TiO2TRC - Neue Funktionalitäten von Textilbeton durch Titandioxidmodifikationen
01.08.2009 bis 31.12.2012
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 3 - Bauingenieurwesen - Institut für Bauforschung
Textilbeton ist ein Verbundwerkstoff, bei dem die übliche Stahlbewehrung durch technische Textilien, wie z. B. alkaliresistentes Glas, Kunststoff oder Carbon, ersetzt wird. Folglich stellt die chlorid- und carbonatisierungsinduzierte Korrosion kein Problem dar. Dadurch lassen sich Bauteile mit sehr geringen Betondeckungen und Bauteildicken realisieren.
Im Rahmen des Projektes sollten durch den Einsatz von Titandioxid neue Anwendungsgebiete und zusätzliche Funktionalitäten von Textilbeton erschlossen werden. Folglich wurde in diesem Projekt durch die fünf Verbundpartner die folgenden drei Teilbereiche im Hinblick auf titandioxidmodifiziertem Textilbeton erforscht:
Als Referenzmischung kam eine Feinbetonmischung zum Einsatz, die auf dem Sonderforschungsbereich SFB 532 "Texilbewehrter Beton – Grundlagen für die Entwicklung einer neuartigen Technologie" beruht. Das darin enthaltene Quarzmehl wurde in unterschiedlich starkem Maße durch verschiedene Arten von Titandioxid substituiert. Zusätzlich zur Art und Zugabemenge an Titandioxid wurde die Schalungsoberflächen und Nachbehandlung/Lagerung variiert und der Einfluss dieser Faktoren auf das Abbauvermögen an Schadstoffen in der Luft durch titandioxidmodifizierten Elemente untersucht. Neben der photokatalytischen Wirkung (Schadstoffabbau in der Luft) von Titandioxid wurde ebenfalls die superhydrophile Wirkung (Selbstreinigung der Betonoberfläche) betrachtet. In einem Teilprojekt wurden zudem die Grundlagen der Aktivierung der Hydrophilie eingehend erforscht. Weiterhin wurden ein Arbeitssicherheitskonzept zum Umgang mit Titandioxid erstellt sowie der Einfluss des Titandioxids auf die Ökobilanz untersucht.
Durch das lagenweise Einbringen des Betons bei der Herstellung von Textilbeton (z. B durch Laminierverfahren, Spritzen oder Gießen) war es möglich, nur die äußerste Schicht des Textilbetons mit Titandioxid zu versetzen. Im Unterschied zu Normalbeton kann dadurch zum einen die Menge des relativ teuren Titandioxids und folglich auch die Kosten stark reduziert werden. Zum anderen kommt das Titandioxid nur dort zum Einsatz, wo es auch wirken kann, und zwar an der Bauteiloberfläche.
Grundsätzlich konnte im Rahmen des Projektes der positive Effekt der Schadstoffreinigung durch titandioxidmodifizierte Textilbetone gezeigt werden. Allerdings wurde deutlich, dass die Effektivität von einigen Randbedingungen, wie beispielsweise der Art der Lagerung und Schalung, abhängt.
Die Ergebnisse zur Selbstreinigung waren nur bedingt überzeugend. Hierbei besteht weiterer Forschungsbedarf, da kein geeigneter Modellschmutzstoff vorhanden war, mit dem die Selbstreinigung quantifiziert werden konnten.
Es konnte gezeigt werden, dass sich titandioxidmodifizierte Oberflächen gut mit handelbüblichen Klebstoffen (auf Basis von Zement und Epoxidharz) verbinden lassen. Eine weitere Rezepturoptimierung ist nicht erforderlich.
Büssingstr. 4
42871 Haan
Dr.-Ing. Ulrich Pachow
13N10738
Teilvorhaben: Anwendungsorientierte Umsetzung von titandioxidmodifiziertem Textilbeton
Die DuraPact Gesellschaft für Faserbetontechnologie mbH verfügt über eine Produktionsabteilung, die der Fertigung von Sonderprodukten, aber in geringem Maße auch von Standardprodukten aus textilbewehrtem Beton dient. Folglich war es im Rahmen des Vorhabens die Aufgabe von DuraPact, ihr vorhandenes Know-how in die Rezepturentwicklung einfließen zu lassen und Probekörper für die Untersuchungen des Schadstoffabbaus und der Selbstreinigung zu fertigen. Ferner stellte DuraPact der LKT Platten für die Versuche bezüglich der Superhydrophilie zur Verfügung. Diese Superhydrophilie beeinflusst sowohl die Selbstreinigung als auch die Klebeignung der hergestellten Feinbetonprobekörper.
Die Eignung und Handhabbarkeit der Matrixrezeptur wurde aufbauend von DuraPact an großformatigen Demonstratoren geprüft. Ferner war DuraPact maßgebend an der Entwicklung eines Verfahrens beteiligt, das Schichten von wenigen Millimetern als Vorsatz mit TiO2 ermöglicht, wobei auf eine Hinterfüllung mit Nanopartikeln verzichtet werden kann. Das TiO2 kommt dabei nur dort zum Einsatz, wo es auch seine Wirkung entfalten kann. Dadurch können die erforderlichen Mengen an TiO2 und folglich auch die Kosten reduziert werden.
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Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 3 - Bauingenieurwesen - Institut für Bauforschung (ibac)
Schinkelstraße 3, 52062 Aachen
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Brameshuber
brameshuber(at)ibac.rwth-aachen.de
Dipl.-Ing. Christian Neunzig
neunzig(at)ibac.rwth-aachen.de
13N10739
Teilvorhaben: Titandioxidmodifizierte Feinbetonmischungen
Das Institut für Bauforschung der RWTH Aachen University (ibac) war der Vorhabenskoordinator in diesem aus insgesamt fünf Verbundpartnern bestehenden Projekt.
Der Schwerpunkt der Arbeit des ibac lag im Rahmen des Projektes in der Erforschung der titandioxidmodifizierten Feinbetone im Vergleich zu einem Referenzbeton. Dabei standen der Schadstoffabbau, die Selbstreinigung und die Klebeignung im Fokus.
Für die Versuche zum Schadstoffabbau erfolgten zunächst Untersuchungen an Feinbetonprobekörper im Labormaßstab. Dafür wurde ein neuer Prüfstand entwickelt, der sich von der bereits zum Projektstart vorhandenen „Aachener Prüfkammer“ unterscheidet. Die Analysen zum Schadstoffgehalt in der Luft erfolgten mit einem CLD 66, so dass die Gehalte der Schadstoffe NO und NOx in der Luft kontinuierlich gemessen werden konnten. Aus der Differenz dieser Schadstoffe wurde der Gehalt an NO2 errechnet.
Bei den Versuchen zur Selbstreinigung kam ein bereits am ibac vorhandener Beregnungsversuch zum Einsatz, der für das Projekt entsprechend modifiziert wurde.
Zusätzlich zu den Laborversuchen beteiligte sich das ibac an der Erstellung eines Sicherheitskonzeptes. Dieses Konzept diente der Beurteilung gesundheitlicher Folgen durch den Einsatz von Nanopartikeln sowohl während der Herstellung als auch während des Gebrauchs.
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An der Bundesstraße Nr. 16, 33829 Borgholzhausen
Dr. rer. nat. Michael Müller
13N10737
Teilvorhaben: Untersuchung des Einflusses von Titandioxid auf die Klebeigenschaften
Die Aufgabe der Bostik GmbH war es, die Klebeignung der titandioxidmodifizierten Textilbetonoberflächen zu prüfen und ggf. geeignete Formulierungen zur Verklebung dieser Oberflächen zu entwickeln. Dabei kamen unterschiedliche Textilbetonformulierungen und verschiedene Klebstoffe – ein zementärer und ein epoxidharzbasierender – zum Einsatz. Die Testmethoden, welche sich für vergleichende Prüfungen eignen, wurden in enger Kooperation mit ibac, LKT und FIZ abgestimmt.
Im Laufe des Projektes zeigte sich, dass sich die handelsüblichen Produkte für das Verkleben der titandioxidmodifizierten Textilbetonoberflächen eignen. Folglich konnte auf eine Rezepturoptimierung der Klebstoffe verzichtet werden.
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Tannenstraße 2, 40476 Düsseldorf
Dr.-Ing. Christoph Müller
Christoph.mueller(at)vdz-online.de
Dr.-Ing. Sebastian Palm
Sebastian.palm(at)vdz-online.de
13N10736
Teilvorhaben: Feinbeton und zementgebundener Klebstoff mit TiO2
Auf der einen Seite war es Aufgabe des Forschungsinstitutes der Zementindustrie (FIZ), das Instituts für Bauforschung der RWTH Aachen University (ibac) bei der Optimierung der Rezeptur für die Herstellung des textilbewehrten Feinbetons, zu unterstützen. Dabei sollten sowohl puzzolanische als auch latenthydraulische Feinstkomponenten Anwendung finden.
Auf der anderen Seite sollte am FIZ ein zementgebundener Klebstoff entwickelt werden, der sich gut auf titandioxidmodifizierten Textilbetonprobekörpern applizieren lässt und gute Klebeigenschaften zum Untergrund aufweist.
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Dennewartstr. 25, 52068 Aachen
Dipl.-Chem. Elisabeth Stammen
13N10735
Teilvorhaben: Untersuchung des Effektes der Superhydrophilie auf das Benetzungs- und Adhäsionsverhalten
Die LKT GmbH beschäftigte sich in diesem Verbundforschungsvorhaben mit grundlegenden Untersuchungen des Effektes der Superhydrophilie auf das Benetzungsverhalten und den Einfluss auf die daraus resultierenden Adhäsionen von Kleb- und Dichtstoffen an die titandioxidmodifizierte Feinbetonoberfläche.
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