Eine Bewehrung, die nicht korrodiert

Carbonbewehrung bei hohen Belastungen

Deutsches Ingenieurblatt 11/2020
Bausysteme

Carbonbeton ist ein Baustoff, der zahlreiche Vorteile mit sich bringt. Eine neue Generation von Carbonbewehrungen ist eine Gitterbewehrung aus Kohlestofffasern, die leistungsfähig und in deutlich größeren Abmessungen als bisherige Gitter erhältlich ist.

Beton hält Druckbelastungen hervorragend stand, ist jedoch gegenüber Zug äußerst anfällig. Aus diesem Grund wurde er im Bauwesen jahrzehntelang mit Stahl kombiniert. Dieser nimmt die Zugkräfte auf. Doch Stahl hat eine Schwachstelle: Er rostet. Um das zu verhindern, muss er mit einer ausreichend großen Betonummantelung versehen werden – der Betondeckung. Bei Carbonbeton wird die Stahlbewehrung durch Kohlestofffasern ersetzt. Dies bringt Vorteile mit sich: Da Carbon nicht korrodiert, kann die sonst übliche Betondeckung geringer ausfallen. Das bedeutet: Es sind leichtere und schlankere Bauteile möglich. Dabei werden unter anderem weniger Zement, Wasser und Sand benötigt, was nicht nur wirtschaftlich ist, sondern auch einen Beitrag zur positiven Umweltbilanz leistet. Zudem hat die Carbonbewehrung selbst ein wesentlich geringeres Gewicht als eine Bewehrung aus Stahl. Auch langfristig gesehen ist das Bauen mit Carbonbeton sinnvoll. Da die Bewehrung nicht korrodiert, sind Bauwerke aus Carbonbeton wartungsarm.

Größere Matten

In einer fünfjährigen Entwicklungszeit ist es nun einem süddeutschen Unternehmen gelungen, ein Produktionsverfahren zu entwickeln, mit der sich eine effizientere Kohlenstoffbewehrung herstellen lässt. Das Verfahren dient der Herstellung von Carbon-Bewehrungsmatten, die in erster Linie für den Einsatz im Fertigteilwerk gedacht sind, beispielsweise aber auch bei Sanierungen auf der Baustelle wertvolle Dienste leisten können. Seit Mai 2020 sind die Bewehrungsmatten des süddeutschen Herstellers in einer Standard-Mattengröße von 2,3 m x 6,0 m erhältlich. Maximale Abmessungen liegen bei 3,0 m x 8,0 m und zukünftig sogar auch als Rollenware mit einer Länge von bis zu 80 m. Das stellt eine Steigerung im Vergleich zu den jetzigen Größen dar. In der Folge reduziert sich die Anzahl der erforderlichen Mattenstöße erheblich. Dies bringt gleich zwei Vorzüge mit sich: Einerseits muss so weniger Material eingesetzt werden – da sich die Überlappungsfläche verringert. Und andererseits geht die Arbeit schneller voran – da die Bewehrungsmatten an weniger Stellen miteinander verbunden werden müssen.

Parkhaus Hirschberg

Ein imposantes Bauwerk, bei dem Carbonbeton zum Einsatz kam, ist das Mitarbeiterparkhaus in Hirschberg an der Bergstraße von der Firma Goldbeck. Es ist das erste Parkhaus mit Carbonbeton. Bei dem Pilotprojekt wurden die industriell hergestellten Fertigteildeckenplatten im eigenen Werk von Goldbeck bei einer ersten kleineren Serienproduktion bewehrt und produziert. Das bedeutet: Die Carbonbetonplatten haben hinsichtlich ihrer Spannweite immer die gleichen Abmessungen, sodass es lediglich eine einzige Bewehrungsposition gibt. Aufgrund der hohen Festigkeiten und der Systemabmessungen des Bewehrungsgeleges von 2,50 x 8,00 m, welches auf die Bauteilgröße abgestimmt ist, wurde das Material für bzw. mit Goldbeck optimiert.

Wolkenwerk

In Zürich entsteht derzeit eine Gebäudegruppe mit dem illustren Namen „Wolkenwerk“. Es handelt sich hierbei um vier Hochhäuser, die auf bis zu 23 Stockwerken Platz für 314 Eigentumswohnungen sowie Laden- und Gewerbeflächen bieten. Die Fassade besteht aus Fertigteilelementen, deren Oberfläche mit Klinkerriemchen belegt wurde. Da die Fassadenplatten eine Gesamtdicke von nur 50 mm haben durften, entschieden sich die Verantwortlichen für den Einsatz von Carbonbewehrung. So konnte das Fertigteilwerk 30 mm dicke Platten fertigen, die mit 20 mm dicken Klinkerriemchen verkleidet sind. Dabei sorgt die Schwalbenschwanzgeometrie der Riemchen dafür, dass diese kraftschlüssig mit dem Beton verbunden sind. Die größten Platten haben eine Länge von 2,6 m sowie eine Breite von 1,9 m.

Individuelle Fertigung

Bei herkömmlichen Carbon-Bewehrungsmatten beläuft sich die mittlere Bruchspannung auf ca. 3200 N/mm² bei einer Streuung von ca. 10 %. Die Matten des Unternehmens hingegen verfügen über eine mittlere Bruchspannung von bis zu 4000 N/mm². Zudem kann die Streuung minimiert werden und liegt bei ca. 5%. Dies entspricht einer Leistungssteigerung bis zu 25 %! Praktisch bedeutet dies: Die Gitterabstände der Bewehrung können größer gewählt oder die Bewehrung selbst dünner gehalten werden.

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