dresdner Bank AG in Dresden geförderten Innovationspreis des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF) und des Vereins zur Förderung des IPF erhalten 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 angeordnet in die Betonmatrix eingebracht, entsteht ein neuer Verbundwerkstoff: Betonbauteile zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung können mit geringeren Abmessungen und mit geringerem Gewicht hergestellt werden als vergleichbare Stahlbetonteile - bei gleicher oder sogar besserer Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit gegenüber Stahlbeton. Die Leistungsfähigkeit von Textilbeton kann 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 noch weiter gesteigert werden.
Zu beidem liefern die Ergebnisse der ausgezeichneten Forschergruppe um Frau Dr. Mäder die Grundlage. Innerhalb des DFG-Sonderforschungsbereiches 528 flossen diese bereits in die Entwicklung von leistungsfähigeren Bauteilen ein. Kern der Entwicklung sind neue multi-funktionale Beschichtungssysteme. Durch sie konnte die Alkalibeständigkeit von Glasfasern um ca. 50% erhöht werden. Gleichzeitig wurde die Festigkeit der Glasfasern um bis zu 70% gesteigert, indem die Beschichtungen auch herstellungsbedingte Oberflächendefekte der Fasern "ausheilen". Darüber hinaus bewirken die Beschichtungssysteme eine bessere Haftung zwischen Faser und Matrix. Lebensdauer und Tragfestigkeit der Verbunde können durch die verschiedenen Effekte der Beschichtungen erheblich heraufgesetzt werden.
Die neuartigen Beschichtungssysteme bestehen aus zwei Komponenten. Zum einen wurde die Schlichte, ein in der Glasfasererspinnung eingesetzter Zusatzstoff zur Sicherung der Spinn- und Verarbeitbarkeit von Glas, optimiert, und 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 derartige Anlage in einem Forschungsinstitut, an der unter technologisch relevanten Bedingungen grundlegende Untersuchungen zum Spinnen und Oberflächenmodifizieren solcher Fasern im Herstellungsprozess durchgeführt werden können.
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