Mit Carbonbeton zu neuen Lösungen im Städte-, Straßen- und Brückenbau

Beton, der mit Textilien statt Stahl verstärkt ist, vereint zahlreiche Vorteile: Er spart Rohstoffe, hat ein hohes Leichtbaupotenzial und ermöglicht somit neue Anwendungsgebiete, die auf filigrane Strukturbauteile abzielen.

Verstärkungstextilien wie Carbon rosten nicht und haben somit eine hohe Lebensdauer. Sie erlauben es, Betonschichten dünner und Bauteile schlanker zu gestalten. „Um textilverstärkte Betonplatten als filigrane Tragstrukturen – beispielsweise als gekrümmte Schalen – zu nutzen, benötigten wir neue Lösungsansätze hinsichtlich der Materialzusammensetzung und der Herstellungstechnologie“, sagt Dr. Sandra Gelbrich, Leiterin der Fachgruppe „Leichtbau im Bauwesen“ an der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der Technischen Universität Chemnitz.

Die Wissenschaftler der TU Chemnitz haben textilverstärkte Betonschalen, bestehend aus hochfestem Feinbeton und Carbonbewehrung, entwickelt und berechnet. Entstanden sind freigeformte Versuchsbauwerke in Schalenbauweise.

Die dünnwandigen Schalen aus Carbonbeton haben die Forscher mit Hilfe eines flexiblen Schalungssystems aus Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) hergestellt. Dabei haben sie in der Form zuerst die textilen Bewehrungsstrukturen mit Harz beschichtet und vorgeformt und anschließend die Schalen mit integriertem Textil betoniert.

„Neben der effizienten Fertigung von gekrümmten Textilbeton-Elementen zeichnen sich die GFK-Schalungen dadurch aus, dass sie exzellente Betonqualitäten ermöglichen“, sagt Gelbrich und ergänzt: „Zur belastungsgerechten Integration der textilen Bewehrung haben wir neue kunststoffbasierte Positionierhilfen entwickelt.“ Als Referenzbauwerke haben die Wissenschaftler auf dem Campus der TU Chemnitz Forschungspavillons aus Carbonbeton errichtet.

„Ein besonderes Highlight ist die bauwerksintegrierte LED-Beleuchtung, die durch spezielle sticktechnologisch hergestellte Touchsensoren in Handform gesteuert wird“, hebt Gelbrich hervor.

Die Forschung und Entwicklung an dem Materialverbund aus Carbonfasern und Hochleistungsbeton geht weiter: So wollen Wissenschaftseinrichtungen gemeinsam mit Unternehmen mit Carbonbeton langlebiger, ressourcenschonender und ästhetischer bauen.

Um diese Vision umzusetzen, haben sich mehr als 130 Partner, darunter auch die TU Chemnitz, im Forschungskonsortium „C3 – Carbon Concrete Composite“ zusammengeschlossen. Ziel ist ein Baustoff, bei dem die korrosionsanfällige Stahlbewehrung durch eine weniger reparaturbedürftige Materialkombination aus Carbonfasern, Textilstrukturen und Beton ersetzt wird.

„Zudem sollen neue Eigenschaften wie thermische und elektrische Leitfähigkeit die Beheizbarkeit und Sensorik der Bauteile ermöglichen. Der neue Baustoff soll formbarer, stabiler, intelligenter, schadstoffärmer und besser recycelbar sein“, fasst Gelbrich zusammen und hebt hervor: „Wir erhoffen uns völlig neue Möglichkeiten im Städtebau aber auch für den Brücken- und den Straßenbau.“

Ende November 2015 wurde das C3-Konsortium von Bundesforschungsministerin Prof. Dr. Johanna Wanka mit dem Deutschen Nachhaltigkeitspreis in der Kategorie Forschung ausgezeichnet.

Die Erforschung und Etablierung des neuen Baustoffes C3 biete „einen vielversprechenden Ansatz, um einen Paradigmenwechsel im Bauwesen und somit der Stadtentwicklung einzuläuten“, hieß es in der Jurybegründung bei der Preisverleihung in Düsseldorf.

Das Projekt C3 leiste einen wichtigen Beitrag, um einen einschneidenden Innovationsschub hervorzurufen. Das C3-Konsortium wird von der Technischen Universität Dresden koordiniert und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Weitere Informationen erteilt Dr. Sandra Gelbrich, Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung, Telefon 0371 531-32192, E-Mail sandra.gelbrich@mb.tu-chemnitz.de.