CARBONBETON Schwerpunkt - Nachrichten aus Technik, Naturwissenschaft und Wirtschaft - Technik in Bayern
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Nachrichten aus Technik, Naturwissenschaft und Wirtschaft
02/2017
MÄRZ/APRIL
www.technik-in-bayer n.de
Das Regionalmagazin für VDI und VDE
Schwerpunkt
CARBONBETON
Veranstaltungskalender
März/April 2017
Aktuelles aus VDI und VDE
Stein statt Stahl
VDI Familientag in Burghausen
INHALT
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Technik in Bayern 01/2010
EDITORIAL
Carbonbeton – die Zukunft des
Bauens hat begonnen
Als sich 1970 zum ersten Mal Carbonfasern gen gegeben und der sogenannte Textilbeton
(CF) in meine Fingerspitzen bohrten, wusste ich geschaffen. Natürlich ist die Betonmatrix an die
noch nicht, wie schmerzhaft erst der weitere Weg jeweilige Faserverstärkung anzupassen. Zulas-
in Richtung Anwendung sein würde. Die damals sungen für Bewehrungsstäbe gibt es für Glas.
gegenüber heute hundertfach teurere Carbon- Durch die im Vergleich zum Stahlbeton klei-
faser fand praktisch nur Einsatz in Raumfahrt, nere Maschenweite der Carbon-Bewehrungs-
Luftfahrt oder ultraschnellen Zentrifugen, also matte und die feinere Betonmatrix werden die
im Maschinenbau, und sie war eingebettet in lokale Rissbildung und somit das Eindringen
Foto: Silvia Stettmayer
eine Kunststoffmatrix. So waren Ende der 1970er von Feuchtigkeit stark verringert. Damit wird
Jahre Diskussionen mit Prof. Rupert Springen- das gefürchtete Beton-Abplatzen (stahlkorro-
schmid, damaliger Institutsleiter „Zentrum Bau- sionsbedingtes Abplatzen gibt es nicht mehr)
stoffe und Materialprüfung“ der TU München, nach einigen Jahren als Folge der sogenannten
über den Einsatz von Carbonfasern im Bauwe- Alkali-Aggregat-Reaktion behindert und die
Prof. Dr.-Ing. Ralf Cuntze
sen schlicht visionär. Erst als ich etwas später bei Dauerhaftigkeit des Bauteils erhöht. Bauwerke
Prof. Urs Meier, eidgenössische Materialprüfan- mit der immer noch relativ teuren Carbonfaser
stalt EMPA, einen sechs Meter langen Biegeträger „rechnen sich“, wenn man die minimale War-
aus Glasfaserkunststoff bei einem erfolgreichen tung, die geringere Betonmasse sowie den nied-
Langzeit-Ermüdungstest bewundern konnte, rigeren Montageaufwand lebenszyklusbezogen
bekamen Gedanken bzgl. der Verwendung von kostenkalkuliert. Dies gilt speziell für den an-
Faserkunststoff und Faserbeton im Bauwesen stehenden riesigen Aufwand zur Bauwerkser-
wieder einen Nährboden. An einen Einsatz der haltung und -verstärkung!
immer noch sehr teuren Carbonfasern im Bau- Energieverbrauch und CO2-Erzeugung sind
wesen war aber noch nicht zu denken. wesentlich geringer als bei Betonstahl, wobei
Der Einsatz z. B. von Kurz-Glasfasern in Fa- die Einsparpotenziale noch nicht ausgeschöpft
serbeton zur Erhöhung der Zugfestigkeit war sind. Carbonbeton, diese neue Art des Bauens,
ein erster Schritt in Richtung Fasereinsatz, al- wird somit sicherlich einen wesentlichen Inno-
lerdings darf dieser derzeit nicht als anrechen- vationsschub im Bauwesen auslösen. Leichtere
barer Anteil von tragender Bewehrung gesehen und filigranere Konstruktionen bis hin zu ei-
werden, sondern als eine signifikante räumliche nem neuen Möbeldesign werden Wirklichkeit.
Erhöhung lokaler Festigkeit, die sonst zusätz- Bauen wird ressourcenschonender, nachhal-
lich durch „händisch“ zu armierende Lastein- tiger und effizienter werden. Wünschenswert
leitungsstellen abgedeckt wird. Für solche Fälle wäre es, wenn die langwierige Zulassungspro-
könnten mm-lange Carbonfasern, hergestellt zedur weniger Hürden hätte, aber auch die Pla-
aus „gemahlenem“ rezykliertem Carbonfaser- nung von Bauten mehr auf der Basis von Nach-
Gewölle, räumlich verteilt in trockenen Zement, haltigkeit durchgeführt würde.
sicherlich ihren Einsatz finden. Erst als es gelang,
Stahlstäbe in Stahlbewehrungsmatten durch Lassen Sie sich durch die Beiträge in diesem
textile Gelege aus polymermatrixbeschichteten Heft begeistern. Besonders möchte ich Ihnen
alkaliresistenten Glasfaserrovings und später dabei die Vorstellung der sogenannte Planer-
auch Carbonfaserrovings zu ersetzen (ent- mappe ans Herz legen, mit der die notwendige
spricht einem Faser-Kunststoff-Verbund), war Überzeugungsarbeit bei Architekten, Baufir-
der Startschuss für professionelle Anwendun- men und Zulassungsstellen einfacher wird.
Ihr Ralf Cuntze
(R C = Reinforced Concrete)
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Technik in Bayern 02/2017
INHALT
Schwerpunkt
Sparsam, schonend, schön – 6
Das faszinierende Material Carbonbeton
Manfred Curbach, Chokri Cherif und Peter Offermann
Neue Perspektiven mit Carbonbeton 8
Interview mit Oliver Fischer
Bemessung von Textilbeton 10
Harald Michler
Foto: Silvia Stettmayer Erfolgreicher Einsatz von Carbonbeton in der Praxis 12
8 Ammar Al-Jamous
Leichte und korrosionsfeste Betonbauwerke 14
Sergej Rempel und Christian Kulas
Bewehrungsgitter aus Carbon 16
Birgit Munz
Die Planermappe 18
Ulrich Assmann und Peter Offermann
Eine Textilmaschine digitalisiert die Welt 19
Der historische Hintergrund von Lindauer DORNIER GmbH
Bauproduktenrecht quo vadis? 20
Christian Hofer und Andreas Hechtl
Foto: Jörg Singer
14
Titelbild
Verstärkte Decke
im Finanzamt Zwickau
Foto: Silvio Weigand
Foto: Jörg Singer
14
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Technik in Bayern 02/2017
INHALT
Hochschule und Forschung
Hochschule München:
Materialentwicklung: Stein statt Stahl 27
Monika Weiner
Schnelle Netze, Stand der Entwicklungen bei 5G 36
Werner Mohr
Aktuelles
Foto: Fabian Sommer
VDE Mitgliederversammlung 2017 24
VDI Familientag 2017: Sightseeing in Burghausen
VDI-AK Mechatronik
25
28
22
VDI Zukunftspiloten Nürnberg 32
Ideenmanagement 46
VDI/VDE
VDI München: Tätigkeitsbericht 2016 26
VDI-AK Technischer Vertrieb & Produktmanagement 28
VDI Landesverband 29
Studenten und Jungingenieure 30
VDI BG Ansbach 34
VDI-AK Technikgeschichte 38
VDI BG Amberg-Weiden 45
Rubriken
Veranstaltungskalender 39
Buchbesprechungen 48
Ausstellungstipp 50
Vorschau 50
Impressum 50
Foto: Burghauser Touristik GmbH
25
VDI Landesverband Bayern
VDI Bezirksverein München, Ober- und Niederbayern e.V.
Westendstr. 199, D-80686 München
Tel.: (0 89) 57 91 22 00, Fax: (0 89) 57 91 21 61
www.verein-der-ingenieure.de, E-Mail: bv-muenchen@vdi.de
VDI Bezirksverein Bayern Nordost e.V.
Foto: VDI-Zukunftspiloten Nürnberg
c/o Ohm-Hochschule, Keßlerplatz 12, D-90489 Nürnberg
Tel.: (09 11) 55 40 30, Fax: (09 11) 5 19 39 86
E-Mail: vdi@th-nuernberg.de
VDE Bayern, Bezirksverein Südbayern e.V.
Hohenlindener Straße 1, D-81677 München
Tel.: (0 89) 91 07 21 10, Fax: (0 89) 91 07 23 09
www.vde-suedbayern.de, E-Mail: info@vde-suedbayern.de 32
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Technik in Bayern 02/2017
Fotos: Ansgar Pudenz, Deutscher Zukunftspreis
SCHWERPUNKT
Sparsam, schonend, schön –
Das faszinierende Material Carbonbeton
Carbonbeton ist sparsam und reduziert Materialeinsatz, Energiebedarf und CO2-Ausstoß extrem.
Er eröffnet eine Welt des leichten, wirtschaftlichen Bauens in einer neuen Formensprache.
Beton formt die Welt, in der wir leben. Be- ist Carbonbeton eine Form des Textilbetons. Forschung finanzierte Projekt treibt die For-
ton und Stahl sind nahezu ideale Partner und Werden jedoch völlig andere Konfigurationen schungen zu Carbonbeton unter der Konsorti-
sorgen gemeinsam für die Tragfähigkeit des der Carbonfaser – z. B. in Stabform – benutzt, alführung der Technischen Universität Dresden
Verbundmaterials. Bewehrungsstahl ist jedoch spricht man nur von Carbonbeton. Das Ergeb- intensiv voran. Über 150 Unternehmen, Vereine
ressourcenintensiv, umweltbelastend, schwer nis ist in beiden Fällen eine korrosionsbestän- und Forschungsinstitutionen arbeiten gemein-
und vor allem auch korrosionsanfällig. Mit dige Alternative zum Stahlbeton. sam an einer strategischen und umfassenden
den Folgen der Korrosionsschäden und dem Die grundlegenden Erkenntnisse basieren Markteinführung. Sie zielt auf zwei Hauptan-
Anstieg der Verkehrslasten von Brücken wer- auf der Erforschung des Textilbetons in zwei wendungsbereiche ab: 1. die Instandsetzung von
den wir täglich konfrontiert. Das Resultat von Sonderforschungsbereichen der Deutschen Bauwerken (Brücken, Wohn- und Industriege-
Baustellen sind oft kilometerlange, zeit- und Forschungsgemeinschaft in Dresden und Aa- bäude, Tunnel, Maste u. v. a. m.) und 2. den ge-
nervenraubende Staus. Die Vorstellung, nie chen in dem Zeitraum von 1999 bis 2011. Die samten Neubau. Hier liegt das Hauptaugenmerk
wieder im Stau stehen zu müssen, klingt ver- in diesem Rahmen gewonnenen wissenschaft- vor allem auf der Reduzierung der Bauteilmasse.
lockend und unrealistisch zugleich. Das könnte lichen Erkenntnisse werden sukzessive in die So können z. B. bei Fassaden- und Balkonbo-
sich dank Carbonbeton bald ändern. Doch was Praxis umgesetzt. Die Gründung des Deutschen denplatten sowie Fertigteilen der vielfältigsten
ist Carbonbeton und was macht ihn so beson- Zentrums Textilbeton – des Verbands der Qua- Art sowohl Material-, Transport- und Monta-
ders? Das innovative Material ist ein Verbund- litätsmarke TUDALIT® – und einiger Start-up- gekosten als auch Kosten für Unter-, Befesti-
werkstoff aus Beton und einer Bewehrung aus Unternehmen sind sichtbare Ergebnisse des gungs- und Tragkonstruktionen reduziert wer-
Carbon. Die Revolution steckt dabei in den begonnenen erfolgreichen Wissenstransfers den. Durch leichtere Bauteile können weiterhin
Carbon- bzw. Kohlenstofffasern, die für Leich- von der Forschung in die Praxis. Die Umsetzung der Vorfertigungsgrad im Fertigteilwerk erhöht
tigkeit, Flexibilität und Festigkeit sorgen. Bis zu entlang der gesamten Prozesskette – vom Werk- und damit Kosten gesenkt sowie die Qualität der
fünfzigtausend dieser feinen Fasern werden zu stoff bis zum fertigen Bauteil – hat also längst Bauteile verbessert werden.
einem Garn zusammengefasst. Die Garne wie- begonnen und wird seit 2014 in Deutschlands Anhand zahlreicher verstärkter Bauwerke und
derum werden in einer Textilmaschine zu ei- größtem Forschungsprojekt im Bauwesen „C³ Neubauten konnten die Praxistauglichkeit des
nem Gelege verarbeitet und mit einer stabilisie- – Carbon Concrete Composite“ weitergeführt. Carbonbetons und die extrem hohe Ressourcen
renden Beschichtung versehen. In diesem Fall Das vom Bundesministerium für Bildung und effizienz eindrucksvoll nachgewiesen werden.
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Technik in Bayern 02/2017
SCHWERPUNKT
Sparsam: Bei Verwendung von Nach Wasser ist Beton mit ca. 8 Milliarden m³ Schön: Mit Carbonbeton schaffen
Carbonbeton sparen wir Kosten, der am meisten verwendete Rohstoff [1]. 4 wir eine neue Formensprache
Material und Energie Milliarden Tonnen Zement [2], 10 Milliarden „Leicht Bauen“ und „Beton“ sind kein
Das Bauen mit carbonbewehrtem Beton Tonnen Gesteinskörnung (Sand und Kies) [3] Widerspruch mehr. Aufgrund der geringen
schafft neue Werte in Form von neuen Bau- und eine Milliarde Tonnen Wasser werden welt- Bauteildicke und flexiblen Carbonbeweh-
werken mit deutlich verlängerter Nutzungszeit. weit pro Jahr als Betonausgangsstoffe für die rung können wir filigraner und schöner
Gleichzeitig bewahrt Carbonbeton vorhandene Schaffung von neuen und die Sanierung von bauen. Und wir gewinnen z. B. auch mehr
Bauten: Mit extrem dünnen Schichten werden alten Gebäuden und Brücken verwendet. Der Innenraum bei gleicher Außenfläche. Das
alte Gebäude verstärkt, um sie über einen län- immense Materialbedarf führt dazu, dass die Faszinierende jedoch ist: Für Architekten
geren Zeitraum nutzen zu können. So und Bauingenieure eröffnet sich eine
werden nicht nur wertvolle Ressourcen neue Welt des Designs von Bauwerken
gespart, sondern es werden auch gleich- jeglicher Art. Die freie Formbarkeit
zeitig die Gesamtkosten reduziert. An- in Kombination mit Schlankheit bei
fang 2016 hat sich beispielsweise im Aus- gleichzeitiger Erfüllung baukonstruk-
schreibungsverfahren für die Instand- tiver Anforderungen wird zu einer
setzung der historischen Bahnbrücke inspirierenden Kreativität im Wett-
in Naila Carbonbeton gegen Stahlbeton bewerb führen, die unsere bebaute
durchgesetzt, da die Lösung mit Car- Umwelt in den nächsten Jahrzehnten
bonbeton 10 % günstiger war. Außerdem zunehmend schöner werden lässt.
konnte bei dieser Baumaßnahme etwa
80 % des Materials eingespart werden. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h.
Wichtig ist, dass Carbon und Stahl Manfred Curbach
hinsichtlich der Leistungsfähigkeit preis- Direktor des Institutes für Massivbau,
lich auf Augenhöhe liegen, wobei die TU Dresden
kg-Preise dies zunächst nicht erwarten
lassen. Ein Kilogramm Stahl kostet nur Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing.
ca. 1 Euro, ein Kilogramm Carbon dage- Chokri Cherif
gen ca. 16 Euro. Die Dichte von Carbon Direktor des Institutes für Textilmaschinen
ist allerdings viermal geringer und die und Textile Hochleistungswerkstofftechnik,
Festigkeit sechsmal höher als bei Stahl. TU Dresden
Somit bekommt man für den 16-fachen
Preis bei voller Ausnutzung die 24-fache Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.
INFO
Leistungsfähigkeit. Peter Offermann
Fassadenplatten oder Verstärkungs- Vorstandsvorsitzender TUDALIT e.V.,
INFO
schichten sind mit Carbonbeton nur Dresden TIPP
noch ca. zwei bis drei Zentimeter dick,
statt wie mit Stahlbeton ca. acht Zen-
LITERATUR
timeter. Somit müssen 75 % weniger Material Bauwirtschaft zu den größten CO2-Emittenten
hergestellt, transportiert, eingebaut sowie ver- zählt und für etwa 40 % des Energieverbrauchs [1] Schwenk Zement KG (2015). Mischmeister-
ankert werden. Auch die deutlich verlängerte weltweit verantwortlich ist [3]. Mit Carbonbe- schulung 2015. Einführung und Aktuelles aus
Nutzungszeit spielt eine wichtige Rolle: Wäh- ton können wir dünnwandiger bauen und be- Regelwerk und Technik. Verfügbar unter:
http://www.schwenk-zement.de/de/Doku-
rend Bauten aus Stahlbeton nach etwa 40 bis nötigen dementsprechend weniger Zement, we- mente/Mischmeisterschulung2015/Aktuelles-
80 Jahren aufgrund von Rostschäden oder hö- niger Sand, weniger Kies und weniger Wasser aus-Regelwerk-und-Technik.pdf
heren Gebrauchslasten erneuert werden müs- und sparen zudem Transportkosten. [15.11.2016]
sen, sprechen wir bei Carbonbeton von einer Zur Herstellung von Carbon wird aktuell http://tinyurl.com/j4gty7r
[2] Verein Deutscher Zementwerke e.V.
Lebensdauer von 200 Jahren und mehr. noch Erdöl als Grundstoff genutzt – da es preis- (2013). Zementproduktion und -verbauch
wert und mit Blick auf die benötigten Mengen weltweit. Verfügbar unter:
Schonend: Mit Carbonbeton redu- noch lange verfügbar ist. Aktuelle Forschungen https://www.vdz-online.de/publikationen/
zieren wir den CO2-Ausstoß und befassen sich jedoch bereits mit der Carbonher- zahlen-und-daten/b-produktionsdaten/
[15.11.2016]
schonen wertvolle Ressourcen stellung aus Cellulose, die mit dem Naturstoff http://tinyurl.com/j9zarb9
Die Bauindustrie gehört zu den wichtigsten Holz nachhaltig zur Verfügung steht. [3] Lunk, Peter. Beton und Nachhaltigkeit in
Branchen der deutschen Wirtschaft. Ihre Inno- Der Materialwechsel zu Carbonbeton redu- der Praxis. Verfügbar unter: www.betonsuis-
vationsfähigkeit wird einen enormen Einfluss ziert den Energiebedarf und den CO2-Ausstoß se.ch/betonsuisse/beton/beton_ist_nachhal-
tig/index.html?lang
darauf haben, ob die Klimaziele – die Reduk- bei der Herstellung und Instandsetzung von
[15.11.2016]
tion des CO2-Ausstoßes, Energieeinsparungen Bauwerken um durchschnittlich 50 % und http://tinyurl.com/zsdqmuu
und Ressourcenschonung – erreicht werden. schont wertvolle Ressourcen.
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Technik in Bayern 02/2017
SCHWERPUNKT
Neue Perspektiven mit Carbonbeton
Interview mit Prof. Dr.-Ing. Oliver Fischer vom Lehrstuhl für Massivbau der TUM, Vorstands-
mitglied der Ingenieurkammer Bau und Leiter des VDI-AK „Bau, Baustoffe und Baumaschinen“.
Technik in Bayern: Herr Prof. Fischer, die Ver- Die ersten beiden Anwendungen, das Auf- TiB: Also sprechen wir vorrangig von Sanie-
leihung des Zukunftspreises des Bundespräsiden- kleben und die Textilien beimischung, sind rungsmaßnahmen im Stahlbeton?
ten Ende 2016 hat das Thema „Carbonbeton“ in nicht nur Carbonbeton, also Carbon und Be- Prof. Fischer: Für diese Verstärkungen ist
die Öffentlichkeit gerückt. Wie würden Sie den ton, sondern Carbon, Beton oder Mörtel plus Carbon sehr gut geeignet. Und da gibt es wirk-
Begriff „Carbonbeton“ definieren? Kunststoffe. Diese Kunststoffe dienen entweder lich sehr viele Objekte, einerseits aufgrund des
Prof. Oliver Fischer: Den Begriff „Carbonbe- als Imprägnierung zum Schutz der Fasern oder allgemeinen Alters unserer bestehenden Bau-
ton“ hat Prof. Curbach im Rahmen des C3-Kon- als Matrix für die Herstellung der Carbonstäbe. substanz, andererseits auch deshalb, da in den
sortiums in Dresden geprägt (siehe Infokasten). Zu diesen Kunststoffen gibt es verschiedenste frühen Zeiten der Stahl- und Spannbetonbau-
Für mich ist Carbonbeton nicht gleich Car- Fragestellungen z.B. hinsichtlich der Hitzebe- weise in einzelnen Punkten die Dauerhaftigkeit
bonbeton, denn Carbon im Bauwesen wird ständigkeit und der Alterung. noch nicht so im Vordergrund stand, besteht ein
seit ungefähr 25 Jahren verwendet. Aus mei- allgemein vielfältiger Bedarf zur Sanierung und
ner Sicht gibt es hier drei verschiedene An- TiB: Seit wann beschäftigen Sie sich mit Bau- Verstärkung.
wendungen: Die eine ist die Verstärkung eines teilverstärkungen aus Carbon und welche Erfah-
Bauteils mit aufgeklebten Lamellen in den rungen haben Sie damit gemacht? TiB: Sehen Sie Einsatzmöglichkeiten im Neu-
verschiedensten Ausführungen, hier wird Car- Prof. Fischer: Der Lehrstuhl beschäftigt sich bau auch hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit,
bon mit Beton verklebt. Zu diesen Verfahren seit ca. 1994 mit aufgeklebten Carbonverstär- denn Carbonbeton ist teurer als Stahlbeton?
existiert auch eine Richtlinie. kungen auf Beton, ich selbst seit 1995. Prof. Fischer: Hier muss man sehen, wie
Die zweite ist Textilbeton bzw. Beton mit Das Hauptaugenmerk des Lehrstuhls lag auf groß das Potenzial ist. Es stimmt, dass das Ma-
einbetonierter Carbonbewehrung. Hier wird den nachträglichen oberflächlichen Verstär- terial teurer ist, aber wenn man die Textilferti-
eine gewebte Textilie in den Beton gegeben. kungen im Hochbau. Hier haben wir schon sehr gung optimiert, wenn es in die Fläche geht und
Damit erzeugt man eine Tragstruktur, oder ein viele Projekte gemacht z.B. auch mit Spannglie- es mehr Konkurrenten gibt, wird es sicher billi-
Bauteil zur Verstärkung. Die dritte Anwendung dern oder bei der Abdichtung von Tiefgaragen, ger. Und es ist ein wirklich vielversprechendes
ist die Vermischung des Betons oder Mörtels mit und das ist heute ein gängiges Verfahren. Material, man kann wesentlich schlanker und
kleinen Carbonfasern. Für die Verstärkungen sind die Carbonlamel- eleganter bauen.
len ideal, hier ist Stahl viel zu schwer. Sie sind ein-
fach aufzukleben, haften sofort und sind leicht TiB: Braucht man nicht auch extra geschultes
und schön zu verarbeiten. Personal für den Umgang mit Carbon?
Prof. Fischer: Natürlich muss ich mit Car-
TiB: Wie sehen Ihre Erfahrungen mit Textil- bon, wie mit jedem Material, sauber umgehen.
und Faserbeton aus? Und wir müssen es beherrschen.
Prof. Fischer: Textilbeton ist bei uns am
Lehrstuhl seit fünf Jahren ein Thema und TiB: Welche offenen Fragen gibt es zum Bau-
Faserbeton seit etwa vier Jahren. Zum Faser- stoff Carbonbeton?
beton habe ich gerade auch zwei Forschungs- Prof. Fischer: Natürlich die baurechtliche Zu-
projekte. lassung. Zur Zeit gibt es hinsichtlich der Ertüchti-
Für den Textilbeton existiert bisher noch gung der Tragfähigkeit erst eine bauaufsichtliche
keine allgemeine Anwendungsrichtlinie und Zulassung, und zwar für die Biegeverstärkung.
bauaufsichtliche Zulassungen sind derzeit erst Wenn es eine Querkraft- oder eine dynamische
im Entstehen. Verstärkung werden soll, geht es nicht. Diese of-
Das Verfahren kann großes Potenzial besit- fenen Punkte sollen jetzt alle in dem C3-Konsor-
zen, es sind aber auch noch einige Fragen zu tium geklärt werden, denn derzeit ist der Anwen-
klären. So gibt es vielfältige Forschungsthe- dungsbereich noch sehr gering. Ich glaube aber,
men, z.B. Umweltverträglichkeit, Recycling dass das nur eine Zeitfrage ist.
aber auch reine Bemessungsfragen. Ein wich-
Fotos: Silvia Stettmayer
tiger Aspekt ist auch die Alterungsbeständig- TiB: Geht es nur um die Zulassung oder gibt es
keit der eingesetzten Kunststoffe. Ein Beispiel hier auch technische Probleme?
ist der Kunststoffverbund zwischen den ein- Prof. Fischer: Beides. Die mechanischen
zelnen Carbonfasern. Zusammenhänge sind bei Carbon ganz andere
8
Technik in Bayern 02/2017
SCHWERPUNKT
gesetzten kalthärtenden Klebstoffe einen Glas- haben wir beim Bauen oft das Problem, dass je-
übergang bereits bei etwa 45°C, und da wird mand etwas zeichnet und man sich dann über-
es schwierig. Bei der Oberflächenanwendung legt, wie machen wir es denn, und dann wird es
brauchen wir meist Brandschutzplatten. als Unikat gebaut. Mit einem Material wie Car-
Mit Textilbeton ist es deutlich besser, da bonbeton muss man die Produktion viel mehr
ist das Gewebe im Beton. Hierzu finden in C3 standardisieren, viel industrieller werden. Bei
jetzt auch umfangreiche Untersuchungen statt. der herkömmlichen Anwendung ist die Gefahr
Aber ich denke, für normale Anwendungen im von Fehlern natürlich größer, weil das Material
Hochbau gibt es keine Probleme, vor allem viel sensibler ist.
auch weil die reinen Carbonfasern im üblichen Zu den Komponenten und Bauteilarten gibt
Temperaturbereich – auch bei Brand – völlig es beim C3 Forschungsansätze. Ich denke, für
unkritisch sind. den Neubau geht es in Richtung vorgefertigter
Teile im Baukastenprinzip. Hier können Sie in
TiB: Wird Carbonbeton in den Lehrveranstal- einer industriellen Fertigung hochpräzise Bau-
tungen an Ihrem Lehrstuhl behandelt? teile mit Qualitätssicherung herstellen.
Prof. Fischer: Wir haben für alle vorge-
nannten Anwendungen zum Carbonbeton Ver- TiB: Vielen Dank für das Gespräch.
anstaltungen am Lehrstuhl – beim „Bauen im INFO
Bestand“ z.B. eine Verstärkungsvorlesung. Wir Das Interview führten Fritz Münzel INFO
vermitteln den Studierenden die Grundlagen, und Silvia Stettmayer TIPP
als wenn ich konventionell baue. Man löst in C3 wie kann man das berechnen, was gibt es an
derzeit neben den technischen Fragestellungen, Vorschriften etc. Die Masterarbeiten zu dem
z.B. wie sich im Brückenbau das Material bei Thema sind alle in die Forschung eingebunden. NETZWERK C3
zyklischer Belastung verhält, auch formale. Wir haben generell viele neue Materalien, die
C3 = Carbon Concrete Composite
sehr interessant sind und unsere Studierenden
Neben der Entwicklung des Baustoffes und
TiB: Stichwort Brandschutz: Gibt es Unter- sind hier aktiv beteiligt. der Technologie von Carbonbeton verfolgt
schiede zwischen Stahlbeton und Carbon? C³ neue Ansätze für die Zusammenarbeit, das
Prof. Fischer: Bei den oberflächig aufgekleb- TiB: Wie sehen Sie die Zukunft von Carbon Management und die Koordination, den Wis-
senstransfer und die Kommunikation.
ten Verstärkungen aus Carbon habe ich immer beton?
ein Problem. Die Kohlefaser selbst ist unkri- Prof. Fischer: Ich glaube, wir müssen sehr Infos: https://www.bauen-neu-denken.de/
tisch, entscheidend sind aber der Kunststoff viel mehr in Produkten denken, und das betrifft eine-neue-art-des-bauens/
und die Klebstoffe. So besitzen die meist ein- nicht nur das Material Carbonbeton. Derzeit
CARTOON
Cartoon: Cornelis Jettke
Mit Carbonbeton ist die Errichtung filigraner Bauwerke möglich.
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Technik in Bayern 02/2017
SCHWERPUNKT
Bemessung von Textilbeton
Textile Bewehrungen von Beton sind eine leistungsfähige und korrosionsfeste Alternative zur
Stahlbewehrung. Die Bemessung folgt prinzipiell den gleichen Modellen wie sie im Stahlbe-
tonbau angewendet werden. Sie müssen aber das Verhalten des neuen Materials erfassen.
Struktur von Carbonbeton höhere Festigkeiten auf und haben deutlich die erforderliche Steifigkeit sicherstellen muss.
Allgemein enthält Carbonbeton eine auf Car- bessere Verbundeigenschaften, benötigen aber Beispielsweise könnte hier eine Sandwichkons
bonfasern (CF) basierende textile Bewehrung auch entsprechend feste Betone. Sie ergeben truktion den Zementverbrauch bei gleicher
und/oder CF-Stäbe und Vorspannelemente. Bei steifere Bewehrungsmatten und benötigen Konstruktionshöhe reduzieren.
Textilbeton verwendet man die textilen Halb- dadurch weniger Abstandshalter, um die Lage
zeuge als flächige Bewehrung, und es werden beim Betonieren zu fixieren. Bei den weichen Modellierung von Textilbeton
neben den Carbonfasern auch andere Hoch- Textilien sind die übertragbaren Verbundspan- Die Bemessung von Textilbeton folgt prinzi-
leistungsfasern wie bspw. alkaliresistente Glas- nungen und somit auch die Beanspruchung für piell den gleichen Modellen, wie sie im Stahl-
und Basaltfasern verwendet, [1, 2]. Dabei ist es den umgebenden Beton deutlich geringer, wo- betonbau angewendet werden, [3, 4, 5]. Somit
möglich, auch mehrere dieser Fasern in dem durch noch dünnere Schichten als bei der Ver- kann auch die Stahlbetonbemessung prinzi-
Bewehrungsnetz zu kombinieren, um spezielle wendung von harten Textilien möglich werden, piell auf Textilbeton übertragen werden, es
Anforderungen zu erfüllen oder um kosten z. B. für Verstärkungen. Darüber hinaus können müssen aber die verwendeten Rechenmodelle
effektiv zu sein. diese leicht um Ecken gebogen und dem Bauteil das Verhalten des neuen Materials erfassen. So
Die textile Bewehrung besteht aus Garnen angepasst werden. unterscheidet sich das Spannungs-Dehnungs
(Einzelfaserbündel), die sich wiederum aus Carbon-Gitter, oder allgemeiner textile (σ-ε)-Verhalten des Carbonmaterials grund-
Zigtausenden von endlosen Einzelfasern (Fi- Strukturen, sind flächige Bewehrungselemen- legend von dem des Betonstahls. Eine textile
lamenten) zusammensetzen. Die Einzelfasern te mit relativ kleiner Gitterweite im Vergleich Carbonbewehrung weist eine nahezu lineare
werden dann durch einen geeigneten Kunst- zu herkömmlichen Betonstahlbewehrungen Spannungs-Dehnungs-Beziehung auf, siehe
stoff „verklebt“, um gleiche Traganteile im Garn oder allgemein Stabbewehrungen. Damit ist Abb. rechts. Hier werden die charakteristischen
übernehmen zu können. Damit ergeben sich die Bewehrung besser im Bauteil verteilt und Kennwerte und die sich daraus herleitenden
signifikante Unterschiede zur herkömmlichen die Einleitungskräfte zwischen Beton und Garn Bemessungswerte (design) gegenübergestellt.
Betonstahlbewehrung. Carbon-Garn ist ein or- müssen nicht so konzentriert werden wie bei Die hohe Bruch festigkeit (charakteristische
thotropes Material mit einer hervorragenden Stabbewehrungen. Beanspruchungsspitzen Spannung) von ca. 2000 bis 2400 N/mm2 bei
Längszugfestigkeit, womit es die Hauptaufgabe werden somit weitgehend vermieden und es ist aktuellen weichen Carbontextilien im Garn
einer Bewehrung – das Abtragen von Zugkräf- möglich, mit extrem dünnen Betonschichten zu wird bei einer Bruchdehnung von ca. 10 bis
ten – exzellent erfüllen kann, aber gleichzeitig bauen. Im Stahlbetonbau ist nämlich die rela- 12 ‰ erreicht. Dies ist deutlich weniger als im
auch einer Garn-Querdruckempfindlichkeit, tiv große Betondeckung nicht nur erforderlich, Stahlbetonbau (25 ‰) üblich und für die TU-
die sich bei direkten Lasteinleitungen über um die Betonstahlbewehrung vor Korrosion zu DALIT Zulassung wird die Bruchdehnung sogar
Formschluss oder Klemmen bemerkbar macht. schützen, sondern auch, um die zuvor erwähnte auf 7,5 ‰ begrenzt. Berücksichtigt man dies,
Als Längsdruckbewehrung ist das Material we- Einleitung von Kräften in die konzentriertere so kann grundsätzlich die bekannte Bemes-
niger geeignet und muss so eventuell bei hohen Betonstahlbewehrung sicherzustellen. sung aus dem Stahlbetonbau auf Carbonbeton
Bewehrungsgraden als Schwächung des Betons Flächiges Verstärken ist das naturgegebene übertragen werden. Aufgrund der geänderten
in der Längsdruckabtragung interpretiert wer- Anwendungsfeld des Textilbetons, in dem er Materialkennwerte müssen aber Bemessungs-
den, was aber noch Gegenstand aktueller For- seine positiven Eigenschaften bestmöglich aus- hilfsmittel, z. B. Bemessungstafeln oder EDV-
schung ist. spielen kann, da dünne, hochtragfähige Schich- Programme, angepasst werden, um dem geän-
Da heute noch keine allgemeingültige Norm ten realisierbar sind. Selbstverständlich werden derten σ-εεVerhalten gerecht zu werden.
für textilen Carbonbeton vorliegt, müssen auch neue Carbonbetonbauteile hergestellt, je- Der Ingenieur muss also vor allem das
Kennwerte für eine Bemessung i. d. R. jeweils doch müssen diese dünn sein, um Ressourcen veränderte Dehnungsverhalten bedenken.
für die aktuelle Materialkombination ermittelt sparen zu können. Dünne Bauteile ermöglichen Gemeinsam mit dem Stahlbeton ist, dass es
werden. Die Betonmatrix beeinflusst die Festig- immer dort leistungsfähige Konstruktionen, sich um einen Kompositwerkstoff handelt,
keit des Komposits, dessen Steifigkeit und Ver- wo Schalen- oder Membrantragwerke konstru- dessen Bewehrung erst nennenswert aktiviert
bundverhalten. Als textile Bewehrung werden iert werden können. Eine einfache biegebean- wird, wenn der Beton bereits angerissen ist.
zwei Garn-Gruppen angeboten: „weich“- und spruchte Carbonbetondeckenplatte mit übli- Wie beim Stahlbeton auch erfolgt die
„hart“-gekoppelte Filamente. Im „weichen“Fall cher parallelgurtiger Geometrie kann wenig Kraftübertragung zwischen Bewehrung und
werden die einzelnen Filamente bspw. auf Beton einsparen, da die erforderliche Bauhöhe Beton über Verbundspannungen, die sowohl
Styrolbutadienbasis verbunden, und im „har- nicht nur statisch bedingt ist, sondern auch die die Rissbreite als auch den Rissabstand
ten“ Fall mit Epoxidharz. Letztere weisen etwas Gebrauchstauglichkeit (Durchbiegung) über beeinflussen.
10
Technik in Bayern 02/2017SCHWERPUNKT
Quelle: TUDALIT
INFO
INFO
TIPP
LITERATUR
Spannungs-Dehnungs-Linien für Betonstahl und weiche textile Carbonbewehrung.
[1] Jesse, F.; Curbach, M.: Verstärken mit Tex-
tilbeton. In: Bergmeister, K.; Fingerloos, F.;
Wörner, J.-D. (Hrsg.): Beton-Kalender 2010.
Berlin: Ernst & Sohn, 2009, S. 457–565 – URL:
http://www.ernst-und-sohn.de/beton-kalen-
der-2010
Textilbeton zur Bauteilverstärkung Bemessungsregeln [2] Curbach, M.; Ortlepp, R. (Hrsg.): Son-
derforschungsbereich 528 – Textile Beweh-
Etwas aufwendiger wird die Bemessung, Eine Lage textiler Bewehrung nach [6]
rungen zur bautechnischen Verstärkung
wenn ein vorhandenes Stahlbetonbauteil mit kann eine Bemessungskraft von 112 kN/m und Instandsetzung – Abschlussbericht
Textilbeton verstärkt werden muss, eine häu- Plattenbreite aufnehmen, was einer Beton- (gekürzte Fassung). Dresden: TU Dresden,
fige Anwendung im Instandsetzungsbereich. stahlbewehrung Ø 8 im Abstand von 20 cm 2012, 222 S. – URL: http://nbn-resolving.de/
urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-86425
Hier können zwar auch die gleichen Bemes- entspricht. Mit bewährten vier Lagen Tex-
[3] Frenzel, M.: Bemessung textilbetonver-
sungsannahmen verwendet werden wie der tilbewehrung (max. sechs sind erlaubt und stärkter Stahlbetonbauteile unter Biegebean-
Ansatz einer linearen Dehnungsverteilung, die sinnvollerweise möglich) entspricht dies spruchung. Beton- und Stahlbetonbau Spezi-
Ermittlung der resultierenden Schnittkräfte schon einer Stahlbewehrung Ø 10 im Abstand al 2015 – Verstärken mit Textilbeton, Jan., S.
54–68 – DOI: 10.1002/best.201400115
im Bauteil-Querschnitt sowie die Überprü- von 7,5 cm bei einer Schichtdicke kleiner als
[4] Müller, E.; Scheerer, S.; Curbach, M.:
fung des Kräftegleichgewichts. 15 mm. Setzt man die Entwicklung leistungs- Strengthening of existing concrete structu-
Es ist jedoch beim Verstärken zu beachten, fähiger Textilien mit anderthalbfacher Be- res: Design models. In: Triantafillou, T. C. (Ed.):
dass das Stahlbetonbauteil bereits eine gewis- messungsfestigkeit voraus, könnte bereits Textile Fibre Composites in Civil Engineering,
Amsterdam et al.: Woodhead Publishing / El-
se Beanspruchung und Verformung erfährt, mit vier Lagen eine Bewehrung entsprechend
sevier, 2016, S. 323–359 – doi:10.1016/B978-1-
zumeist aus Eigengewicht, womit dann eine Ø 20 im Abstand von 10 cm beim Neubau 78242-446-8.00015-X
Vordehnung im Dehnungsansatz zu berück- ersetzt bzw. beim Verstärken im Bestand zur [5] Hegger, J.; Will, N.: Textile-reinforced con-
sichtigen ist. Ertüchtigung als relativ dünne Schicht am crete: Design Models. In: Triantafillou, T. C.
In der ersten allgemeinen bauaufsichtlichen Bauwerk aufgebracht werden. Somit stellen (Ed.): Textile Fibre Composites in Civil Engi-
neering, Amsterdam et al.: Woodhead Publis-
Zulassung Z31.10-182 [6] ist für eine aus “wei- die textilen Bewehrungen eine leistungsfä- hing / Elsevier, 2016, pp. 189–207
chen“ Garnen erzeugte Textilbewehrung ein- hige Alternative dar, die in ihrer Bemessung [6] Z-31.10-182: Verfahren zur Verstärkung
gebunden in den Feinbeton Pagel FT-10 eine kein prinzipielles Umdenken erfordert. von Stahlbeton mit TUDALIT® (Textilbewehr-
gültige Bemessungsvorschrift vorhanden, um ter Beton). DIBt, 01.06.2014
[7] Planermappe zum Umgang mit [6]: http://
auf Biegung dimensionieren zu können (hierzu Dr.-Ing. Harald Michler tudalit.de/planermappe/ (21.11.2016)
siehe auch [5, 7]). Institut für Massivbau, TU Dresden
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Technik in Bayern 02/2017SCHWERPUNKT
Erfolgreicher Einsatz von Carbonbeton
in der Praxis
Basierend auf solider Forschungserfahrung, Branchenkenntnis und praktischer Erfahrung
beim Wissenstransfer bringt die Firma CarboCon GmbH Ergebnisse aus der Spitzenforschung
in den Markt und bietet Know-how und Beratung zu Neubau, Instandsetzung oder Herstel-
lung neuer Bauteile aus dem innovativen Verbundbaustoff.
Instandsetzung der historischen
Bogenbrücke in Naila
Die Bogenbrücke diente vor ihrer Erbauung
um 1910 bis 1973 der Überführung der ehe-
maligen Bahnstrecke Naila-Schwarzenbach
a. Wald. Nach fast 40-jähriger Pause sollte
das Bauwerk von Grund auf instandgesetzt
und einer neuen Nutzung zugeführt werden.
Alle Bögen waren von quer verlaufenden und
netzartigen Rissen geprägt und wiesen in den
Betonierabschnittsfugen markante Aussinte-
rungen auf. Die mangelnde Betonqualität re-
sultierte aus der damaligen Betontechnologie,
der Betonzusammensetzung mit unausgewo-
genem Mischungsverhältnis der Zuschläge
sowie dem lagenweisen Handeinbau ohne
entsprechende Hilfsmittel zur Verdichtung.
Nach einer aufwendigen Variantenuntersu-
chung erfolgte die Sanierung des unterseitigen
Überbaus mit TUDALIT Textilbeton. Dazu wur-
de an den Bögen eine in Feinbeton (TUDALIT- Fixieren der Carbonbewehrung im Feinbeton.
TF10-PAGEL) eingebettete, zweilagige Car-
bonbewehrung (TUDALIT-BZT2-V.FRAAS)
aufgebracht. Das Auftragen des Feinbetons er-
folgte mittels Spritzdichtstromverfahrens und
ermöglichte dadurch einen Schichtaufbau des
Carbonbetons von nur insgesamt 20 mm.
Verstärkung von Stahlbetonstüt-
zen eines Hochhauses
In einem neugebauten Hochhaus mus-
sten Stahlbetonstützen nachträglich verstärkt
werden. Aufgrund der einzuhaltenden Quer-
schnittsgeometrie war die nachträgliche Ver-
stärkung nur mit Carbonbeton möglich. Zur
Gewährleistung eines guten Haftverbunds
zwischen Alt- und Neubeton wurde die Ober-
fläche der betreffenden Stahlbetonstützen für
Fotos: Ammar Al-Jamous
das Aufbringen der ersten Feinbetonschicht
aufgeraut, um die vorgeschriebene Rautiefe
von ca. 1,0 bis 1,2 mm zu erhalten. Mithilfe
eines Feststoffverfahrens konnte bei der Strah-
lung eine mittlere Rautiefe von mind. 1,0 mm Ansicht der fertiggestellten Brücke.
12
Technik in Bayern 02/2017SCHWERPUNKT
erreicht und eine Gesteinskörnung mit einem
Durchmesser von ≥ 4,0 mm sichtbar gemacht
werden. Um eine Beschädigung der Carbonbe-
wehrung zu vermeiden, wurden die scharfen
Kanten auf einen Durchmesser von ≥ 30 mm
abgerundet. Um eine schnelle Austrocknung
des neu aufgebrachten Feinbetons zu verhin-
dern, musste die Oberfläche des „Altbetons“
feucht gehalten werden, indem sie 24 Stunden
vor der Verstärkungsmaßnahme mit Wasser
vorgenässt wurde. Im Anschluss daran konnte
die erste Feinbetonschicht aufgebracht werden.
In diese wurde die erste Textilbewehrungslage
eingearbeitet und anschließend erneut mit ei-
ner Schicht Feinbeton überdeckt. Danach er-
folgten der Einbau und das Fixieren der zweiten
Textilbewehrungslage, die ebenfalls mit einer
Feinbetonschicht überdeckt wurde.
Verstärkung eines Zuckersilos
in Uelzen
Im Juni 2014 wurde das Zuckersilo 9 durch
einen Großbrand beschädigt. Statische Analy-
sen ergaben keine Beeinträchtigung der Trag
fähigkeit und der Standsicherheit, allerdings
war die Gebrauchstauglichkeit der Siloinnen-
schale durch brandbedingte, oberflächennahe
Schädigungen des Betons durch Abplatzungen
nicht mehr gegeben.
Das Silo besitzt mit einem Innendurchmesser
von 42,50 m und einer Wandhöhe von knapp 60
m, ein Fassungsvermögen von 80.000 t Zucker
Foto: Silvio Weiland
und ist damit eine wichtige Anlagenkomponen-
te. Gemäß dem geplanten Sanierungskonzept
wurde die Oberfläche der Silowand im be-
schädigten Bereich mithilfe von Hochdruck-
Siloinnenraum mit Gerüst.
wasserstrahlen aufgeraut, lose Betonteile und
Fremdkörper entfernt. Anschließend erhielt
die etwa 5.000 m² große Siloinnenwand eine
Verstärkungsschicht aus Carbonbeton, die so-
wohl eine bessere Tragfähigkeit als auch die
Gebrauchstauglichkeit wiederherstellte.
Nach Abschluss der Instandsetzungsarbeiten
erhielt die Siloinnenwand noch eine notwendi-
ge und vorgeschriebene lebensmitteltaugliche
Beschichtung. Die Verstärkungsarbeiten erfolg-
ten bei allen Projekten nach den Regeln der All-
Foto: Ammar Al-Jamous
gemeinen bauaufsichtlichen Zulassung mit der
Zulassungsnummer: Z-31.10-182.
Dipl.-Ing. Ammar Al-Jamous
Geschäftsführer CarboCon GmbH, Dresden
Einbau der Carbonbewehrung.
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Technik in Bayern 02/2017SCHWERPUNKT
Leichte und korrosionsfeste Betonbauwerke
Vor etwa 2000 Jahren entstanden die ersten römischen Betonbauwerke. Die Baumeister er-
stellten druckfeste Bauteile, indem sie Mörtel und Steinbrocken in einer Schalung aushärten
ließen. Sie wurden zum Maßstab der römisch-kaiserlichen Architektur. Erst um 1850 wurde
der Werkstoff weiterentwickelt, indem Eisenstäbe eingelegt wurden, um die Zugkräfte auf-
zunehmen. So entstanden die ersten Eisenbetonbauwerke mit großer Spannweite. Die Evolu-
tion des Betonbaus ist in der Gegenwart bei Carbonbeton angekommen. Die weltweit erste
carbonbewehrte Betonbrücke in Albstadt verzichtet vollständig auf eine Stahlbewehrung
und setzt einen Meilenstein in der Geschichte des Massivbaus.
Eine zukunftsweisende Anwendung von Konstruktion Wintermonaten angesetzt. Dadurch verschwin-
Textilbeton ist der Einsatz bei Bauwerken Die Fußgängerbrücke hat eine Gesamtlänge det die Notwendigkeit einer zusätzlichen Deck-
mit Chloridangriff, hervorgerufen durch eine von 15,55 m und eine Breite von 2,94 m. Der schicht, die regelmäßig saniert werden muss.
Frost-Tausalz-Beanspruchung. Vorhandene be- Querschnitt ist ein Fertigteil-Trogträger mit Insgesamt wird ein geringes Gesamtgewicht
tonstahlbewehrte Brücken weisen oft Schäden Bauteildicken von 70 mm für die Trogwände der Konstruktion von lediglich 14 Tonnen er-
auf, die infolge von Stahlkorrosion entstehen. und 90 mm für die Gehwegplatte. Das Fertigteil reicht. Ermöglicht wird die Schlankheit durch
Die Konsequenz sind Risse und Betonabplat- wurde in einem Guß hergestellt, das heißt, dass die korrosionsbeständige Carbonbewehrung.
zungen. Diese Schäden sind nicht nur opti- die Trogwände und die Gehwegplatte mono- Sie ist das Herzstück für den Verzicht der üb-
sche Mängel, sondern verschlechtern auch das lithisch miteinander verbunden sind. Sie tra- lichen hohen Betondeckung für den Korrosi-
Tragverhalten. Deshalb werden innovative und gen als Gesamtbauteil zum Tragverhalten bei. onsschutz. Lediglich wenige Millimeter werden
nachhaltige Brückenkonstruktionen gesucht. Aufgrund der dünnen Gehwegplatte muss die benötigt, um einen Verbund zu gewährleisten.
Ein erfolgreich umgesetztes Konzept ist ein Steifigkeit der Konstruktion durch die 1,07 m
Querschnittsentwurf aus Carbonbeton, dessen hohen Trogwände erzielt werden. Der Verlauf Baustoffe
Machbarkeit in einem Gemeinschaftsprojekt ist „gevoutet“ und folgt der Beanspruchung, Für die Herstellung der filigranen Brücke
des Instituts für Massivbau der RWTH Aa- was zu einer wirtschaftlicheren Ausnutzung wurde eine innovative Materialkombination
chen, Knippers Helbig, Max Bögl und solidian führt. Die Höhe der Wände am Auflager be- eingesetzt. Als Bewehrung kam ein epoxidharz-
im Jahr 2015 erfolgreich bewiesen wurde. In trägt lediglich 0,35 m. Der obere Zentimeter der getränktes Carbontextil, Typ GRID Q-95/95-
Albstadt-Ebingen entstand die weltweit ers Gehwegplatte wird als Verschleißschicht für die CCE-38, der Firma solidian mit einer Maschen-
te Carbonbetonbrücke, die vollständig ohne mechanische Beanspruchung durch Fußgänger, weite von 38 mm und eine Querschnittsfläche
Stahlbewehrung und Vorspannung auskommt. Fahrräder und Schneeräumfahrzeuge in den von 95 mm²/m in beiden Richtungen zum Ein-
satz. Der Vorteil des Carbontextils liegt in seiner
hohen Zugfestigkeit und Dauerhaftigkeit. So
wurden in Versuchen Zugspannungen von über
3300 N/mm² erreicht. Das entspricht einer auf-
nehmbaren Zugkraft für das eingesetzte Textil
von 314 kN/m (ca. 32 Tonnen/m). Im Vergleich
dazu erreicht eine herkömmliche Stahlbeweh-
rung eine Bruchspannung von lediglich 500 N/
mm². Die Carbonbewehrung ist daher in der
Lage, mehr als sechsmal so viel Kraft bei glei-
chem Querschnittsgehalt aufzunehmen. Das
Textil wurde als Flächen- und Formbewehrung
sowohl 1- als auch 2-lagig eingebaut. Durch
den Einsatz der innovativen Armierung ent-
Alle Abbildungen: solidian
fallen Unterhaltungsmaßnahmen sowie Sanie-
rungsarbeiten. Somit gehen die Folgekosten für
die Brücke gegen „Null“. Als Beton wurde ein
selbstverdichtender Beton der Firma Max Bögl
mit der Festigkeitsklasse C 70/85 verwendet.
Seiten der Carbonbetonbrücke. Bei der Betonage wurde darauf geachtet, dass
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Technik in Bayern 02/2017SCHWERPUNKT
Ansicht der dünnen Seitenwände (70 mm) der ersten Carbonbetonbrücke, die vollständig auf Stahlbewehrung verzichtet
keine Lunker auftauchen. Folglich entstand eine Herstellung weitere logistische Vorteile. Noch am selben Tag
hochwertige Betonoberfläche, die mit dem bes Die Kombination der innovativen Carbon- konnte die Fuß- und Radwegbrücke zum Über-
ten Sichtbeton konkurrieren kann. Gleichzeitig bewehrung mit dem hochfesten und selbstver- queren des Flusses genutzt werden.
wurde die hohe Betonqualität genutzt, um eine dichtenden Beton ermöglichte eine effiziente
rutschhemmende Eigenschaft der Gehweg Herstellung der Brücke. Aufgrund der sehr Fazit
platte durch eine Betonstruktur mithilfe einer guten Vorarbeiten konnten die Bewehrungs- Aufgrund der korrosionsbeständigen Be-
speziellen Schalung zu realisieren. arbeiten im Fertigteilwerk auf wenige Schritte wehrung können Tragwerke aus Carbonbeton
reduziert werden. Hierfür wurden die einzelnen im Vergleich zu Stahlbetonbauteilen deutlich
Tragverhalten Bewehrungsmatten schon bei der Textilher- schlanker und nachhaltiger ausgeführt wer-
Im Rahmen der Zustimmung im Einzelfall stellung geformt und in die richtigen Formen den. Dies wird durch die 15,55 m lange Brücke
wurde ein umfangreiches Versuchsprogramm zurechtgeschnitten. Beim zusammengesetzten eindrucksvoll verdeutlicht. Sie zeigt, dass der
zur Beurteilung der Tragfähigkeit der Kons Korb zeigte sich ein weiterer Vorteil im Ver- Carbonbeton auch für großformatige Bau-
truktion durchgeführt. Anhand von großfor- gleich zum Stahlbeton. Da er sich außerhalb der werke mit komplexem Tragverhalten geeignet
matigen Versuchskörpern mit Querschnitts Schalung befand, war die Bewehrungsabnahme ist, bei denen vollständig auf Stahlbewehrung
abmessungen im Originalmaßstab wurden leichter und ordentlicher möglich. Fehler kön- und Spannstahl verzichtet werden kann. Car-
das Biege- und Querkrafttragverhalten in nen so besser entdeckt und mit weniger Auf- bonbetonkonstruktionen sind materialredu-
Quer- wie auch in Längsrichtung des Trogträ- wand korrigiert werden. zierte Bauwerke, deren nicht-korrodierende
gers untersucht. Von besonderer Bedeutung Aufgrund der Vorplanung konnte der voll- Eigenschaften auch nachhaltig die Kosten für
war der Versuch in Brückenlängsrichtung. ständige Bewehrungskorb nach wenigen Stun- den Bauträger senken. Aufgrund dieser Eigen-
Hierfür wurde die Brücke ein zweites Mal her- den aus der Schalung gehoben und mit der Beto- schaften kann zudem davon ausgegangen wer-
gestellt und im Drei-Punkt-Biegeversuch zu nage begonnen werden. Diese Prozedur dauerte den, dass die gewünschte Lebensdauer von 80
Bruch gefahren. Es konnte eine Prüfkraft von aufgrund des besonders leistungsfähigen Betons Jahren deutlich überschritten wird. Die vorge-
Fmax = 643 kN (65 Tonnen) in der Mitte der der Firma Max Bögl weniger als eine Stunde. Zu- stellte Fußgängerbrücke wurde von der Firma
Brücke aufgebracht werden, was einem Bruch- sätzlich konnte vollständig auf Verdichtungsar- solidian gefördert und finanziert. Zusammen
moment von Mu,max = 2335 kNm entspricht. beiten verzichtet werden. Nach zwei Tagen konn- mit den beteiligten Partnern Max Bögl, Knip-
Im Vergleich dazu beträgt das Bemessungs- te die Brücke aus der Schalung gehoben und um pers Helbig und IMB RWTH Aachen wurde die
moment aus der Einwirkung MEd = 1005 kNm. 180° gedreht werden. Im letzten Arbeitsschritt weltweit erste Carbonbetonbrücke ohne Stahl-
Somit wurde eine globale Sicherheit von 2,4 wurde die Brücke zur Baustelle transportiert bewehrung erfolgreich realisiert und somit ein
erreicht. Im Grenzzustand der Gebrauchstaug- und dort in nur wenigen Stunden auf die vorbe- Meilenstein im Betonbau gesetzt.
lichkeit (GZG) betrug die Rissbreite lediglich reiteten Lager positioniert. Hierfür waren wegen
wk ≤ 0,1 mm bei einer zugehörigen mittigen des geringen Gesamtgewichts nur zwei Kräne Sergej Rempel u. Dr.-Ing. Christian Kulas
Verformung von 5 mm. notwendig. Somit hat die Carbonbetonbrücke RWTH Aachen und solidian GmbH
15
Technik in Bayern 02/2017SCHWERPUNKT
Bewehrungsgitter aus Carbon
Die Firma V. FRAAS GmbH mit weltmarktführender Kompetenz im textiltechnischen Bereich
stellt seit 1880 hochwertige gewebte, gestrickte oder geraschelte Schals und textile Acces-
soires her. Das große Know-how und die Innovationskraft im textilen Bereich der Beklei-
dungsindustrie hat das Unternehmen seit 2008 auf den Bereich der technischen Textilien
übertragen. Die Tochtergesellschaft V. FRAAS Solutions in Textile GmbH bietet in industrieller
Serienfertigung 2D/3D AR-Glas- und Carbon-Gittergelege zur Bewehrung von Beton an.
Die 2D und 3D biaxialen Bewehrungsgitter rechtem Portalschusseintrag fertigt Schussge- Schussfaden direkt in eine Masche, ohne dass
der Marke SITgrid® werden kontinuierlich wei- wirke mit Verstärkungsfäden in 90°- oder in ein erneuter Randzuschnitt erforderlich ist.
terentwickelt. Als nächste Evolutionsstufe ist es 0°- und 90°-Richtung. Sie verarbeitet u.a. Car- Mit der Portalschussmaschine lassen sich
dem Unternehmen gelungen, strukturierte Car- bon-, Glas-, Basalt-, Aramid- oder hochfeste Textilien von groben Gittern bis zu engma-
bongitter herzustellen. Die neue, gerippte Struk- Polyesterfasern und bietet dabei höchste Mate- schigen Strukturen herstellen. Aufgrund des
tur, wie vom Bewehrungsstahl bekannt, entsteht rialeffizienz, denn der Schuss wird vollkommen abfallfreien Schusseintrages können die Textil-
durch das Umwickeln der Hochleistungsfaser abfallfrei eingetragen. Zudem öffnet die Portal- kosten erheblich reduziert, knappe Ressourcen
mit einem Faden von kleinerem Durchmesser. schussmaschine mit durchdachten Detaillösun- geschont und der Umfang des Abfallrecyclings
Damit weist die Carbonfaser eine extrem hohe gen vielfältige Spielräume bei der Gestaltung minimiert werden. Mit einem durchdachten
Festigkeit auf und bewirkt auch eine extrem der Verstärkungstextilien. Die möglichen An- Management des Materialnachschubs lässt sich
hohe Festigkeit im Beton. wendungsfelder der technischen Gewirke, die zudem der Rüstaufwand bei Produktwechseln
sich auf der Portalschussmaschine herstellen reduzieren. Für den beidseitigen, abfallfreien
Portalschussmaschine von lassen, sind genauso vielfältig wie die darauf Schusseintrag stehen sowohl aktive Abrollgatter
KARL MAYER Technische Textilien verarbeiteten Hochleistungsgarne. für Carbonfasern als auch Standardgatter für
Der Markt der Technischen Textilien fordert Besonders im Bereich des Bauwesens nimmt Glasfasern zur Verfügung. Beide Gattertypen
hochwertige Produkte aus einem Fadenmate- die Maschine eine zentrale Rolle ein, da damit können parallel aufgestellt und abwechselnd
rial, das eine spezielle Performance bietet, aber Verstärkungsstrukturen aus Carbonfasern für ohne Umbauaufwand genutzt werden.
meist teuer ist. Eine vollständige Verarbeitung das Bauen und Sanieren mit Textilbeton produ-
der Hochleistungsgarne macht damit die Sen- ziert werden. Technologiesprung
kung der Produktionskosten möglich. Einen Die V. FRAAS GmbH hat von Texion Software
Beitrag hierzu liefert die KARL MAYER Techni- Abfallfreie Produktion, maximale Solutions ein CAD-System für die Herstellung
sche Textilien GmbH mit einer speziellen Por- Materialnutzung, kostenreduzierte im Bereich der textilen Accessoires entwic-
talschussmaschine. Die hochproduktive und Produktion keln lassen. Damit konnten erstmals komplexe
flexible Kettenwirkmaschine mit maschenge- Die Maximierung der Materialausbeute ge- Wirkstrukturen in Echtstoffsimulation dar-
lingt durch die Verwendung von Fadenklem- gestellt werden. Das Unternehmen hat dieses
men – eine Entwicklung, durch die Randabfälle Know-how für die Baubranche in Form von
beim Einbringen von Schussfäden vermieden 3D-Simulation weiterentwickelt. Dafür wurden
werden. Der maschengerechte Schusseintrag die im CAD vorhandenen Datensätze zur Ma-
erfolgt abfallfrei und von beiden Maschinensei- schinensteuerung als Basis verwendet. Derzeit
ten. Das Arbeiten von je einem Gatter auf bei- arbeitet man an einer Weiterentwicklung, um
den Seiten der Portalschussmaschine vermei- Datensätze auch für die finite Elementemetho-
det Leerfahrten des Legers und erhöht damit de verwenden zu können.
die Produktivität des Schusssystems.
Dieses arbeitet nach einem durchdachten Carbonbeton für die Sanierung und
Prinzip: Der Leger greift während des Lege Instandsetzung von Bauwerken
zyklus die Schussfäden des Gatters auf der einen Mit Carbonbeton wird der Bauindustrie nicht
Maschinenseite und zieht sie über die Arbeits- nur ein innovativer Baustoff, sondern insbeson-
breite. Anschließend werden die Schussfäden dere für Instandsetzungen auch eine äußerst
teilungsgerecht in der Transportkette abgelegt, wirtschaftliche Technologie zur Verfügung ge-
mit Fadenklemmen fixiert und durch ein Roll- stellt. 1kg Stahl kostet circa 1 Euro, 1kg Carbon
Geöffnete (oben) und geschlossene (un- messer von den Spulen des Gatters getrennt. kostet zwischen 14 und 18 Euro, also im Durch-
ten) Transportkette mit Fadenklemmen im Die beiden Transportketten befördern nun die schnitt circa 16 Euro – jedoch ist die Dichte von
Schusslegebereich. Schussfäden zur Nähwirkstelle und legen jeden Carbon viermal geringer und die Tragfähigkeit
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Technik in Bayern 02/2017Sie können auch lesen
