• 5. Januar 2022

Aufgepasst: Beton & Kohlefaser, das neue Traumpaar!

Tobias

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Der Vorteil von Carbonbeton ist es unter anderem, dass außergewöhnliche und filigrane Formen überhaupt erst möglich werden (Foto: Ulrich van Stipriaan)

Wird Carbonbeton etwa die Baubranche revolutionieren?

Beton zählt zu den am häufigsten verwendeten Baumaterialien. Schon vor rund 10.000 Jahren haben Menschen Beton-ähnliches Material verwendet. Besonders in Verbindung mit Stahl entsteht ein stabiler Baustoff. Doch die Sache hat einen Haken: Stahl kann rosten. Eine rostfreie Alternative ist Carbon. Die Kombination aus Beton und Carbon eröffnet also ganz neue Möglichkeiten.

Legt man ein Stahlgeflecht in flüssigen Beton und lässt das Ganze aushärten, entsteht eine Struktur, die Druck-, Zug- und Biegekräften sehr gut standhält. Ideal also für Decken oder Wände von Gebäuden, Brücken oder andere Konstruktionen. Allerdings hat Stahl die unangenehme Eigenschaft, mit der Zeit zu rosten – auch wenn er in Beton eingegossen ist. Die Folge sind geschwächte Strukturen, die im Extremfall sogar Einstürzen können. Ach ja, und schwer ist das Ganze auch noch.

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Doch es gibt eine Lösung für dieses Problem. Statt der üblichen Stahlgitter setzt man auf Carbonfasern. Aus Strängen zu je rund 50.000 einzelnen Kohlefasern werden ebenfalls Gitter hergestellt. Diese sind allerdings nicht nur leichter als ihre Pendants aus Stahl, sondern auch stabiler. Beim Gewicht ist Carbon um den Faktor vier leichter als Stahl, bei der Zugfestigkeit sogar sechsmal stabiler. Und: Carbon kann nicht rosten. All diese Vorteile führen dazu, dass weniger Beton genutzt werden muss, weniger Gewicht anfällt und am Ende dennoch ein stabileres Bauwerk dabei herauskommt. 

Das Carbongelege wird in mehreren Lagen in Feinbeton eingearbeitet (Foto: Jörg Singer)
Der Vergleich zeigt es eindrucksvoll: Bei gleicher Stabilität muss Stahlbeton (hinten) deutlich voluminöser und damit schwerer ausgeführt sein, damit der Stahl vor Feuchtigkeit und damit vor Korrosion geschützt ist (Foto: filmaton.tv)
Der Carbonstab (links) hat im Vergleich zum Stahl-Pendant die Nase vorn wenn es um Gewicht, Platzbedarf und Stabilität geht (Foto: Sandra Kranich)

#carbonbeton

Doch sollte man nun überall den Carbonbeton einsetzen, nur weil er länger hält? Nicht ganz, denn der neuartige Baustoff bietet noch weitere Vorteile. So lassen sich mit ihm deutlich filigranere und schlankere Bauvorhaben umsetzen. Das liegt unter anderem daran, dass bei herkömmlichem Stahlbeton eine Art zusätzliche Schutzschicht aufgetragen werden muss, um die Stahleinlage möglichst gut vor Feuchtigkeit zu schützen. Bei nicht-rostenden Materialien ist das logischerweise nicht notwendig. Außerdem kann Carbonbeton wie eine Art Pflaster genutzt werden, um bestehende Stahlbetonwerke zu sanieren und stabiler zu machen. Auch hier macht es sich positiv bemerkbar, dass der Werkstoff nicht so stark aufträgt und leichter ist.

Solche Carbongitter werden in Verbindung mit Feinbeton zu extrem stabilen und vor filigran formbaren Baustoffen (Foto: filmaton.tv)

Neben den angesprochenen Carbongittern gibt es noch weitere Werkstoffe, die in Verbindung mit Beton genutzt werden können. Beispielsweise Carbonstäbe oder Basalt- beziehungsweise Glasfaserbewehrungen. Welcher Materialmix letztlich zum Einsatz kommt, hängt vom jeweiligen Einsatzzweck ab. Teilweise werden auch verschiedene Baustoffe zeitgleich genutzt, um das Optimum heraus zu holen.

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Verbundwerkstoffe, insbesondere in Kombination mit Carbon, kennt man schon seit Jahren aus dem Flugzeugbau. Man könnte also meinen, es sei eigentlich naheliegend, ein so vielseitiges Material auch in der Architektur anzuwenden. Und tatsächlich haben Dresdner Forscher schon in den 1990er-Jahren damit begonnen, Beton mit verschiedenen Textilfasern zu verstärken, anstatt mit Stahl. Von Ende der 1990er-Jahre bis etwa 2011 wurde dann weiter an dem innovativen Material geforscht. Richtig marktreif wurde der Baustoff dann allerdings erst einige Jahre später. Heute wird Carbonbeton regelmäßig für verschiedene Anwendungen genutzt.

Auch wenn Carbonbeton vielversprechende Eigenschaften hat, wird er den klassischen Stahlbeton wohl nie vollständig verdrängen. Aktuell geht man davon aus, dass nur etwa 20 Prozent des Stahlbetons durch den innovativen Baustoff abgelöst werden. Hauptsächlich bei architektonisch besonders komplexen Bauwerken. Für die breite Masse an Konstruktionen ist Stahlbeton immer noch stabil und haltbar genug, sodass er die erste Wahl bleibt – auch aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen.

Carbonbeton eignet sich auch hervorragend zur Instandsetzung von baufälligen Stahlbeton-Konstruktionen (Foto: Ammar al Jamous)

Einen sehenswerten Beitrag über die Möglichkeiten von Carbonbeton gibt es in der MDR-Mediathek. Ein Kamerateam hat den Bau des Cube Carbonbetonhauses in Dresden begleitet. Mitentwickler des Baustoffs Prof. Manfred Curbach erklärt dort genau, was die Vorteile sind:
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