Tessellieren von Carbonfaser-Gitterbewehrung | Förderphase 2
Durch die Architektur der Textilbewehrung können ihre Eigenschaften wie die Festigkeit, die Biegesteifigkeit und das Drapierverhalten bereits im Herstellungsprozess mitbestimmt werden. Nach der Herstellung der textilen Struktur lassen sich diese Eigenschaften durch eine Vielzahl von Veredlungsverfahren weiter beeinflussen und die textilen Systeme funktionalisieren. Unser Ziel ist es, neuartige Ansätze zur Formgebung von textilen Gelegen zu ermöglichen, um die erreichbaren Formen von Carbonbetonelementen durch Tesselierung zu erweitern. Tesselierung beschreibt den Aufbau von sich periodisch wiederholenden Mustern, die auf einfachen geometrischen Grundformen basieren. Um diese komplexen Geometrien flexibel zu realisieren und gleichzeitig gute mechanische Eigenschaften der Bewehrung zu erreichen, werden die in Periode 1 des TRR 280 untersuchten Ansätze – zeitverzögerte Aushärtung beim Prepregansatz oder thermisch induzierte Erweichung beim Organoblechansatz – angewendet.
Zentraler Aspekt der Forschung ist die Analyse der Abhängigkeiten von Herstellungs- und Strukturparametern der Textilbewehrung auf das Drapierverhalten. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Scherung, Stauchung und Gassenbildung im Krümmungsbereich der Tesselierung und dem mechanischen Verhalten unter Zug- und Druckbelastung. Neben der Forschung auf der Materialseite werden auch Fertigungsansätze für großflächige mosaikartige Bewehrungsstrukturen untersucht.
Team
52074 Aachen
52074 Aachen
52074 Aachen
52074 Aachen
Kooperationen
Ehemalige | Former involved
Martin Scheurer (wissenschaftlicher Mitarbeiter, RWTH Aachen, 07/2020 – 07/2024)
Untersuchung neuer Material- und Technologieansätze zur kontinuierlichen Inline-Umformung und -Konsolidierung textiler Bewehrungen | Förderphase 1
Neue, digitale und kontinuierliche Fertigungsmethoden (z. B. 3D-Betondruck und Betonextrusion) ermöglichen lastpfadgerechte (form follows force) und somit materialminimierte Konstruktionen. Herkömmliche getränkte Textilbewehrungen eignen sich nicht zur Integration in diese Fertigungsprozesse zur Herstellung komplexer Carbonbetongeometrien. Hauptgrund ist der Verlust eines Großteils der Formflexibilität durch die etablierte Offline-Konsolidierung. TP B02 untersucht daher die gezielte zeitliche Verschiebung des Umform- und Konsolidierungsschrittes mittels Prepregsystemen in den Betonageprozess und deren prozesstechnische Anwendbarkeit im Zuge der neuen, digitalen und kontinuierlichen Fertigungsprozesse. Neben etablierten Aushärtemechanismen wie z. B. Wärme oder UV-Strahlung werden auch neue Ansätze, wie bspw. die Aktivierung über die Alkalität des Betons, Mikrowellen und Induktion, für eine Inline-Fertigung für Carbonbeton im vorliegenden TP B02 erforscht.
Im Rahmen von B02 wird gemeinsam mit TP D01 das Seed-Fund-Projekt "Auf freistehender textiler Schalung additiv gefertigte Carbonbetonstrukturen – freeDome" (1. Runde 2022) durchgeführt.
Publikationen | Publications
Backes, J. G. M.; Scheurer, M.; Kalthoff, M.; Gries, M.; Matschei, T.; Raupach, M.; Traverso, M. (2022) Sustainability of textile reinforcements for carbon concrete – today and tomorrow in: Stokkeland, S.; Braarud, H. C. [eds.] Concrete Innovation for Sustainability – Proc. for the 6th fib International Congress 2022, 12.–16.06.2022 in Oslo (Norway), Oslo: Novus Press, p. 2130–2138.
Friese, D.; Scheurer, M.; Hahn, L.; Gries, T.; Cherif, Ch. (2022) Textile reinforcement structures for concrete construction applications—a review in: Journal of Composite Materials 56, issue 26, p. 4041–4064 – DOI: 10.1177/00219983221127181
Heins, K.; Lesker, S.; Pütz, J.; Hüntemann, M.; Gries, T. (2023)Effect of thermoplastic impregnation on the mechanical behavior of textile reinforcement for concrete in: SN Appl. Sci. 5, 93 – DOI: 10.1007/s42452-023-05305-y
Scheurer, M.; Dittel, G.; Heins, K.; Gries, T. (2023) Polymer Impregnated Textile Reinforcement Cured in Concrete by Means of Electric Heating in: Harris, K. A.; Cardoso, D. C. T.; da Silva, F. A. [eds.]: Proc. of 11th Int. Conf. on Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Composites in Civil Engineering (CICE 2023), 24.–26.07.2023 Rio de Janeiro (Brazil), 2023 – https://doi.org/10.5281/zenodo.8139441
Scheurer, M.; Dittel, G.; Kalthoff, M.; Raupach, M.; Matschei, T.; Gries, T. (2023) Evaluation of Properties of Impregnated Reinforcement Textiles Cured Within Concrete for Applications in Concrete Extrusion in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 349, Cham: Springer, p. 1293–1302 – DOI: 10.1007/978-3-031-32519-9_131
Scheurer, M.; Friese, D.; Heins, K.; Hahn, L.; Mersch, J.; Cherif, C.; Gries, T. (2024) Novel Textile Reinforcements for Advanced Concrete Production Methods in: Mechtcherine, V.; Signorini, C.; Junger, D. [eds.]: Transforming Construction: Advances in Fiber Reinforced Concrete – Proc. of XI RILEM-fib Int. Symp. on Fiber Reinforced Concrete (BEFIB 2024), 15.–18.09.2024 in Dresden, publ. in RILEM Bookseries, Vol. 54, Cham: Springer Nature Switzerland, p. 778–785 – https://doi.org/10.1007/978-3-031-70145-0_92
Scheurer, M.; Friese, D.; Penzel, P.; Dittel, G.; Bhat, S.; Overhage, V.; Hahn, L.; Heins, K.; Cherif, C.; Gries, T. (2023) Current and future trends in textiles for concrete construction applications in: Textile 3, issue 4, p. 408–437 – https://doi.org/10.3390/textiles3040025
Scheurer, M.; Gries, T. (2022) Investigation of new material and technology approaches for continuous inline-forming and consolidation of textile reinforcements for concrete in: Gries, T.; Röding, T.; Pohlkemper, F.; Liu, Z.; Böhler, P.; Haag, M. [eds.] Aachen Reinforced! Symposium 2022, 17.–19.10.2022 in Aachen, p. 24–27.
Scheurer, M.; Gries, T. (2023) Comparative evaluation of textiles for use in textile reinforced concrete contribution to 2nd Int. Conf. on Construction Materials and Structures (ICCMS-2022), 14.–18.12.2022 at National Institute of Technology Calicut Kerala, Kerala (India, online), publ. in: Materials Today Proceedings – https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.03.477
Scheurer, M.; Kalthoff, M.; Matschei, T.; Raupach, M.; Gries, T. (2022) Analysis of Curing and Mechanical Performance of Pre-Impregnated Carbon Fibers Cured within Concrete in: Textiles 2, issue 4, p. 657–672 – DOI: 10.3390/textiles2040038
Scheurer, M.; Neef, T.; Dittel, G.; Mechtcherine, V.; Gries, T. (2023) Textile Reinforced Concrete Structures Additively Manufactured on Free-Standing Textile Formwork in: Harris, K. A.; Cardoso, D. C. T.; da Silva, F. A. [eds.]: Proc. of 11th Int. Conf. on Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Composites in Civil Engineering (CICE 2023), 24.–26.07.2023 Rio de Janeiro (Brazil), 2023 – DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.8114263
Studentische Arbeiten | Student’s works
Faust, M. (2023) Recherche zur Aushärtung der Tränkungsmatrix von Carbonbetonbewehrungen mittels Induktion [Forschungslabor | research laboratory]
Örsak, Y.; Saatcioglu, O. (2023) Recherche und Bewertung von Aushärtungsmechanismen für imprägnierte Carbonfasertextilien in Beton [Projektarbeit | project work]
Walter, E. S. (2023) Experimentelle Untersuchungen zur Ermittlung des Einflusses der Carbonfaserschlichte auf die Faser-Matrix Haftung von Textilbeton [Bachelorarbeit | Bachelor's thesis]
Behnke, L. (2022) Feasibility Study of Curing Preimpregnated Carbon Fibres in Textile-Reinforced Concrete by Means of Electric Heating [Bachelorarbeit | Bachelor's thesis]
Müllerschön, P. (2022) Untersuchung zur Aushärtung von Tränkungen vorimprägnierter Carbonfasern im Beton für den Extrusionsprozess [Masterarbeit | Master's thesis] (mit | with D02)
Nguyen, T. L. (2022) Anforderungen an Geometrie und Formgebung bei Textilbetonelementen [Bachelorarbeit | Bacgelor's thesis] (mit | with D02)
Yuan, F.; Müller, H.; Xia, J. (2022) Prozessanalyse: Formung von Textilbewehrungen [Projektarbeit | Projct work]
Hartig, C. (2021) Experimentelle Analyse der Aushärtung und Verbundeigenschaften [Masterarbeit | Master's thesis] (mit | with D02)
Köymen, T. S.; Basaran, M.; Yilmaz, A. (2021) Experimentelle Untersuchungen der Einflüsse verschiedener Schlichten auf die mechanischen Kennwerte bei Carbonbeton [Projektarbeit | Projct work]
Vocke, K. (2021) How sustainable are concrete reinforcement alternatives? Sustainability assessment of carbon- and glass fiber-reinforced concrete in comparison to conventional steel-reinforced concrete based on Life Cycle Assessment [Masterarbeit | Master's thesis] (mit | with E01)