Grundlagenuntersuchung zum Zerspanungsverhalten eines Verbundmaterials aus Beton und CFK mit Diamantschleifwerkzeugen

Betonwerkstoffe sind in der Lage, hohe Druckbelastungen aufzunehmen. Dagegen können Betonelemente nur geringe Zugbelastungen ertragen und werden daher durch Stahlbewehrungen verstärkt. Doch Stahl ist korrosions-anfällig, weshalb eine entsprechende Mindestbetondeckung notwendig ist. Aus Gründen der Nachhaltigkeit, neuer Gestaltungsmöglichkeiten und Einsatz¬gebiete wird aktuell der neue Bau- und Verbundwerkstoff Carbonbeton als Alternative zu Stahlbeton entwickelt. Carbonbeton ist ein Materialverbund bestehend aus hochfestem Beton und Bewehrungselementen aus kohlenstoff-faserverstärktem Kunststoff (CFK).

Entsprechend der bisherigen Entwicklungen und Forschungsarbeiten ist davon auszugehen, dass der Anteil von Bewehrungselementen aus CFK in der Bauindustrie in Zukunft stark zunehmen wird. Unter der Annahme, dass jedes Bauwerk mit der Zeit einen Um- oder Rückbau erfährt, ergibt sich die Erfordernis einer effizienten Zerspanung dieses Konstruktionswerkstoffes. Da die Auswir¬kungen der Bewehrungselemente auf den Zerspanungsprozess des Carbon¬betons noch nicht erforscht sind, werden im Rahmen dieses Projektes die grundlegenden Zusammenhänge bei der Zerspanung anhand von Modellversuchen an CFK bewehrtem Beton analysiert. Zur Bearbeitung des neuartigen Verbundwerkstoffes sollen, wie bei der trennenden Bearbeitung von Stahlbeton üblich, metallisch gebundene Diamantwerkzeuge Verwendung finden. Die Kombination der verschiedenen Werkstoffe mit ihren jeweils inhomogenen Materialeigenschaften stellt besondere Anforderungen an die Entwicklung der Diamantwerkzeuge zur trennenden Bearbeitung des Verbundwerkstoffes Carbonbeton.

Das Forschungsvorhaben beinhaltet sowohl eine Analyse des Zerspanungs-prozesses des neuen Konstruktionswerkstoffes durch metallisch gebundene Diamantschleifwerkzeuge als auch der wirkenden Mechanismen durch den Phasenwechsel zwischen CFK-Bewehrung und Beton. Aufgrund der Zusammensetzung des Verbundwerkstoffes aus mehreren Einzelkomponenten sind die grundlegenden Erkenntnisse der Materialtrennmechanismen der Einzelphasen sowie des mehrphasigen Verbundwerkstoffes zuerst auf Einzel¬kornebene zu untersuchen. Aufbauend auf diesen Grundlagen können im Anschluss die Ergebnisse der Einzelkornversuche auf Einzelsegmente übertragen und Rückschlüsse auf das Einsatzverhalten gezogen werden. Durch eine Betrachtung der gesamten Wirkkette vom Einzelkorn über Einzelsegmente bis zur Bohrkrone mit mehreren Schleifsegmenten wird somit das grundlegende Wissen über die Wirkzusammenhänge bei der spanenden Bearbeitung von CFK-bewehrtem Beton geschaffen. Die qualitativen und quantitativen Ergeb¬nisse dienen als Ausgangsbasis für die Entwicklung effizienter Diamantwerk¬zeuge für die Zerspanung.

Abb.: Detailebenen des Forschungsvorhabens „Zerspanung von Carbonbeton“

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