Leichtere Bauten durch Karbon 28.01.2014, 11:04 Uhr

Textilbeton soll Stahlbeton schrittweise ersetzen

Bauen mit Karbonfasern soll das Zeitalter des Stahlbetons ablösen. Die beteiligten Firmen und Forschungseinrichtungen des Projekts „C3 Carbon Concrete Composition“ wollen in den nächsten zehn Jahren mindestens 20 Prozent Stahlbeton durch Karbonbeton bei Neubauten ersetzen.

So könnte eine Brücke aus Karbonbeton aussehen. Die Fasern werden auch bei extrem hoher Luftfeuchtigkeit nicht korrosiv. Das macht Karbonbeton nicht nur langlebiger als Stahlbeton, sondern auch effizienter, weil die starken Betonaußenschichten zum Schutz der Stahlbewehrung nicht mehr notwendig sind. Durch die hohe Festigkeit können die Bauteile aus Karbonbeton wesentlich filigraner gestaltet werden. 

So könnte eine Brücke aus Karbonbeton aussehen. Die Fasern werden auch bei extrem hoher Luftfeuchtigkeit nicht korrosiv. Das macht Karbonbeton nicht nur langlebiger als Stahlbeton, sondern auch effizienter, weil die starken Betonaußenschichten zum Schutz der Stahlbewehrung nicht mehr notwendig sind. Durch die hohe Festigkeit können die Bauteile aus Karbonbeton wesentlich filigraner gestaltet werden. 

Foto: HTWK Leipzig

Die nächste Generation von Bauwerken, da ist sich Materialforscher Manfred Curbach sicher, wird nicht mit Stahl sondern mit Karbon bewehrt sein. Curbach ist Professor für Massivbau an der TU Dresden und Sprecher der Initiative „C3 – Carbon Concrete Composite“. Im Sommer 2013 konnte die Initiative das Bundesforschungsministerium davon überzeugen, dass ihr Projekt „Innovation Textilbeton“ im Rahmen der Innovationsinitiative „Zwanzig20“ förderungswürdig ist. 45 Millionen Euro Fördergelder bis 2020 waren zugesagt worden, 23 Millionen Euro Eigenleistung der beteiligten Firmen kommen hinzu. Jetzt haben 40 Firmen und Vertreter deutscher Universitäten den Verein „C3 – Carbon Concrete Composite“ gegründet.

Die Leipziger Architekten Stefan Paulisch, Uta Kieffling und Pamela Voigt haben aus Karbonbeton eine Fassade mit geschwun­gener und bepflanzbarer Balkonen entwickelt. Für diese Idee erhielten Sie bei einem Wettbewerb des Karbon-Spezialisten SGL Carbon den 1. Preis.

Die Leipziger Architekten Stefan Paulisch, Uta Kieffling und Pamela Voigt haben aus Karbonbeton eine Fassade mit geschwun­gener und bepflanzbarer Balkonen entwickelt. Für diese Idee erhielten Sie bei einem Wettbewerb des Karbon-Spezialisten SGL Carbon den 1. Preis.

Foto: SGL Carbon

Stahlbeton mit begrenzter Lebensdauer

Auch hier steht Professor Curbach in vorderster Linie. „Die Medien waren in den vergangenen Monaten voll mit Berichten über marode Brücken. Wir gehen jetzt die Lösung an, sie nachhaltig zu sanieren“, erklärt der frischgewählte Vereinsvorsitzende Curbach. „Das Zeitalter des Stahlbetons ist vorbei – Carbon Concrete Composite läutet den Paradigmenwechsel ein.“ In den nächsten zehn Jahren will der Verein die Voraussetzungen dafür schaffen, dass mindestens 20 Prozent der Stahlbewehrung durch Karbonbewehrung bei Neubauten ersetzt werden kann.

Stahlbeton sei zwar das am häufigsten verwendete Material am Bau, aber es habe auch Nachteile, so Curbach. Energieverbrauch, CO2-Ausstoß und Ressourcenverbrauch seien zu hoch und stünden der begrenzten Lebensdauer von nur 40 bis 80 Jahren gegenüber. „Betrachtet man die bestehenden Baukonstruktionen wird deutlich, dass vor allem die korrosionsempfindliche Stahlbewehrung für den Großteil der Instandhaltungskosten verantwortlich ist“, schreibt das Konsortium in seinem Förderantrag.

Eine Sitzlandschaft, die auch bei Regen trocken bleibt, haben Paul-Rouven Denz und Frank Bohnet aus Bad Tölz entwickelt. Die Festigkeit von Karbonbeton erlaubt es, besonders leichte Formen und Wandstärken zu wählen. Ihre Sitzlandschaft nennen die Designer Z-Shell.

Eine Sitzlandschaft, die auch bei Regen trocken bleibt, haben Paul-Rouven Denz und Frank Bohnet aus Bad Tölz entwickelt. Die Festigkeit von Karbonbeton erlaubt es, besonders leichte Formen und Wandstärken zu wählen. Ihre Sitzlandschaft nennen die Designer Z-Shell.

Foto: SGL Carbon

Der hochtechnologischen Verbindung von Karbon und Beton gehöre die Zukunft. „Wir machen den Schritt vom plumpen Betonbau der Vergangenheit zur Filigranität, Leichtigkeit und Ästhetik des Betonbaus der Zukunft. Wir reduzieren den Energieverbrauch und den CO2-Ausstoß bei der Herstellung und Instandsetzung unserer Bauwerke, wir schonen unsere wertvollen Ressourcen“, sagt Curbach.

Karbonfasern haben beste mechanische Eigenschaften

Beim neuen Verbundwerkstoff Karbonbeton werden anstelle von Stahl Karbonfasern zur Verstärkung des Betons verwendet. Diese festen, hochsteifen, aber leichten Fasern haben die Aufgabe, die auf das Bauteil wirkenden Zugkräfte aufzunehmen. Dabei sind die Fasern auch bei extrem hoher Luftfeuchtigkeit nicht korrosiv. Das macht Karbonbeton nicht nur langlebiger als Stahlbeton, sondern auch effizienter, weil die starken Betonaußenschichten zum Schutz der Stahlbewehrung nicht mehr notwendig sind. Durch die hohe Festigkeit können die Bauteile aus Karbonbeton wesentlich filigraner gestaltet werden.

Aus Karbonbeton lassen sich viel schlankere Bauteile konstruieren, die aber genauso stabil sind wie Stahlbeton. Im Bild ein Fahrradständer aus Karbonbeton, den der Designer Richard Huber aus Jena entwickelt hat.

Aus Karbonbeton lassen sich viel schlankere Bauteile konstruieren, die aber genauso stabil sind wie Stahlbeton. Im Bild ein Fahrradständer aus Karbonbeton, den der Designer Richard Huber aus Jena entwickelt hat.

Foto: SGL Carbon

Karbon ist nicht das einzige Fasermaterial, mit dem Beton bewehrt werden kann. Andere Fasern wie alkaliresistentes Glas (AR-Glas), Aramid oder Basalt besitzen jeweils spezielle Vor- und Nachteile in der Anwendung. Karbonfasern haben im Vergleich dazu die besten mechanischen Eigenschaften. Zudem wird Karbon nicht vom alkalischen Milieu der Betonmatrix angegriffen und verliert dadurch bei Alterung nicht an Festigkeit. Aufgrund der exzellenten Temperaturbeständigkeit lassen sich Bauteile herstellen, die widerstandsfähiger gegen hohe Temperaturen sind als Bauteile mit anderen Bewehrungsmaterialien. Der Preis für Karbonfasern ist allerdings vergleichsweise hoch.

Neben der TU Dresden gehört die RWTH Aachen mit ihren Instituten für Bauforschung und für Massivbau zu den führenden Forschungsinstituten für Textilbeton.

Von Gudrun von Schoenebeck
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