Hochtemperaturstabile Bewehrungsstrukturen
Eine breite Anwendung von Carbonbeton wird bisher durch den ungenügenden Brandwiderstand des Verbundwerkstoffes verhindert. Die derzeit verfügbaren Bewehrungselemente sind Verbundmaterialien aus Carbonfasern mit hoher Filamentanzahl, die in eine Polymermatrix eingebettet sind. Die polymeren Tränkungsmaterialien sichern den Verbund zwischen den Einzelfilamenten und der Betonmatrix. Bei Hitzeeinwirkung erweichen jedoch die eingesetzten Polymere und der Carbonbeton kann den einwirkenden mechanischen Belastungen nicht mehr standhalten.
Ein vielversprechender Lösungsansatz ist die Entwicklung weniger temperaturempfindlicher Tränkungsmaterialien auf Basis von mineralischen Feinststoffen, was jedoch eine Vielzahl von Herausforderungen mit sich bringt. Zum einen muss die physikalische Wechselwirkung der hydrophoben Carbonfasern mit den wasserbasierten Suspensionen erhöht werden und zum anderen sind die Carbonmultifilamentgarne nur sehr schwer für Partikelsuspensionen zu durchdringen.
In aktuellen Arbeiten wird die Entwicklung solcher mineralisch basierter Tränkungsmaterialien vorangetrieben und deren Wirksamkeit nachgewiesen. Dabei konnte bereits gezeigt werden, dass die Partikelgrößen der reaktiven Feinststoffe die mechanische Leistungsfähigkeit der beschichteten Bewehrungselemente wesentlich beeinflussen, was sich folglich auch im Verbundverhalten des Carbonbetons äußert. Weiterführend wurde gezeigt, dass durch eine gezielte Plasmabehandlung der Carbonfasern die Wechselwirkung zu den mineralischen Feinststoffsuspensionen deutlich verbessert werden kann.
Im Vergleich zu Referenzmaterialien mit Polymertränkung wiesen die neu entwickelten Carbonbewehrungen eine signifikant höhere mechanische Leistungsfähigkeit auf, insbesondere bei höheren Temperaturen. Die Arbeiten bilden einen wesentlichen Baustein für die erfolgreiche Implementierung von Carbonbeton in die breite Baupraxis und sind somit von hoher strategischer Bedeutung.
