Ultrahochleistungsbetone mit Bewehrung aus Formgedächtnismetallen zur Optimierung der Frisch- und Festbetoneigenschaften

Formgedächtnislegierungen haben die Eigenschaft sich durch einen thermischen oder spannungsinduzierten Impuls an eine zuvor eingeprägte Form zu „erinnern“. Dies beruht auf einer reversiblen Phasenumwandlung von der Niedrigtemperaturphase Martensit zu der Hochtemperaturphase Austenit. Durch diese Eigenschaft und die sich dadurch gebenden Möglichkeiten finden diese Legierungen auch immer mehr Beachtung im Bauingenieurwesen. Dies ist vor allem im Bereich der Energiedissipation und der externen Vorspannung und dem Instandsetzen von beschädigten Baustrukturen zu erkennen. Die hier vorliegende Arbeit untersucht dabei zwei neuartige Anwendungen von Formgedächtnislegierungen als Bewehrungselemente in ultrahochfesten Betonen (UHPC). Dabei wird ein Einsatz der Formgedächtnislegierung als Faser- und Stabbewehrung mit integrierter Funktionalität untersucht und diskutiert. So zeigen die generierten Ergebnisse, dass Fasern aus Formgedächtnislegierungen als Rheologie-optimierende Bewehrung eingesetzt werden können, ohne die mechanischen Eigenschaften des Betons negativ zu beeinflussen. Dies erlaubt, filigrane und gleichzeitig leistungsfähige Bauteile herzustellen. Weiterhin wird das Vorspannvermögen von Formgedächtnislegierungen für Betone dargelegt. In der Praxis ergibt sich so eine einfache und äußerst effektive Methode der Vorspannung, was ein signifikanter Vorteil im Vergleich zu klassischen Spannstählen darstellt. Für beide Anwendungen ist der Verbund zwischen den Bewehrungselementen und der zementären Betonmatrix von essenzieller Bedeutung. So wurde gezeigt, dass verschiedene Legierungen unterschiedlich starke Verbünde mit dem Beton eingehen, was die resultierenden mechanischen Eigenschaften signifikant beeinflusst. Daher wurde eine Methodik zur genaueren Beschreibung der Verbundspannung sowie deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von bewehrtem UHPC entwickelt. Weiterhin wurde eine Modifikation des Verbunds durch eine Faserbeschichtung mit einem thermoplastischen Elastomer (TPE) untersucht und so eine Steigerung des adhäsiven Verbundes festgestellt. Die hier vorliegende Arbeit zeigt das enorme Potential von Formgedächtnislegierungen als Bewehrungselemente in Hoch- und Ultrahochleistungsbetonen auch abseits der bekannten Einsatzmöglichkeiten. In Kombination mit den möglichen Modifikationen der Grenzflächen lassen sich neuartige Anwendungen realisieren, welche mit bisherigen Materialien und Methoden nicht möglich waren. Weiterhin zeigen die Ergebnisse jedoch auch, dass weitergehende, tiefgreifende Untersuchungen notwendig sind, sowohl auf der metallurgischen als auch auf der betontechnologischen Seite.