Entwicklung einer inline-Profilierungsmethode für in-situ-pultrudierte Faserverbundkunststoff-Bewehrungsstäbe

Verglichen mit Betonstahl bieten Bewehrungsstäbe aus faserverstärktem Kunststoff aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit ein hohes Potential hinsichtlich Ressourceneinsparungen in der Baubranche. Für den volumenstarken Markt der Bewehrungselemente müssen effiziente Herstellungsprozesse entwickelt werden, die ein möglichst gutes Verbundverhalten zwischen Beton und Stab gewährleisten können. Die Anforderungen an das herzustellende Profil ergeben sich aus dem zugrundeliegenden Prozess der reaktiven Thermoplast-Pultrusion von kontinuierlich glasfaserverstärktem PA6 und durch den notwendigen Formschluss zwischen Bewehrungsstab und Beton. Die Thermoplast-Matrix ermöglicht eine Oberflächenprofilierung ohne Durchtrennung der Randfasern sowie eine nachträgliche Biegeumformung des Stabs. Ausgehend von diesem Anforderungsprofil werden methodisch Konzepte für eine Profilierungsvorrichtung erstellt und bewertet. Das resultierende Konzept einer Doppelrad-Prägeeinheit mit variablem Zustellweg wird konstruktiv umgesetzt, als Prototyp aufgebaut und weiter optimiert. Eine Infrarot-Vorheizstrecke erwärmt die PA6-Matrix an der Oberfläche über ihre Schmelztemperatur hinaus. Für ein umfassendes Prozessverständnis werden Bewehrungsstäbe unter Parametervariation nach einem statistischen Versuchsplan hergestellt, charakterisiert und bewertet. Abhängigkeiten von Zustellweg und Vorheiztemperatur zu Prägetiefe und Faserbruch können gezeigt werden. Für Erkenntnisse über das resultierende Verbundverhalten der Bewehrungsstäbe im Beton, müssen Pull-Out-Tests durchgeführt werden.

Compared to reinforcing concrete with steel bars, rebars made of fiberreinforced plastic have a high potential for resource savings in the construction industry due to their corrosion resistance. For the large-volume market of reinforcement elements, efficient manufacturing processes must be developed that can ensure the best possible bond behavior between concrete and bar. The requirements for the profile to be produced result from the underlying process of reactive thermoplastic pultrusion of continuously glass fiber reinforced PA6 and the necessary positive locking between the reinforcement bar and concrete. The thermoplastic matrix enables surface profiling without severing the edge fibers as well as subsequent bending of the bar. Based on this requirement profile, concepts for a profiling device are methodically developed and evaluated. The resulting concept of a double-wheel embossing unit with a variable feed path is implemented constructively, built as a prototype, and further optimized. An infrared preheating section heats the PA6 matrix on the surface beyond its melting temperature. For a comprehensive understanding of the process, reinforcement bars are manufactured, characterized, and evaluated under parameter variation according to a statistical experimental plan. Dependencies of the feed path and preheating temperature on embossing depth and fiber breakage could be shown. Pullout tests must be carried out to gain insights into the resulting bond behavior of the reinforcement bars in concrete.