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Zugkräftige Brückensanierung im Nu

Haben Sie gewusst, dass Raumfahrt und Brückenbau miteinander verwandt sind? Ihr verwandtschaftliches Verhältnis ist zwar nicht offensichtlich, gründet sich aber darauf, dass man bei beiden die tollen Eigenschaften von Kohlefaser-Kunststoff zu schätzen weiß: temperaturbeständig, rostfrei, leicht und extrem zugfest. Während man die Qualitäten des Materials in der Raumfahrt für Space Shuttles bereits optimal einsetzt, war man an der Technischen Universität Wien überzeugt, daraus für den Brückenbau noch wesentlich mehr "herausholen" zu können. Die Entwicklung eines Verfahrens, das - unter anderem - Brückensanierungen dauerhaft ermöglicht und wesentlich kostengünstiger ist als bisherige, lässt Baufirmen jubeln. Ziehen und "besänftigen" lautet das Patentrezept. Erste InteressentInnen gibt es ebenfalls.

Abb. 1: Zu stark beanspruchte Kohlefaser-Kunststoff-Lamelle nach dem Prüfversuch

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Abb. 1: Zu stark beanspruchte Kohlefaser-Kunststoff-Lamelle nach dem Prüfversuch

Abb. 1: Zu stark beanspruchte Kohlefaser-Kunststoff-Lamelle nach dem Prüfversuch

Abb. 2: Prüfgerät im Labor des Instituts für Stahlbeton- und Massivbau,

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Abb. 2: Prüfgerät im Labor des Instituts für Stahlbeton- und Massivbau,

Abb. 2: Prüfgerät im Labor des Instituts für Stahlbeton- und Massivbau,

mit dem die Vorspann-Tests durchgeführt werden.

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mit dem die Vorspann-Tests durchgeführt werden.

mit dem die Vorspann-Tests durchgeführt werden.

Abb. 3: Mit Epoxidharz ausgegossener Keil.

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Abb. 3: Mit Epoxidharz ausgegossener Keil.

Abb. 3: Mit Epoxidharz ausgegossener Keil.

Abb. 4: Keilverankerung für zwei Lamellen mit jeweils einem Keil.

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Abb. 4: Keilverankerung für zwei Lamellen mit jeweils einem Keil.

Abb. 4: Keilverankerung für zwei Lamellen mit jeweils einem Keil.

Österreich besitzt zahlreiche große Brücken, darunter die Europabrücke, die mit ihren 190 Metern die höchste Brücke Europas ist. Sie wurden teilweise vor mehr als 40 Jahren gebaut und sind jetzt oftmals sanierungsbedürftig. Aber auch Brücken, die sich noch in Top-Zustand befinden, müssen sich einer "Bau-Operation" unterziehen. Der ständig zunehmende Verkehr und erforderliche Fahrbahnverbreitungen belastet Brücken zusätzlich. Eine Verstärkung, um deren Traglast zu sichern, ist in diesen Fällen unerlässlich.

Herkömmliche Brückensanierung zu wenig effizient

Zur Verstärkung von Brücken hat man zwar schon bisher Kohlefaser-Kunststoff (CFK) verwendet, aber nach Ansicht von Stefan Burtscher vom Institut für Stahlbeton- und Massivbau an der TU Wien, nicht effizient genug.

Das für Brücken-Verstärkungen bereits eingesetzte CFK-Material kann man sich als Endlosband vorstellen, das in allen beliebigen Größen hergestellt wird. In diesem Band, das im Fachjargon als Lamelle bezeichnet wird, sind hochfeste Kohlenstoff-Fasern in einer Kunststoff-Matrix eingebettet. Das Tolle am CFK: im Vergleich zu Stahl, das früher zur Sanierung herangezogen wurde, weist es eine10 Mal so hohe Festigkeit auf, ist jedoch viel, viel leichter und das Wichtigste – es rostet nicht. Der einzige Wermutstropfen bei dem CFK sind die hohen Kosten – umgerechnet immerhin 17,- Euro pro Meter. Dafür hat Stefan Burtscher aber eine eigentlich simple Lösung gefunden.

Ziehen bedeutet extreme Kostenersparnis

"Bis dato wurde die Lamelle einfach an die Unterseite der Brücke über die gesamte Länge geklebt und fertig. Dabei treten zwei Nachteile auf: die Brückenunterscihten müssen über die gesamte Länge bearbeitet werden und die Lamellenfestigkeit wird nur teilweise ausgenutzt. Nachdem CFK extrem zugfest ist, d.h. in der Längsrichtung sehr stark beansprucht werden kann, ohne zu reißen, kann man daran ziehen. Bauingenieure sagen dazu 'vorspannen'. Nützt man diesen Material-Vorteil nicht, bedeutet das, dass viel mehr Material eingesetzt werden muss, als erforderlich. Wenn weniger CFK verwendet wird, bedeutet das logischerweise auch wesentlich niedrigere Kosten. Material-Einsparungen bis zu 80% sind durch mein Verfahren möglich", erklärt Stefan Burtscher. Positiver "Nebeneffekt": je mehr Dehnung, desto größer die Spannung.

Seine Erfindung erklärt, warum man bisher an CFK selten "gezogen" hat. Damit man die Kohlefaster-Kunststoff-Bahnen vorspannen kann, muss man sie verankern. Keil-Verankerungen wurden aber nur aus Stahl gefertigt, was dem CFK extrem zugesetzt und letztendlich zerstört hat. Warum, ist leicht erklärt. Kohlefaser-Kunststoff ist zwar in der Längsrichtung extrem zugfest –10 Mal so viel wie Stahl – aber in der Querrichtung sehr leicht zerstörbar. Beim "Anziehen" wurde auf das Material ein derart hoher Querdruck ausgeübt, dass es vor dem Erreichen der Traglast seitlich zerdrückt wurde und vorzeitig versagt. Was also tun, um den beabsichtigten Materialgewinn dennoch realisieren zu können, dachte sich Stefan Burtscher.

"Schaumgebremst" zum Erfolg

Nach langem Tüfteln ist er auf des Rätsels Lösung gestoßen. Burtscher hat die Verankerungskeile mit Epoxidharz ausgegossen und somit dem Stahl "schaumgebremst" dessen Schärfe entzogen. Mehrere am Institut für Stahlbeton- und Massivbau durchgeführte Belastungstests sind erfolgreich gelaufen, das System funktioniert.

Das Patent ist beantragt und wird in Kürze erteilt werden. Nun arbeitet der Wissenschafter daran, seine Idee zu optimieren und ein vollständig korrosionsfreies System entwickeln. Dafür müssen noch manche Teile der Keilverankerung in anderen Materialien ausgeführt werden.

Wer immer noch nicht überzeugt ist, muss auf Stefan Burtschers Versprechen trauen: "Wenn das Verfahren optimiert ist, können Brückensanierungen in einer Minute erfolgen. Und dabei meine ich keine sprichwörtliche!" Damit ist natürlich nur die Zeit gemeint, in der die CFK-Lamellen verankert werden.

Alles in allem ein Verfahren, das die Kosten bei Brückensanierungen, aber auch anderen Vorspannarbeiten wesentlich reduzieren kann. Ausschlaggebend dafür sind die ausgezeichneten Festigkeiten und die rasche und einfache Anwendung. Diese Eigenschaften und der Einsatz von ausschließlich korrosionsfreien Komponenten können auch bei anderen Anwendungen wie beispielsweise Fels- und Erdankern extreme Vorteile bringen. Mit einem Wort: ein unschlagbares Verfahren.

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