Weitspannende Sandwichelemente mit vorgespannten Textilbetondeckschichten und geschäumter Kernschicht

Durch die Kombination von hochfestem Beton und korrosionsresistenten Bewehrungsmaterialien aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) lassen sich Sandwichelemente mit dünnen Deckschichten herstellen, die sich durch eine hohe Tragfähigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht und sehr gute bauphysikalische Eigenschaften auszeichnen. Die hohe Zugfestigkeit des CFK von etwa 2500 N/mm2 ermöglicht auch das Vorspannen der Deckschichten zur Reduzierung der Durchbiegung bei weitspannenden Elementen. Die Leistungsfähigkeit dieser Sandwichelemente wird maßgeblich durch die Schubsteifigkeit des Kerns und den Verbund zwischen den einzelnen Schichten beeinflusst. Mit konventionellen Herstellungsmethoden und vorkonfektionierten Dämmstoffplatten wird nur ein mäßiger Verbund zu den Betondeckschichten erreicht. Daher wird ein Zwei-Komponenten-Reaktionsgemisch aus Polyurethan (PUR) zwischen die bereits erhärteten Deckschichten eingebracht, das die Verbundeigenschaften zwischen den einzelnen Schichten signifikant verbessert.
Im Zuge eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts wurden solche weitspannende Sandwichelemente mit filigranen und vorgespannten Deckschichten entwickelt, die über einen geschäumten PUR-Kern und linienförmige Verbundmittel miteinander verbunden sind. Im vorliegenden Beitrag werden der Aufbau der Sandwichelemente, die Herstellung von großformatigen Plattenstreifen und die Ergebnisse von Biegeversuchen vorgestellt.

Widespan sandwich elements with pre-stressed layers made of textile reinforced concrete and foamed PU core
The combination of high-strength concrete and corrosion-resistant reinforcement materials made of carbon fibre-reinforced plastic (CFRP) allows the production of durable elements with low layer thicknesses. A high load-bearing capacity combined with low weight and good physical properties are the advantages of these composite structures. The high tensile strength of CFRP of approx. 2500 N/mm2 enables also the pre-stressing of the concrete layers to reduce the deflection of wide-span elements. The performance of sandwich elements is significantly influenced by the shear stiffness of the core and the bond between the single layers. With conventional manufacturing methods and pre-fabricated slabstocks, only a moderate bond between core and concrete is achieved. By using a polyurethane foam (PU), which is mixed of two components and inserted between the already hardened concrete layers, the bond between the single layers can be improved significantly.
In a project funded by the German Research Foundation (DFG), wide-span sandwich elements with filigree and pre-stressed layers were developed, which are connected by a foamed PU core and continuous connecting devices. This article presents the construction of the elements, the production of large-sized sandwich panels and the results of four-point bending tests.