+++Anzeige+++ 01.11.2021, 10:00 Uhr

Klimaschonendes Sanieren und Bauen

Plattform für innovative, nachhaltige Faserverbundwerkstoffe im Bauwesen

Die weltweit größten Schleusentore aus Verbundwerkstoffen wurden Anfang 2021 im Wilhelmina-Kanal im niederländischen Tilburg installiert. Die riesigen, hochinnovativen Schleusentore wurden von FiberCore Europe mit Harzen von AOC hergestellt. Die Montage war aufgrund des geringen Gewichts der Teile im Vergleich zu Stahl und Holz relativ einfach. Die Verbundlösung wurde aufgrund ihrer verlängerten Lebenserwartung (über 80 Jahre), ihrer großen Haltbarkeit bei anhaltendem Kontakt mit Wasser und des minimalen Wartungsbedarfs ausgewählt. 
Foto: AOC

Die weltweit größten Schleusentore aus Verbundwerkstoffen wurden Anfang 2021 im Wilhelmina-Kanal im niederländischen Tilburg installiert. Die riesigen, hochinnovativen Schleusentore wurden von FiberCore Europe mit Harzen von AOC hergestellt. Die Montage war aufgrund des geringen Gewichts der Teile im Vergleich zu Stahl und Holz relativ einfach. Die Verbundlösung wurde aufgrund ihrer verlängerten Lebenserwartung (über 80 Jahre), ihrer großen Haltbarkeit bei anhaltendem Kontakt mit Wasser und des minimalen Wartungsbedarfs ausgewählt.

Foto: AOC

Um die Ziele des Klimaschutzabkommens von Paris zu erreichen, ist vor allem klimafreundliches und nachhaltiges Bauen notwendig. Verringerte CO2-Emissionen, Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft bei Sanierung und Neubau sind Voraussetzung dafür. Stark steigende Baustoffpreise, immer knapper werdende Rohstoffe sowie steigende Preise für CO2-Zertifkate und Strom erhöhen den Druck, klimafreundliche und doch wettbewerbsfähige Produkte zu verwenden und innovative Produkte, Verfahren und Prozesse dafür zu entwickeln.

Holz-Beton-Verbunddecken (HBV-Decken) unter Verwendung ökologischer Betone und Textilbewehrung stellen hinsichtlich Leistungsfähigkeit und schneller Bauzeit eine effiziente Alternative zu konventionellen Stahlbetondecken dar. Dadurch, dass ungefähr die unteren 2/3 des Stahlbetonquerschnitts (Zugzone) durch Holz als Stahl- und Biegesteifigkeitsausgleich ersetzt werden, sind zudem große CO2-Einsparungen möglich. Foto: Michael Mikoschek, Hochschule Augsburg

Holz-Beton-Verbunddecken (HBV-Decken) unter Verwendung ökologischer Betone und Textilbewehrung stellen hinsichtlich Leistungsfähigkeit und schneller Bauzeit eine effiziente Alternative zu konventionellen Stahlbetondecken dar. Dadurch, dass ungefähr die unteren 2/3 des Stahlbetonquerschnitts (Zugzone) durch Holz als Stahl- und Biegesteifigkeitsausgleich ersetzt werden, sind zudem große CO2-Einsparungen möglich.

Foto: Michael Mikoschek, Hochschule Augsburg

Für diese Herausforderungen im Bauwesen bietet der Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen neue Lösungen und ein enormes Anwendungspotential. Bisher sind diese Werkstoffe im Bauwesen noch nicht in ausreichendem Umfang etabliert und bei vielen Entscheidern noch nicht Teil der Lösung. Deshalb treibt das Fachnetzwerk CU Bau des Composites United e.V. (CU) als nationale und internationale Plattform dieses Thema für seine Mitglieder aus Industrie und Wissenschaft voran.

Smart green Tower: Die vorgehängte Fassade aus Glasfaser-Kunststoff-Profilen (GFK-Profile) mit integrierter Photovoltaik ist besonders nachhaltig und ressourcenschonend. Der CO2-Abdruck ist signifikant geringer; zudem werden 45 % graue Energie, d.h. die für Herstellung, Transport, Lagerung, Verkauf und Entsorgung benötigte Energie, eingespart. In Gesamtbetrachtung der Fassade inklusive Montage und Unterhalt entsteht ein konkurrenzfähiger Preis zu aktuellen Fassadenlösungen. Foto: Frey Architekten

Smart green Tower: Die vorgehängte Fassade aus Glasfaser-Kunststoff-Profilen (GFK-Profile) mit integrierter Photovoltaik ist besonders nachhaltig und ressourcenschonend. Der CO2-Abdruck ist signifikant geringer; zudem werden 45 % graue Energie, d.h. die für Herstellung, Transport, Lagerung, Verkauf und Entsorgung benötigte Energie, eingespart. In Gesamtbetrachtung der Fassade inklusive Montage und Unterhalt entsteht ein konkurrenzfähiger Preis zu aktuellen Fassadenlösungen.

Foto: Frey Architekten

Hybride Bauweisen

Faserverbundwerkstoffe im Hochbau: Die glasfaserverstärkten Kunststoffprofile, kurz GFK-Profile, der Zellkühltürme im Gas- und Dampfturbinenkraftwerk in Herne erhielten die Zustimmung im Einzelfall (ZiE). Außerdem wurde die vorhabenbezogene Bauartgenehmigung für einen Zellenkühlturm aus eben diesen GFK-Profilen erteilt. Foto: IMA Dresden

Faserverbundwerkstoffe im Hochbau: Die glasfaserverstärkten Kunststoffprofile, kurz GFK-Profile, der Zellkühltürme im Gas- und Dampfturbinenkraftwerk in Herne erhielten die Zustimmung im Einzelfall (ZiE). Außerdem wurde die vorhabenbezogene Bauartgenehmigung für einen Zellenkühlturm aus eben diesen GFK-Profilen erteilt.

Foto: IMA Dresden

Roy Thyroff, im Netzwerk Composites United e.V. Geschäftsführer CU Bau: „Unser Ziel ist, dass die gesamte Bauwirtschaft – Architekten, Planer, Bauingenieure, Zulassungsstellen sowie Bauunternehmen – Bauprodukte mit faserverstärkter Beton- und Polymermatrix mit entsprechenden Zulassungen einsetzen kann.“ Dabei geht es nicht nur um Bauweisen mit faserverstärkten Kunststoffen und textilbewehrtem Beton, sondern darüber hinaus auch um hybride Bauweisen, wie z.B. Hybridbauwerke aus Holz und Carbonbeton. Denn faserbasierter, hybrider Leichtbau führt die besten Eigenschaften verschiedener Materialien klimafreundlich zusammen, bietet somit gegenüber herkömmlichen Baustoffen große Vorteile für den Klimaschutz und ermöglicht völlig neue Bauweisen.

Leicht, zugfest, dünn – ein echter Hightech-Werkstoff: Ultraleichte und hochfeste Carbonfasern in Form von Faserverbundwerkstoffen werden in innovativen Bauprojekten eingesetzt, sowohl bei aufwändigen Sanierungen als auch für zukunftsweisende Neubauprojekte. Foto: Teijin Carbon Europe GmbH

Leicht, zugfest, dünn – ein echter Hightech-Werkstoff: Ultraleichte und hochfeste Carbonfasern in Form von Faserverbundwerkstoffen werden in innovativen Bauprojekten eingesetzt, sowohl bei aufwändigen Sanierungen als auch für zukunftsweisende Neubauprojekte.

Foto: Teijin Carbon Europe GmbH

Viele Vorteile für CU Bau Mitglieder

Visualisierung einer Carbongitterbewehrung mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, z.B. im Tunnelbau. Foto: www.rothycon.com

Visualisierung einer Carbongitterbewehrung mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, z.B. im Tunnelbau.

Foto: www.rothycon.com

Die Mitglieder von CU Bau profitieren branchenübergreifend u.a. von Web- und Weiterbildungsseminaren, Veranstaltungen, Vortrags- und Seminarreihen, Newslettern, Marktberichten, Messeständen auf nationalen und internationalen Messen, dem Mitgliedermagazin CU reports, der eigenen Datenbank Carbon Connected u.v.m. Als langjähriger Partner der Ulmer Betontage richtet CU Bau den Forumstag Carbonbeton aus und bietet CU-Mitgliedern die Präsentation ihrer Leistungen. Zudem ist CU Bau AiF-antragsberechtigt und kann so über die AiF, Arbeitsgemeinschaft industrielle Forschungsvereinigungen, für seine Mitglieder Fördermittel akquirieren. CU Bau ist vernetzt mit Wirtschaft, Forschung und Politik und steht in intensivem Austausch mit dem Bundesministerium für Bildung und Forschung und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. So fördert etwa das BMBF das von CU Bau initiierte und über neun Monate laufende Innovationsforum „FiberBuild – Faserverbundindustrie erschließt Bauwesen“, dessen Abschlussveranstaltung am 13. und 14.01.2022 online stattfindet.

Böden in Parkhäusern oder Industriebauten sind besonderen Beanspruchungen infolge hoher Punktlasten oder dauerhaft hoher Belastung ausgesetzt. Eine Schwachstelle sind hier die Dehnungsfugen. Innovative Fugenprofile in Carbonfaser-Verbundbauweise ermöglichen bei geringer Profildicke sehr hohe Druck- und Biegezugfestigkeiten und können ohne Schraubverbindungen nahtlos eingefügt werden. Foto: FloorBridge

Böden in Parkhäusern oder Industriebauten sind besonderen Beanspruchungen infolge hoher Punktlasten oder dauerhaft hoher Belastung ausgesetzt. Eine Schwachstelle sind hier die Dehnungsfugen. Innovative Fugenprofile in Carbonfaser-Verbundbauweise ermöglichen bei geringer Profildicke sehr hohe Druck- und Biegezugfestigkeiten und können ohne Schraubverbindungen nahtlos eingefügt werden.

Foto: FloorBridge

Ab dem 2. Quartal 2022 bietet das Fachnetzwerk die mehrtägige Seminarreihe „Leichtbau im Bauwesen mit Faserverbundwerkstoffen“ an, welche aus den Modulen „Grundlagen“, „Sanierung und Verstärkung“ sowie „Neubau und Vorfertigung“ besteht.

Leichtes mittragendes Schalungselement für hochleistungsfähige Deckensysteme aus einem neuen Faserverbundwerkstoff: Carbonbewehrter, feinbetongetränkter Vliesstoff (NTRC – Nonwoven Textile Reinforced Concrete. Vorteile: geringe Transportlasten, einfaches Handling, leicht anpassbar an jeweilige Anforderungscharakteristik. Abmessungen 4,50 m Länge, 60 cm Breite, 20 cm Höhe und 12 mm Wanddicke. Hier im Großlastversuch. Im Gebrauchszustand Auffüllung mit Leichtbeton. Foto: BCS Natur- und Spezialbaustoffe GmbH

Leichtes mittragendes Schalungselement für hochleistungsfähige Deckensysteme aus einem neuen Faserverbundwerkstoff: Carbonbewehrter, feinbetongetränkter Vliesstoff (NTRC – Nonwoven Textile Reinforced Concrete. Vorteile: geringe Transportlasten, einfaches Handling, leicht anpassbar an jeweilige Anforderungscharakteristik. Abmessungen 4,50 m Länge, 60 cm Breite, 20 cm Höhe und 12 mm Wanddicke. Hier im Großlastversuch. Im Gebrauchszustand Auffüllung mit Leichtbeton.

Foto: BCS Natur- und Spezialbaustoffe GmbH

5 Arbeitsgruppen im CU Bau

Mit Carbonfasern bewehrte Betonelemente (hier: Amphibienleiteinrichtung) zeichnen sich durch hohe Robustheit und Langlebigkeit aus und sind dank ressourcenschonender, betonsparender Bauweise ökologisch hoch nachhaltig. Die filigranen und gleichzeig stabilen Leichtbau-Elemente sind schnell installiert und gegenüber konventionellen Betonelementen auch durch die längere Haltbarkeit wirtschaftlich hoch effizient. Foto: informbeton GmbH

Mit Carbonfasern bewehrte Betonelemente (hier: Amphibienleiteinrichtung) zeichnen sich durch hohe Robustheit und Langlebigkeit aus und sind dank ressourcenschonender, betonsparender Bauweise ökologisch hoch nachhaltig. Die filigranen und gleichzeig stabilen Leichtbau-Elemente sind schnell installiert und gegenüber konventionellen Betonelementen auch durch die längere Haltbarkeit wirtschaftlich hoch effizient.

Foto: informbeton GmbH

In CU Bau sind derzeit fünf Arbeitsgruppen aktiv, die dem Wissenstransfer, der Vernetzung und der Anbahnung gemeinsamer Projekte dienen:

  1. Faserverbundwerkstoffe für Neubau und Sanierung,
  2. Prozesse, Verfahren und Digitalisierung,
  3. Entwurf, Planung, Bemessung und Konstruktion,
  4. Nachhaltigkeit, Gesundheit und Kreislaufwirtschaft und
  5. Bildung, Öffentlichkeitsarbeit und Zusammenarbeit mit Behörden.
Fahrrad- und Fußgängerbrücke aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in Sassnitz: Einfacher Aufbau der 24 m langen Brücke in nur 4 Stunden. Eine kostengünstige, wartungsfreie und klimaschonende Lösung mit einer sehr langen Lebensdauer von über 100 Jahren. Foto: BaltiCo

Fahrrad- und Fußgängerbrücke aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in Sassnitz: Einfacher Aufbau der 24 m langen Brücke in nur 4 Stunden. Eine kostengünstige, wartungsfreie und klimaschonende Lösung mit einer sehr langen Lebensdauer von über 100 Jahren.

Foto: BaltiCo

Neue Lösungen und ein enormes Anwendungspotential

Carbonbewehrte hoch verschleißfeste WHG-Dichtflächen nach Wasserhaushaltsgesetz, z.B. für die Instandsetzung und Neubeschichtung von Anlagen zum Lagern, Abfüllen und Umschlagen, kurz LAU-Anlagen: Aufbau des Systems „LAU-Carbonbetonsystem 1“, nach Zulassung Z-74.11-180 (DIBt) beispielhaft für eine Flüssigkeit mit 15 mm Eindringtiefe. Foto: Koch GmbH

Carbonbewehrte hoch verschleißfeste WHG-Dichtflächen nach Wasserhaushaltsgesetz, z.B. für die Instandsetzung und Neubeschichtung von Anlagen zum Lagern, Abfüllen und Umschlagen, kurz LAU-Anlagen: Aufbau des Systems „LAU-Carbonbetonsystem 1“, nach Zulassung Z-74.11-180 (DIBt) beispielhaft für eine Flüssigkeit mit 15 mm Eindringtiefe.

Foto: Koch GmbH

Faserverbundwerkstoffe können in vielfältigen Anwendungen eingesetzt werden. Die leichten, zugfesten und dünnen Hightech-Werkstoffe spielen polymermatrix-bezogen und betonmatrix-bezogen aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit in unterschiedlichsten Projekten ihre Vorteile voll aus. So erweisen sich beispielsweise Faserverbundwerkstoffe bei der Aufarbeitung und Erneuerung des Brückenbestandes als besonders wirtschaftliche, langlebige, wartungsfreie und gleichzeitig klimaschonende Lösungen.

Reinstandsetzung am Beispiel einer Tiefgarage: Sogenannter KKS-Carbonbeton wurde auf Basis eines carbontextilbewehrten Spezialmörtels sowie eines kathodischen Korrosionsschutzes (KKS) entwickelt. Das Bild zeigt den Einbau des KKS-Carbonbeton im Laminierverfahren – roter Bereich: Primäranodeneinspeisung Foto: Koch Gmbh

Reinstandsetzung am Beispiel einer Tiefgarage: Sogenannter KKS-Carbonbeton wurde auf Basis eines carbontextilbewehrten Spezialmörtels sowie eines kathodischen Korrosionsschutzes (KKS) entwickelt. Das Bild zeigt den Einbau des KKS-Carbonbeton im Laminierverfahren – roter Bereich: Primäranodeneinspeisung

Foto: Koch Gmbh

Die Aufbaumöglichkeiten sind einfach, schnell und leicht zu handhaben. Bei der Sanierung einer Fahrrad- und Fußgängerbrücke in Sassnitz kam kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff zum Einsatz, bei einer Carbonbrücke in Ottenhofen wurden Carbonplatten mit Stahlträgern kombiniert und eine neue Brücke in Chemnitz wurde mit einem Gehbelag aus Glasfaser-Kunststoff-Verbund realisiert. Auch im Hochbau finden Glasfaser-Kunststoff-Profile oder carbonbewehrte Fassadenplatten Einsatz. Ein weiteres großes Anwendungsgebiet sind Böden in Industriebauten und Parkhäusern. Vor allem bei der Instandsetzung von Industrie- und Parkhausböden ist Carbonbeton im Vergleich zu Stahlbeton eine ressourcen- und kostenschonende sowie schnelle Lösung. Ebenfalls in der Kanal- und Silosanierung, bei geformten Schalentragwerken und mittragenden Schalungselementen für hochleistungsfähige Deckensysteme oder bei Schleusentoren sind Faserverbundwerkstoffe aufgrund ihrer vielen Vorteile ausgewählt worden.

Gehbelag aus Glasfaser-Kunststoff-Verbund, realisiert mit ca. 2,60 m langen Modulen als Wabensandwich auf einer Brücke mit ca. 30 m Spannweite in Chemnitz. Die Integration einer interaktiven LED-Beleuchtung gestattet verschiedene Lichtszenarien. Foto: Andreas Ehrlich

Gehbelag aus Glasfaser-Kunststoff-Verbund, realisiert mit ca. 2,60 m langen Modulen als Wabensandwich auf einer Brücke mit ca. 30 m Spannweite in Chemnitz. Die Integration einer interaktiven LED-Beleuchtung gestattet verschiedene Lichtszenarien.

Foto: Andreas Ehrlich

Rund 3.300 m² Industrieböden mussten in einer Produktionshalle erneuert werden. Im Kostenvergleich »Carbonbeton versus Stahlbeton« ergab sich nach Sanierungsanforderungen ein Preisvorteil von circa 20 bis 30 Prozent zugunsten von Carbonbeton. Fazit nach 1 Jahr sind völlig unversehrte Böden von einer Belastung mit bis zu 15 t schweren Maschinen und Staplerverkehr: Carbonbeton zeigt ein sehr duktiles Verhalten und spielt aufgrund seiner Leistungsfähigkeit bei Industrieböden seine Vorteile voll aus. Foto: Hitexbau GmbH

Rund 3.300 m² Industrieböden mussten in einer Produktionshalle erneuert werden. Im Kostenvergleich »Carbonbeton versus Stahlbeton« ergab sich nach Sanierungsanforderungen ein Preisvorteil von circa 20 bis 30 Prozent zugunsten von Carbonbeton. Fazit nach 1 Jahr sind völlig unversehrte Böden von einer Belastung mit bis zu 15 t schweren Maschinen und Staplerverkehr: Carbonbeton zeigt ein sehr duktiles Verhalten und spielt aufgrund seiner Leistungsfähigkeit bei Industrieböden seine Vorteile voll aus.

Foto: Hitexbau GmbH

Besonderes Zukunftspotential: Grüne Carbonfasern

Kanalsanierung mit korrosionsfreiem Carbonbeton – hier: begehbarer Abwasserkanal nach der Sanierung. Eine Sanierung mit Stahlbeton hätte den Durchflussquerschnitt unzulässig eingeengt. Sowohl für die Sanierung als auch für Tragwerksverstärkungen reichen mit Carbonbeton selbst in aggressiver Umgebung minimale Schichtdicken aus. Die sich daraus ergebenden Materialeinsparungen tragen letztendlich auch zur Verringerung klimaschädlicher Emissionen bei. Foto: Kanal-Services Dresden GmbH

Kanalsanierung mit korrosionsfreiem Carbonbeton – hier: begehbarer Abwasserkanal nach der Sanierung. Eine Sanierung mit Stahlbeton hätte den Durchflussquerschnitt unzulässig eingeengt. Sowohl für die Sanierung als auch für Tragwerksverstärkungen reichen mit Carbonbeton selbst in aggressiver Umgebung minimale Schichtdicken aus. Die sich daraus ergebenden Materialeinsparungen tragen letztendlich auch zur Verringerung klimaschädlicher Emissionen bei.

Foto: Kanal-Services Dresden GmbH

Im Bereich der Faserverbundwerkstoffe mit Carbonfasern wird aktuell eine neue technologische Grundorientierung verfolgt: Einerseits aus Pflanzen über chemische Prozesse, andererseits über Holzextraktion aus Zellulose. Hierbei ist anzumerken, dass die Nutzung von Holz als grüner Rohstoff am weitesten technisch fortgeschritten ist und kurz vor dem Durchbruch für die grüne Carbonfaser steht. In beiden Varianten werden die gewonnenen Carbonfasern neue Betonprodukte noch „grüner“ machen. Außerdem wird die Rohstoff-Verfügbarkeit deutlich erhöht, sodass sich Marktmengen an Carbonfasern über 1 Mio. Jahrestonnen erzeugen lassen.

Carbonbetonbrücke in Ottenhöfen: Carbonbetonplatten auf Stahlträgern erwiesen sich als besonders wirtschaftliche und langlebige Lösung. Foto: www.solidian.com

Carbonbetonbrücke in Ottenhöfen: Carbonbetonplatten auf Stahlträgern erwiesen sich als besonders wirtschaftliche und langlebige Lösung.

Foto: www.solidian.com

Zahlreiche Vorteile von Faserverbundwerkstoffen

Die Fuß- und Radwegbrücke in Albstadt-Ebingen ist die erste Betonbrücke, die komplett mit Carbonbewehrungen bewehrt ist. Foto: www.solidian.com

Die Fuß- und Radwegbrücke in Albstadt-Ebingen ist die erste Betonbrücke, die komplett mit Carbonbewehrungen bewehrt ist.

Foto: www.solidian.com

Faserverbundwerkstoffe sind sowohl im Neubau als auch in der Sanierung dank ihrer umwelt- und ressourcenschonenden Eigenschaften klar im Vorteil. Neben der CO2-Reduktion liegen die wesentlichen Vorteile …

  • in der Geschwindigkeit der Ausführung,
  • dem geringeren Materialeinsatz,
  • der Kostenreduktion,
  • der Leistungsfähigkeit wie hoher Druck- und Biegezugfestigkeit,
  • dem einfacheren Handling
  • den geringeren Transportlasten,
  • der Beständigkeit gegen Korrosion,
  • der Flexibilität bei unterschiedlichen Schädigungsgraden eines Sanierungsfalls und
  • der deutlich verlängerten Nutzungsdauer.

 

Mehrfach gekrümmtes Schalentragwerk: Carbon Pavillon in Dresden als Beispiel für eine neue Architektursprache mit Faserverbundwerkstoffen. Carbonbeton ist formbar, filigran, ästhetisch, leicht und nachhaltig. Gegenüber einer Lösung aus Stahlbeton konnte eine Materialeinsparung von 80 % erreicht werden. Foto: texton e.V.

Mehrfach gekrümmtes Schalentragwerk: Carbon Pavillon in Dresden als Beispiel für eine neue Architektursprache mit Faserverbundwerkstoffen. Carbonbeton ist formbar, filigran, ästhetisch, leicht und nachhaltig. Gegenüber einer Lösung aus Stahlbeton konnte eine Materialeinsparung von 80 % erreicht werden.

Foto: texton e.V.

 

Foto: CU Bau

Foto: CU Bau

www.cu-bau.com

 

Von CU Bau

CU BAU im Composites United e.V.
Oranienburger Str. 45
10117 Berlin
Deutschland
Kontakt: Roy Thyroff
Tel.: +49 151 176908880
E-Mail: info@composites-united.com
Website: www.cu-bau.com