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L. Krug:
"Untersuchungen zum Einsatzpotential nichtmetallischer Bewehrungen im Betonbau";
Supervisor: P. Preinstorfer, J. Kollegger; Institut für Tragkonstruktionen, 2020; final examination: 2020-10-23.

Die Klimakrise, ausgelöst durch große Mengen anthropogener Treibhausgase, bedroht unseren Planeten auf nie da gewesene Weise. Die Bauindustrie und insbesondere der Betonsektor haben einen großen Anteil daran. Als Folge dessen entstand der Ansatz, die Effizienz von Betonbauteilen mit Bewehrungen aus Hochleistungsfasern zu steigern, um Ressourcen und Treibhausgasemissionen einzusparen. Mit der Verwendung von nichtmetallischen Faserverbundkunststoffen als Bewehrung kann außerdem die Dauerhaftigkeit der Tragwerke gesteigert werden, da keine Korrosion stattfindet. Das Ziel dieser Arbeit ist es, das ökologische Potenzial nichtmetallischer Bewehrung bei Verwendung im Betonbau aufzuzeigen. Dazu wird ein Vergleich zwischen Stahlbeton und FRP-bewehrten Bauteilen durchgeführt. Im deutschsprachigen Raum gibt es derzeit aber keine Richtlinien, nach denen eine Bemessung mit diesen Bewehrungen erfolgen kann. Daher werden in dieser Arbeit international verfügbare Richtlinien betrachtet und verglichen.
Als Bemessungsgrundlage für die darauffolgende Parameterstudie wurden die Vorschriften des ACI 440 2015 herangezogen und ein Einfeldträger mit Rechteckquerschnitt dimensioniert. Der Biegewiderstand, die Durchbiegung und das Treibhauspotenzial wurden in Abhängigkeit der Bewehrungsfläche, der zugehörigen statischen Nutzhöhe und der Trägerlänge untersucht. Dabei wurden Carbon, AR-Glas, Basalt und Betonstahl als Bewehrungsmaterial herangezogen. In allen Berechnungen stellte sich die Begrenzung der Verformung als maßgebender Nachweis heraus. Die mindestens erforderlichen, betrachteten Querschnittsabmessungen steigen mit der Trägerlänge linear an. Carbon weist die günstigsten mechanischen Eigenschaften auf, dementsprechend sind die notwendigen Querschnittsabmessungen am geringsten. Gleichzeitig ist es das Bewehrungsmaterial mit dem größten Treibhauspotenzial.
Dem entgegen stehen die etwa vergleichbaren Materialien AR-Glas und Basalt, die deutlich geringere Zugfestigkeiten und Elastizitätsmodule aufweisen sowie über die Zeit weniger dauerhaft sind. Damit sind für die Nachweise größere Mengen Bewehrung und eine größere statische Nutzhöhe notwendig. Der wesentliche Vorteil dieser Bewehrungen liegt in ihrem weitaus kleineren Treibhauspotenzial, aber auch in der Verfügbarkeit sowie den Kosten.
Das Einsatzpotenzial aller nichtmetallischen Bewehrungsmaterialien ist angesichts der Bemessungsmöglichkeiten gegeben. Für einen deutlicheren Vorteil hinsichtlich Bemessung und ökologisches Wirken gegenüber dem konventionellen Betonstahl sind jedoch Optimierungen notwendig. Diese können von den Bemessungsvorschriften, über die Wahl des statischen Systems, der Querschnittswahl, Vorspannung bis hin zu der Betonzusammensetzung reichen.

nichtmetallische Bewehrung; embodied CO2