Kopfbolzenverankerungen in mit CFK-Bewehrung vorgespannten dünnwandigen Hochleistungsbetonfertigteilen

Ein Betonfertigteilprodukt mit dem Namen Carbolith© wird von Sacac, einem Hersteller für Betonfertigteile und Schleuderbetonmaste, in der Schweiz hergestellt. Es handelt sich um mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) bewehrte, vorgespannte Hochleistungsbetonfertigteile (HPSCC). Die Ursprünge dieser Entwicklung gehen auf Mitte der 1990er Jahre zurück [1]. Neben dem Mastbau erschloss sich im Fassadenbau ein weiteres Anwendungsgebiet [2]. Neben gestalterischen Gründen bestand der Wunsch, leichtere und dauerhaft korrosionswiderstandsfähige Bauteile einzusetzen. In nachfolgenden Forschungsprojekten wurden gezielt Fragestellungen nach einer Materialoptimierung (Betonrezeptur, Matrixzusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit der CFK-Spannbewehrung), der Vorspanntechnologie und deren Lasteinleitung (Keiloptimierung), einer Erhöhung des Vorspanngrads und dem Verhalten unter Brandbeanspruchung nachgegangen [3].
In den Jahren 2012-2015 wurde das Thema der Lasteinleitung in dünnwandige, mit Carbon vorgespannten HPSCC-Profile an der Empa bearbeitet, weil es während der Projektierung stets einiger Improvisation und ingenieurmäßigen Geschicks bedurfte. Es gab weder zuverlässig anwendbare Bemessungsnormen, noch waren für die Lasteinleitung zugelassene Verankerungsprodukte verfügbar. Im folgenden Artikel wird über experimentelle Arbeiten berichtet, die dem Einsatz von Kopfbolzendübeln als Verankerungsmittel in Verbindung mit durch Carbon vorgespannten HPSCC-Profilen dienen sollen.

Headed bolts in pre-tensioned high-performance precast concrete elements reinforced with carbon fibre reinforced plastics (CFRP)
A precast concrete product with the trade name Carbolith© is manufactured in Switzerland by Sacac, a manufacturer of precast concrete elements and spun concrete masts. These are pre-tensioned high-performance precast concrete elements (HPSCC) reinforced with carbon fibre reinforced plastics (CFRP). The origins of this development go back to the mid-1990s [1]. In addition to mast constructions, another field of application was opened up in architectural façade constructions [2]. In addition to aesthetic design reasons, there was also the desire to use lighter and above all permanently corrosion-resistant materials. In subsequent research projects, specific questions concerning material optimization (concrete composition, matrix composition of the CFRP tendons, surface properties), the prestressing technology and its load introduction (wedge optimization), an increase in the degree of prestressing and the behavior under fire load were investigated [3].
In the years 2012 to 2015, the topic of load introduction into thin-walled carbon pre-stressed HPSCC profiles was addressed at Empa because it always required some improvisation and engineering skills during the design phase. There were neither reliably applicable design standards nor approved anchorage products available for a proper load introduction. In the following article, an experimental study is reported on the use of headed bolts as anchoring elements in connection with carbon prestressed HPSCC profiles.