Intelligentes multifunktionales Verstärkungs- und Schutzsystem aus textilbewehrtem Hochleistungsmörtel für Brückenbauwerke
01.09.2014 bis 30.09.2019
Eurovia Beton GmbH
Eine nachhaltige und effiziente Mobilität steht aufgrund der sehr großen Verkehrsinfrastruktur in Kombination mit einem stetig wachsenden Verkehrsaufkommen in Deutschland kontinuierlich im Fokus von Wirtschaft, Politik und Forschung. Im Rahmen des geplanten Verbundforschungsvorhabens SMART-DECK soll ein innovativer, multifunktionaler Brückenbelag für den Neubau sowie für die Instandsetzung von Straßenbrücken erarbeitet werden, um deren Lebensdauer maßgeblich zu erhöhen und gleichzeitig volkswirtschaftliche Schäden aus Verkehrsbehinderungen infolge umfangreicher Instandsetzungsarbeiten oder Ersatzbauten signifikant zu reduzieren.
Die Dauerhaftigkeit und Nutzung von Straßenbrücken wird sowohl durch Undichtigkeiten der Abdichtungsebene oberhalb des Konstruktionsbetons als auch durch eine zu geringe Querkrafttragfähigkeit bei Bestandsbauwerken maßgeblich begrenzt. Insbesondere Korrosionsschäden infolge chloridinduzierter Korrosion können weder mit den heute verwendeten lokal begrenzt messenden Sensoren noch mit einer turnusmäßig stattfindenden Brückenprüfung nach DIN 1076 frühzeitig zuverlässig detektiert werden. Bei allen Brückenprüfungen wird der Zustand der Abdichtung ausschließlich indirekt anhand von Ablaufspuren auf der Unterseite der Fahrbahnplatte dokumentiert. Können keine Ablaufspuren oder andere Anzeichen augenscheinlich festgestellt werden, wird davon ausgegangen, dass die Abdichtungsebene intakt ist, auch wenn dies nicht mit hinreichender Sicherheit gegeben ist.
Wenn Korrosionsschäden durch Risse und Abplatzungen bereits sichtbar sind, ist die Korrosion der Bewehrung i.d.R. weit fortgeschritten und die Tragfähigkeit insbesondere bei quervorgespannten Brücken ggf. deutlich reduziert. Als Folge sind umfangreiche Instandsetzungsarbeiten (Abfräsen des Belags und Erneuerung der Abdichtung und Einbau von Zulagebewehrung oder externen Spanngliedern) auszuführen. Je nach Ausmaß der Schäden, die erst nach Entfernen der Abdichtung festgestellt werden können, kann ein Ersatzneubau des Brückenbauwerks erforderlich werden.
Um diese kosten- und zeitintensiven Arbeiten zu vermeiden, soll mit SMART-DECK der Zustand der Abdichtung während des Betriebs erstmals vollflächig überwacht und bei eventuell auftretenden Undichtigkeiten ein präventiver Schutz der Bewehrung ohne Beeinträchtigung des laufenden Verkehrs vorgenommen werden. Gleichzeitig bietet das System die Möglichkeit, die Biege- und Querkrafttragfähigkeit zu erhöhen. Dieses Hightech-System kombiniert somit erstmals dauerhaftigkeitsrelevante und konstruktive Funktionen in einer dünnen, ca. 3 cm dicken Zwischenschicht, die keinen wesentlichen Beitrag zum Eigengewicht der Konstruktion leistet.
Die Multifunktionalität wird durch eine Weiterentwicklung des innovativen Werkstoffes Textilbeton erreicht, der im Rahmen der Forschungsarbeiten des Sonderforschungsbereiches SFB 532 an der RWTH Aachen seit 1999 bis heute wissenschaftlich untersucht wird, wobei das Wissen derzeit im Rahmen von Transferprojekten in verschiedene Bereiche der Baupraxis weitergegeben wird. So findet Textilbeton sowohl im Bereich des Neubaus als auch in der Instandsetzung bereits erste Anwendungen. In Kombination mit den Kernkompetenzen zu Sensorik (ibac), KKS (ibac) und der nachträglichen Verstärkung (IMB) sollen in Zusammenarbeit mit der Industrie (Eurovia, Sto, Groz-Beckert und Massenberg) und der öffentlichen Hand (BASt) die einzelnen Komponenten von SMART-DECK erarbeitet und im Rahmen von Demonstratoren umgesetzt werden.
Um die Konzeptionierung der Materialien unter Berücksichtigung aller Anforderungen zu ermöglichen, ist detailliertes Wissen aus dem Bereich der Bauwerksdiagnose und der Instandsetzung von Stahlbetonbauwerken erforderlich.
Die im Projekt zu erarbeitende Technik stellt eine Schlüsseltechnologie dar, die zukünftig auch für weitere Anwendungsfelder modifiziert und genutzt werden kann.
Brüderstr. 53, 51427 Bergisch-Gladbach
Dr.-Ing. Peter Haardt
T: +49-2204-43810 | F: +49-2204-43673
Abdalla Fakhouri
Dipl.-Ing. Beata Krieger
13N13107
Das System SMART-DECK ermöglicht erstmals eine Kombination unterschiedlicher Funktionalitäten in der Ertüchtigung und Erhaltung von Infrastrukturbauwerken (Tragfähigkeitserhöhung, kontinuierliches und vollflächiges Monitoring des Bauwerkszustandes sowie ggf. einen Schutz des Bauwerkes mittels präventivem kathodischen Korrosionsschutz). Eine vergleichbare Lösung, welche diese Funktionalitäten miteinander vereint, existiert bisher nicht, so dass im Rahmen des Teilvorhabens "Anforderungen und Beurteilung des präventiven Erhaltungskonzepts SMART-DECK" grundlegende Fragestellungen, die in Zusammenhang mit der Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Ausführung von SMART-DECK stehen, aus wissen-schaftlicher und technischer Sicht bearbeitet werden müssen.
Das Teilvorhaben der BASt ist im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens von zentraler Bedeutung. Die von der BASt zu stellenden Anforderungen an das System SMART-DECK werden den Verbundforschungspartnern für die ihre Forschungsaktivitäten in Hinsicht auf die einzelnen Komponenten (textile Bewehrung, Hochleistungsmörtel, Mess- und Regelungstechnik) übermittelt, so dass bereits von Anfang an in den Arbeiten der Verbundforschungspartner die Erfordernisse der Praxis (hier: Straßenbauverwaltungen) berücksichtigt werden. Die Einhaltung dieser Anforderungen ist für den Projekterfolg und für eine zügige Akzeptanz von SMART-DECK in der Praxis entscheidend. Die Arbeiten der Verbundpartner sind also von den Resultaten bzw. den Anforderungen der BASt an SMART-DECK abhängig und können nicht von einem anderen Partner übernommen werden. Zudem werden durch die BASt die für die Erprobung und Demonstration des Systems notwendigen Beispielbauwerke zur Verfügung gestellt.
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RWTH Aachen - Institut für Bauforschung
Schinkelstraße 3, 52062 Aachen
Univ.-Prof. Dr.-Ing Michael Raupach
T: +49-241-8095104 | F: +49-241-8092139
RWTH Aachen – Institut für Massivbau
Mies-van-der-Rohe-Str. 1, 52056 Aachen
Univ.-Prof. Dr.- Ing Josef Hegger
T: +49-241-8025170 | F: +49-241-8022335
13N13108
Das System SMART-DECK ermöglicht erstmals eine Kombination unterschiedlicher Aufgaben (Verstärken der Tragfähigkeit, kontinuierliches und vollflächiges Monitoring des Bauwerkszustandes sowie ggf. Schutz des Bauwerkes mittels präventivem kathodischen Korrosionsschutz (pKKS)) in der Instandsetzung und -haltung von Infrastrukturbauwerken. Die geforderte Multifunktionalität sowie die Vorgabe, keinen wesentlichen Anteil zum Eigengewicht der Konstruktion beizutragen, setzt für SMART-DECK den Einsatz einer textilbewehrten Hochleistungsmörtelschicht voraus.
Eine vergleichbare Lösung mit den genannten Funktionalitäten ist bisher am Markt nicht verfügbar, so dass im Rahmen des Teilvorhabens „Konzeptionierung und Validierung des Monitoring- und pKKS-Systems für SMART-DECK“ am Instititut für Bauforschung (ibac) grundlegende Fragestellungen hinsichtlich der Anforderungen an Mörtel, Textil und Messknoten sowie Sensoren erarbeitet werden müssen, damit diese eine Umsetzung von Monitoring- und pKKSSystem möglich machen. Die Anforderungen an Textil und Mörtel im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften dieser Komponenten werden im Teilvorhaben "Entwurf und Bemessung der konstruktiven Verstärkung von SMART-DECK" am Institut für Massivbau (IMB) erarbeitet. Die Erkenntnisse aus beiden Teilvorhaben werden den Verbundforschungspartnern für die dort durchgeführten Forschungsaktivitäten der einzelnen Komponenten (textile Bewehrung, Hochleistungsmörtel, Mess- und Regelungstechnik) zur Verfügung gestellt, so dass deren Arbeiten die Erfordernisse berücksichtigen, die sich aus der Implementierung eines Monitoring- und pKKS-Systems sowie der konstruktiven Verstärkung ergeben.
Die wesentlichen Fragestellungen bei den Forschungsaufgaben des ibac sind die Grundlagenforschung zur Benennung der notwendigen Materialeigenschaften der einzelnen Komponenten sowie die Erarbeitung einer Benutzeroberfläche für das Sensorsystem. Vom IMB wird schwerpunktmäßig die Grundlagenforschung zur Erarbeitung der mechanischen Eigenschaften der Komponenten Textil und Mörtel vorangetrieben, sowie die Charakterisierung der Komponenten und ihres Verbundes im Hinblick auf die verstärkende Wirkung.
Die genannten Teilvorhaben sind im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens von zentraler Bedeutung, da ohne die Arbeiten dieser Teilvorhaben SMART-DECK nicht realisiert werden kann und die zuvor genannten Forschungsfragestellungen nicht von einem anderen Partner bearbeitet werden können.
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Ehrenbachstr. 1, 79780 Stühlingen
Johannes Müller
T: +49-7744-571334 | F: +49-7744-572060
13N13106
Das Thema der nachhaltigen Mobilität steht aufgrund der sehr großen Verkehrsinfrastruktur in Kombination mit einem stetig wachsenden Verkehrsaufkommen in Deutschland kontinuierlich im Fokus von Wirtschaft, Politik und Forschung. Im Rah-men des geplanten Verbundforschungsvorhabens SMART-DECK soll ein innovativer, multifunktionaler Brückenbelag für den Neubau sowie die Instandsetzung von Straßenbrücken entwickelt werden, um die Lebensdauer dieser maßgeblich zu erhöhen und gleichzeitig volkswirtschaftliche Schäden aus Verkehrsbehinderungen infolge umfangreicher Instandsetzungsarbeiten oder Ersatzbauten signifikant zu reduzieren.
Im Rahmen des geplanten Verbundforschungsvorhabens – Intelligenter multifunktionaler Brückenbelag aus Textilbeton, SMART-DECK soll eine innovative, multifunktionale und dünne (ca. 30 mm) Zwischenschicht entwickelt werden, welche sowohl für den Neubau als auch für Bestandsbauwerke einen Fortschritt gegenüber dem heutigen Stand der Technik bietet.
SMART-DECK basiert auf dem innovativen Werkstoff Textilbeton und soll gleich drei Funktio-nalitäten bieten: Das System soll erstmals ein vollflächiges Echtzeit-Feuchtemonitoring, einen abschnittsweise steuerbaren präventiven kathodischen Korrosionsschutz (pKKS) sowie eine konstruktive Verstärkung von Bestandsbauwerken mit einer zu geringen Tragfähigkeit erlauben. Das Monitoring ermöglicht ein frühzeitiges Erkennen von Schäden in der Abdichtungs-ebene und in Kombination mit dem pKKS das Vermeiden von Verkehrsbehinderungen, da eine Erneuerung des Brückenbelages mit einhergehender Baustelleneinrichtung nicht zeitnah erforderlich ist, sondern über Jahre hinaus in verkehrsgünstige Perioden verschoben werden kann. Sowohl das Monitoring, der pKKS als auch die verstärkende Wirkung werden mit Hilfe textiler Carbonbewehrung in Kombination mit einem noch zu entwickelnden Spezialmörtel realisiert. Die Aufgabe der Sto AG besteht mittelbar im Zusammenhang mit der Erarbeitung eines mine-ralischen Mörtels, der als Systemkomponente im Gesamtsystem SMART-Deck zur Anwendung kommen soll. Die wesentlichen Fragestellungen bei den Forschungsaufgaben liegen in der Formulierung des mineralischen Mörtels, der Verträglichkeit des Mörtels mit den mittelbar angrenzenden Werkstoffen Beton und Abdichtung sowie zu den systemgehörigen Werkstoff Textilbewehrung. Darüber hinaus muss aber auch sichergestellt werden, dass die physikalisch chemischen Prozesse, hier vor allem das Verfahren - präventiver kathodischer Korrosions-schutz (pKKS) – gesamthaft zum Tragen kommen kann. Darüber hinaus sind die Erkenntnisse aus der Mörtelcharakterisierung entscheidende Merkmale für die Projektpartner in der Festlegung der Systemmerkmale. Das genannte Teilvorhaben ist im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens von zentraler Bedeutung, da ohne die Arbeiten des Teilvorhabens SMART-DECK nicht realisiert werden kann. Und die zuvor genannten Forschungsfragestellungen nicht von einem anderen Partner bearbeitet werden können.
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Parkweg 2, 72458 Albstadt
Dr.-Ing. Marcus Hinzen
T: +49-7431-102727 | F: +49-7431-1062792
marcus.hinzen(at)fta-textile.com
13N13105
Das System SMART-DECK ermöglicht erstmals eine Kombination folgender unterschiedlicher Aufgaben im Bereich der Instandsetzung und -haltung von Infrastrukturbauwerken:
Durch den modularen Aufbau ist eine Vereinigung dieser drei Funktionalitäten möglich, es können aber auch nur einzelne Funktionen genutzt werden. Dadurch wird eine auf das individuelle Bauwerk angepasste Funktionalität erzielt. Eine vergleichbare Lösung, die die genannten Funktionalitäten miteinander vereint, ist bisher am Markt nicht verfügbar.
Die Untersuchungen im Rahmen des Teilvorhabens „Erforschung technischer Hochleistungstextilen unter Berücksichtigung der Anforderungen von SMART-DECK“ dienen zur Klärung grundlegender Fragestellungen hinsichtlich der Herstellung textiler Bewehrungsstrukturen. Die Erkenntnisse, die in diesem Teilvorhaben von der Fa. Groz-Beckert erarbeitet werden, dienen den anderen Verbundpartnern für deren Forschungsaktivitäten an den einzelnen Komponen-ten (Hochleistungsmörtel, Mess- und Regelungstechnik, Einbau der Bewehrung unter Praxisbedingungen). Die wesentlichen Forschungsarbeiten der Fa. Groz-Beckert fokussieren die Untersuchungen zur elektrischen Leitfähigkeit verschiedener Faser- und Tränkungsmaterialien, zur Erhöhung der Tragfähigkeit des Bauwerks sowie Untersuchungen zur Verbindung der elektrischen Anschlüsse mit den Textilien.
Um eine möglichst dünne Schichtdicke von SMART-DECK zu erzielen ist der Einsatz konventioneller Betonstähle aufgrund der Korrosionseigenschaften und den sich daraus ergebenen Schichtdicken nicht zielführend. Werden dagegen nicht-korrodierende Textilien verwendet, können extrem dünne Betonschichten mit Dicken von ca. 30 mm erreicht werden. Dieses Teilvorhaben ist im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens von zentraler Bedeutung, da ohne die Erforschung elektrisch leitfähiger sowie gleichzeitig tragfähiger Textilbewehrungen SMART-DECK nicht realisiert werden kann. Groz-Beckert besitzt umfassende Erfahrungen in der Herstellung von Textilien und im Textilbetonbau, sodass die zuvor genannten Forschungsaufgaben nicht von einem anderen Partner bearbeitet werden können. Aufbauend auf den bestehenden Erkenntnissen stellen elektrisch leitfähige Textilbewehrungen für den Betonbau eine Erweiterung des Produktsortiments von Groz-Beckert dar und wäre zugleich ein Allein-stellungsmerkmal.
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Cathostr. 3a, 45356 Essen
Heiner Stahl
T: +49-201-8610810 | F: +49-201-8610819
13N13104
Das System SMART-DECK ermöglicht erstmals eine Kombination unterschiedlicher Aufgaben (Verstärken der Tragfähigkeit, kontinuierliches und vollflächiges Monitoring des Bauwerkszustandes sowie ggf. einen Schutz des Bauwerkes mittels pKKS (präventiver Kathodischer Korrosionsschutz) in der Instandsetzung und –haltung von Infrastrukturbauwerken. Die erforderli-che Multifunktionalität des SMART-DECK's darf zudem zu keiner wesentlichen Erhöhung des Eigengewichts der Kontruktion führen. Dies macht die Verwendung einer textilbewehrten Hochleistungsmörtelschicht zwingend erforderlich.
Eine vergleichbare Lösung, die die genannten Funktionalitäten miteinander vereint, ist bisher am Markt nicht verfügbar, so dass im Rahmen des Teilvorhabens "Erarbeitung technischer Lösungen zur Installation und zum dauerhaften Betrieb des Monitoring- und pKKS-Systems für SMART-DECK" grundlegende Fragestellungen, die in Zusammenhang mit der Ausführung des Monitoring- und pKKS-Systems von "SMART-DECK" stehen, grundlegend aus wissen-schaftlicher und technischer Sicht bearbeitet werden müssen.
Die Entwicklungen aus den Arbeiten der Fa. Massenberg werden den Verbundforschungspart-nern für die dort durchgeführten Forschungsaktivitäten der einzelnen Komponenten (textile Bewehrung, Hochleistungsmörtel, Mess- und Regelungstechnik, Applikationsverfahren) zur Verfügung gestellt, so dass die Arbeiten der Verbundforschungspartner auf die Erfordernisse, die sich aus der Installation und dem Betrieb von SMART-DECK, insbesondere des Monitoring- und pKKS-Systems außerhalb des Labormaßstabes ergeben, berücksichtigt werden können.
Die wesentlichen Fragestellungen bei den Forschungsaufgaben der Fa. Massenberg sind sowohl die Erarbeitung von dauerhaften, bauseits ausführbaren elektrischen Anschlüssen sowie die Anpassung von Messknoten und Gleichrichtern an die baupraktischen Gegebenheiten und die Erarbeitung der Applikationstechnik für das Gesamtsystem.
Das genannte Teilvorhaben ist im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens von zentraler Bedeutung, da ohne die Arbeiten des Teilvorhabens das Projekt SMART-DECK nicht realisiert werden kann und die zuvor genannten Forschungsfragestellungen nicht von einem anderen Partner bearbeitet werden können.
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Hessenstr. 23, 65719 Hofheim-Wallau
Dipl.-Ing. Roger Bill
T: +49-6122-5043280 | F: +49-6122-5043299
13N13103
Das System SMART-DECK ermöglicht erstmals eine Kombination unterschiedlicher Aufgaben (Verstärken der Tragfähigkeit, kontinuierliches und vollflächiges Monitoring des Bauwerkszu-standes sowie ggf. einen Schutz des Bauwerkes mittels pKKS) in der Instandsetzung und –haltung von Infrastrukturbauwerken. Ferner soll SMART-DECK keine wesentliche Erhöhung des Eigengewichtes der Konstruktion zur Folge haben und es ist daher die Verwendung einer textilbewehrten Hochleistungsmörtelschicht zwingend erforderlich.
Eine vergleichbare Lösung, die die genannten Funktionalitäten miteinander vereint, ist bisher am Markt nicht verfügbar, so dass im Rahmen des Teilvorhabens "Implementierung in den Bauablauf und Realisierung von SMART-DECK" grundlegende Fragestellungen, die im Zusammenhang mit der Ausführung von SMART-DECK stehen, aus wissenschaftlicher und technischer Sicht bearbeitet werden müssen.
Die Erkenntnisse aus den Arbeiten der Fa. Eurovia werden den Verbundforschungspartnern für die dort durchgeführten Forschungsaktivitäten der einzelnen Komponenten (textile Beweh-rung, Hochleistungsmörtel, Mess- und Regelungstechnik) zur Verfügung gestellt, so dass die Arbeiten der Forschungspartner auf die Erfordernisse, die sich aus der Herstellung von SMART-DECK außerhalb des Labormaßstabes ergeben, abgestimmt werden können.
Die wesentlichen Fragestellungen bei den Forschungsaufgaben der Fa. Eurovia sind sowohl die Realisierung der Herstellung einer 3 cm dicken, zweilagig textilbewehrten Mörtelschicht unter realen Baustellenbedingungen, u.a. die Ausführung in mehreren 100 m², sowie die Integration von SMART-DECK in vorhandene Regelaufbauten und –details nach ZTV-ING/-RIZ-ING von Brückenbauwerken. Dabei ist ein wesentliches Ziel die Reduzierung der erforderli-chen, insbesondere der händischen Arbeitsschritte auf ein Minimum. Es soll daher ein Konzept erarbeitet werden, bei dem die Herstellung von SMART-DECK mit maschineller Hilfe erfolgt. Dieses Konzept sowie die darauf aufbauende Einbaumaschine für die textile Bewehrung werden im Rahmen der Arbeiten von der Fa. Eurovia erarbeitet und im Zuge der Demonstratorenerstellung die Funktionstüchtigkeit verifiziert. Ferner ermöglichen die beiden Demonstratoren eine Verifikation der erarbeiteten Baustellenabläufe und Detailanpassungen bei Brückenbauwerken.
Das genannte Teilvorhaben ist im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens von zentraler Bedeutung, da ohne die Arbeiten des Teilvorhabens der Fa. Eurovia SMART-DECK nicht realisiert werden kann und die zuvor genannten Fragestellungen nicht von einem anderen Part-ner bearbeitet werden können.
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