Glasfaserverstärkte Polymere der neuen Generation ergeben stabilere Tunnel
Glasfaserverstärkte Polymere können so ziemlich alles: sie sind elektromagnetisch neutral, thermisch und elektrisch nicht leitend, nicht korrodierend, fester als Stahl, undurchlässig für Chloridionen und beständig gegenüber chemischen Angriffen mit niedrigem pH-Wert. Sie sind transparent für Magnetfelder und Funkfrequenzen und, was am wichtigsten ist, langlebig. Damit kann die Industrie nichts falsch machen. Bis 2026 sollt sich der weltweite GFK-Markt von 44,1 auf 83,63 Milliarden USD nahezu verdoppeln. Glasfaserverstärkte Kunststoffe werden heutzutage häufig zum Bau von Brücken, Wellenbrechern oder Bushaltestellen sowie zur Verstärkung existierender Beton- oder Stahlkonstruktionen eingesetzt, womit insbesondere unter rauen Umgebungsbedingungen deren Lebensdauer verlängert wird. Mit Hilfe von COMPOSKE verfolgten Ingenieur Giona Maddaluno und sein Team vom italienischen KMU ATP das Ziel, die verbleibenden Hemmnisse für den Einsatz von glasfaserverstärkten Polymeren in Tunneln zu überwinden. „Gegenwärtig sind GFK-Bewehrungsstäbe gerade Stäbe, während vorgefertigte Tunnelsegmente geschlossene Schleifen bildende ‘geformte Bewehrungsstäbe’ erfordern, die ausreichend biegsam sind, um sich an die Schalung anzupassen, die gleichermaßen mit kreisförmigen geschlossenen Bügeln verflochten werden muss. COMPOSKE hat Neuerungen eingeführt, indem ein neues Produkt, eine neue Produktionstechnologie und eine neue Projektierungsrichtlinie für das Tunnelsegment vorgeschlagen wurden“, wie er erklärt. Unter dem Schwerpunkt der glasfaserverstärkten Polymerarmierung für Eisenbahn-, Autobahn- und U-Bahntunnel ermittelte ATP bei den Kunden, dass neue Bügel erforderlich sind. Das KMU-Instrument bot dem Unternehmen die perfekte Gelegenheit, eine eigene Lösung anzubieten. Es wurden verschiedene Prototypen gebaut sowie drei Arten von Tests (Biegetest, TBM-Test und Einflüsse von Biege-/Axialkraft) durchgeführt, um das Material zu charakterisieren und zu optimieren. Ambitionierte Projekte in Sicht Das neue Produkt ist auf zwei Typen von vorgefertigten Segmenten ausgerichtet: eins zum Einsatz bei dielektrischen Verbindungen, Umgehungsstraßen, Brandschutznischen und Tunnelerweiterungen. Ein weiteres besteht aus einer Kombination aus Stahlfaserbeton (steel Fibre reinforced concrete, SFRC) mit Glasfaserbewehrungsstäben (GFK). Die ersten Fertigteilsegmenttypen werden beim Bau der Mailänder U-Bahnlinie 4 eingesetzt, der momentan im Gange ist. Diese sind mit Glasfaserbewehrungsstäben verstärkt, was besonders dort von Nutzen ist, wo Haltbarkeitsprobleme die Intaktheit des Tunnels gefährden könnten. „Aus der Möglichkeit, nichtmetallische Armierung zu verwenden, ergibt sich eine starke Reduzierung der Betondeckung, wodurch eine Stauchung während der Handhabung der Segmente vermieden wird. Der Einsatz von Glasfaserarmierung empfiehlt sich auch in Abschnitten des Tunnels, die eventuell abgerissen werden müssen, typischerweise bei U-Bahnlinien, deren Station nach der Tunnelbohrung gebaut wird oder wenn der Tunnelquerschnitt in Hinsicht auf Sicherheitsbereiche verändert werden muss“, sagt Ingenieur Maddaluno. Das zweite Hybridmaterial wird für den Thames Tideway Tunnel in Betracht gezogen, einen 25 km langen Tunnel unter dem Gezeitenbereich der Themse durch das Londoner Zentrum, der unbehandeltes Abwasser und Regenwasser auffängt, speichert und transportiert, das derzeit in den Fluss eingeleitet wird. Mit diesem Mischprodukt können nun die verschiedensten Erfordernisse des Markts an die Bügelformen erfüllt werden. Es besteht aus einem GFK-Armierungsrahmen und einem faserverstärkten Beton (SFRC) und es kann dank der Naht die Ausbreitung von durch hygrometrische Retraktion verursachten Rissen verringern. „Mit der Zugabe von Fasern zur Matrix kann die Duktilität des Betons erhöht werden. Sogar nach dem Reißen ist er dann widerstandsfähig. Überdies bedeutet die Hybridbewehrung eine signifikante Kostensenkung, bessere Festigkeit nach einem Brand als bei Bewehrungsstahl, eine erhöhte Biege- und Scherkapazität im Vergleich zum Standardkäfig sowie weniger geringfügige Schäden“, erläutert Ingenieur Maddaluno. Die Marktresonanz war bislang sehr positiv, wobei Anwendungen im Eisenbahn-, U-Bahn- und Autobahntunnelbau, aber gleichermaßen im Abwasserbereich denkbar sind. „Die Projektziele sind erreicht worden. Nun besteht unser Ziel darin, die Technologie insbesondere durch Kürzung der zur Herstellung großer Mengen erforderlichen Zeit zu verbessern. Läuft alles gut, so können wir uns innerhalb der nächsten Jahre durchaus eine noch modernere Technik mit einem hohen Niveau an Industrialisierung und Präzision vorstellen“, ergänzt Ingenieur Maddaluno.
Schlüsselbegriffe
COMPOSKE, Tunnel, SFRC, GFK, glasfaserverstärkte Polymere, Komposite, Verbundwerkstoffe, Armierung, Bewehrung, U-Bahn, Abwasser
