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Kevin Metje, M.Sc.

Raum: PB-A 108
+49 271 740-4029
metje@bau.uni-siegen.de

Verbund in Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelementen

Forschungsschwerpunkt

Innovative Fassadenkonstruktionen

Finanzierung und Laufzeit

Vernetztes Projekt, Universität Siegen
Laufzeit: November 2016 bis Oktober 2017

Bearbeiter

Kevin Metje, M.Sc.

Projektpartner          

Lehrstuhl für Tragkonstruktion, Department Architektur und Städtebau

Projektbeschreibung

Der Aufbau eines klassischen Sandwichelements des Massivbaus besteht aus einer Stahlbeton- oder Textilbeton-Vorsatzschale, einer Hartschaumschicht und einer Stahlbeton-Tragschale. Der Verbund der beiden Betonschalen wird durch mechanische Verbundmittel aus Stahl, glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder ein räumliches textiles Gelege sichergestellt.

bildIn einem Forschungsprojekt wurde gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Tragkonstruktion der Universität Siegen ein neuartiger Sandwichaufbau entwickelt, bei dem Glastafeln als Vorsatzschale ohne zusätzliche Verbundmittel über die Dämmstoffschicht an eine Tragschale aus Stahlbeton anschließen. Die Übertragung von Zug- und Schubkräften, die aus der Eigenlast der Glastafeln und der Dämmstoffschicht, aus der Windlast oder aus Zwangbeanspruchung resultieren, erfolgt in den Grenzschichten zwischen den drei Materialien ausschließlich über Adhäsionsverbund.

Zur Charakterisierung des Verbundes zwischen normalfestem Beton (OPC) bzw. ultrahochfestem Beton (UHPC) und verschiedenen anbetonierten Hartschaumplatten wurden am Lehrstuhl für Massivbau 120 Haftzugversuche und 30 Scherversuche durchgeführt. Die Hartschaumplatten bestanden aus expandiertem Polystyrol (EPS), extrudiertem Polystyrol (XPS) und Polyurethan (PUR) und besaßen unterschiedliche Oberflächentexturen.

Bei OPC hatten die Hartschaumart und die Oberflächentextur keinen signifikanten Einfluss auf die Haftzugfestigkeit in der Hartschaum-Beton-Verbundfuge. Bei Verbundfugen mit UHPC wurden - sofern nicht Kohäsionsversagen im Dämmstoff maßgebend wurde - höhere Haftzugfestigkeiten als mit OPC gemessen. Zudem war ein deutlicher Einfluss der Oberflächentextur auf die Versuchsergebnisse erkennbar. Die Haftzugfestigkeit lag bei OPC für die verschiedenen Hartschaumplatten im Serienmittel zwischen 0,135 und 0,156 N/mm² während bei UHPC Serienmittelwerte zwischen 0,193 und 0,251 N/mm² erreicht wurden.

In lichtmikroskopischen Untersuchungen der Grenzfläche zwischen Hartschaum und Beton konnte eine höhere Abformgenauigkeit des UHPC festgestellt werden, was die bessere mikromechanische Verzahnung zwischen Hartschaum und UHPC erklärt. Ursächlich hierfür scheinen der höhere Feinstoffgehalt und die fließfähigere Konsistenz des UHPC zu sein.

In den Scherversuchen an Hartschaum-Beton-Proben wurden ausschließlich Verbunde mit PUR untersucht. Die PUR-Hartschaumplatten waren glatt gefräst entweder ohne oder mit gefrästen Rillen. Die Rillen wurden in den Versuchen zum einen längs und zum anderen quer zur Belastungsrichtung ausgerichtet. Fast ausnahmslos traten Kohäsionsbrüche im PUR auf, sodass sowohl bei OPC als auch bei UHPC nur ein geringer Einfluss der Oberflächentextur der Hartschaumplatten auf die Scherfestigkeit der Verbundfuge festzustellen war. Die Scherfestigkeit lag im Serienmittel zwischen 0,155 und 0,177 N/mm² (OPC) bzw. zwischen 0,157 und 0,182 N/mm² (UHPC).

Die Verbundfuge zwischen Glas und Hartschaum wurde am Lehrstuhl für Tragkonstruktion untersucht.

Die Herstellung des Glas-Hartschaum-Beton-Sandwiches kann problemlos in den Fertigungsprozess einer Anlage zur Herstellung von Sandwiches des Metallleichtbaus und in die üblichen Arbeitsabläufe von Betonfertigteilwerken integriert werden.

Publikationen

WEIMAR, T.; HAMMER, C.; LEUTBECHER, T.; METJE, K., 2021. Study on Glass-Rigid Foam Composite for Innovative Concrete Sandwich Elements. Civil Engineering Design. 3(1-2), 3-12. ISSN 2625-073X. doi:10.1002/cend.202000010

METJE, K.; LEUTBECHER, T.; WEIMAR, T.; HAMMER, C., 2020. Bond between concrete and rigid foam in precast concrete sandwich construction. Civil Engineering Design. 2(5-6), 182-192. ISSN 2625-073X. doi:10.1002/cend.202000011

METJE, K.; LEUTBECHER, T.; WEIMAR, T.; HAMMER, C., 2019. Verbund in Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelementen. Teil 1 - Experimentelle Untersuchungen zum Verbund zwischen Beton und Hartschaum. Bautechnik. 96(10), 731-739. ISSN 1437-0999. doi:10.1002/bate.201900016

WEIMAR, T.; HAMMER, C.; LEUTBECHER, T.; METJE, K., 2019. Verbund in Glas-Hartschaum-Beton-Sandwichelementen. Teil 2 - Experimentelle Untersuchungen zum Verbund zwischen Glas und Hartschaum. Bautechnik. 96(10), 740-748. ISSN 1437-0999. doi:10.1002/bate.201900017

LEUTBECHER, T.; WEIMAR, T., 2019. Verbundmittelfreies Beton-Sandwichelement mit Glasvorsatzschale. In: Kongressunterlagen 63. BetonTage: Innovation in Beton. Neu-Ulm, 19.-21. Februar 2019. Betonwerk und Fertigteil-Technik/Concrete Plant and Precast Technology. 85(2), 91. ISSN 0373-4331

 
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