Da die Weltbevölkerung weiterwächst, wird der Bedarf an neuen und innovativen Baumaterialien immer wichtiger. Carbonbeton ist ein Verbundwerkstoff, der in den letzten Jahren an Popularität gewonnen hat, zumindest wenn es um das Thema Forschung geht. Dieses Material, das aus Beton und einer Verstärkung aus Carbonfasern besteht, hat einige einzigartige Eigenschaften, die es für den Einsatz in Bauprojekten gut geeignet machen. Der Hauptvorteil von Carbonbeton ist seine Festigkeit. Kohlenstofffasern sind unglaublich stark, und wenn sie mit Beton kombiniert werden, entsteht ein Material, das viel stärker ist als herkömmlicher Beton. Dadurch eignet sich Carbonbeton ideal für hochbelastete Anwendungen wie Brücken und Wolkenkratzer.
Aber wie weit ist die Forschung beim Thema „Nachhaltiger Beton”? Wann könnte es mit dem Einsatz so weit sein und was sagt der Preis? In Schirmherrschaft der technischen Universität Dresden, wird die Forschung unter den Namen C3 (Carbon Concrete Composite) vorangetrieben.
Was ist Carbonbeton?
Carbonbeton ist ein Verbundmaterial, das aus Beton und Carbonfasern besteht. Der Hauptvorteil von Carbonbeton ist seine Festigkeit – Carbonfasern sind unglaublich stark, und wenn sie mit Beton kombiniert werden, entsteht ein Material, das viel stärker ist als herkömmlicher Beton. Dadurch ist Carbonbeton ideal für hochbelastete Anwendungen wie Brücken und Wolkenkratzer. Carbonbeton ist auch feuer- und erdbebensicher, was ihn zu einer sicheren Wahl für den Bau in Gebieten macht, die für diese Art von Naturkatastrophen anfällig sind.
Er besteht aus gewebtem Material und wird daher meist als „Textil” bezeichnet. In Verbindung mit Beton dann die logische Namensgebung: Textilbeton. Bei der Herstellung werden bis zu 50.000 Kohlenstoff- oder Kohlefasern zu einem Garn verarbeitet. Kohlefaser ist ein modernes, starkes und leichtes Material, das zu fast jedem Muster oder jeder Form verwoben werden kann. Aufgrund ihres winzigen Durchmessers von etwa fünf Mikrometern ist sie etwa zehnmal dünner als ein menschliches Haar. Die Garne werden anschließend in einer Textilmaschine bearbeitet, um ein Gelege mit einer stabilisierenden Beschichtung zu erzeugen.
Kohlenstoff ist der grundlegende organische Baustein auf der Erde. Man findet ihn in Pflanzen, Gestein und sogar in der Luft. Erdöl wird auch heute noch zur Herstellung von Kohlenstoff verwendet, da es im Vergleich zu dem, was benötigt wird, billig und leicht verfügbar ist.
Carbon kann aber auch aus Ligninen gewonnen werden, die als Holzabfälle bei der Papierherstellung anfallen. In etwa 5 Jahren dürfte die industrielle Produktion möglich sein – dieser Punkt wäre ein Meilenstein für das Thema Nachhaltigkeit in der Betonnutzung.
Der Ersatz von Stahlbeton durch Carbonbeton senkt den Energiebedarf und die CO2-Emissionen bei Bau und Instandsetzung um fast 50% und schont wichtige Ressourcen.
Was ist bisher die erste Wahl in Bezug auf Material auf dem Bau?
Deutschland ist mit einem Verbrauch von etwa 100 Millionen Kubikmetern* pro Jahr ein großer Nutzer von Stahlbeton. Um den Stahl vor Korrosion und anderen Umwelteinflüssen wie Witterungseinflüssen oder Verschmutzung zu schützen, ist er mit einer dicken Schicht überzogen.
Stahlbeton ist ein Material, das anstelle anderer Baumaterialien verwendet werden kann, um die erforderliche Festigkeit und Haltbarkeit zu gewährleisten. Wenn in seiner Struktur Zugspannungen auftreten, versagt Stahlbeton nicht, sondern behält seine ursprünglichen Eigenschaften bei, bis er den Höchstwert der Spannungen erreicht, bevor er bricht oder Risse bekommt. Die Verstärkung bietet zusätzliche Kapazität, um Verformungen zu widerstehen, die aus Kräften wie diesen starken Böen resultieren, die die ansonsten leichten Teile leicht brechen würde.
Beton besteht aus Zement, Sand, Stein und Wasser. Jedes Jahr werden weltweit 1,6 Milliarden Tonnen Zement, 10 Milliarden Tonnen Zuschlagstoffe (Sand und Kies) und eine Milliarde Tonnen Wasser für den Bau neuer und die Sanierung alter Gebäude verwendet.
Was sind die Vorteile von Carbonbeton?
Die Vorteile von Carbonbeton sind vielfältig. Der Verbundwerkstoff ist extrem stabil und langlebig und eignet sich daher perfekt für den Einsatz bei Bauprojekten. Carbonbeton ist außerdem witterungs- und korrosionsbeständig, d. h. er wird den Elementen über Jahre hinweg standhalten. Außerdem ist Carbonbeton feuerfest, so dass er ohne Bedenken in gefährdeten Bereichen eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist er umweltfreundlich – er erzeugt weniger schädliche Emissionen wie herkömmlicher Beton. Da Carbonbeton aus recycelten Materialien hergestellt wird, ist er eine kostengünstige Option für Bauprojekte. Carbon ist viermal leichter und sechsmal tragfähiger als Stahl und hat daher die 24-fache Leistungsfähigkeit.
Während die Lebensdauer von Stahlbetonkonstruktionen auf 40 bis 80 Jahre geschätzt wird, wird für Carbonbeton eine Lebensdauer von 200 Jahren prognostiziert. Mit seinen vielen Vorteilen wird Carbonbeton in Zukunft das Material der Wahl für Bauprojekte sein.
Carbonbeton reduziert die Energie- und CO2-Emissionen, die für den Bau und die Instandhaltung von Gebäuden erforderlich sind, um fast 50%. Fassadenplatten oder Bewehrungsschichten sind beispielsweise mit Carbonbeton nur zwei Zentimeter dick statt acht Zentimeter mit Stahlbeton. Dies bedeutet, dass 75% weniger Material erzeugt, transportiert und installiert werden muss.
Welche Nachteile hat Carbonbeton?
Wo Vorteile sind, sind natürlich auch Nachteile und es gibt einige potenzielle Nachteile bei der Verwendung von Carbonbeton. Einer davon ist, dass die Kohlenstofffasern spröde und störanfällig sein können, wenn sie nicht richtig in die Betonmatrix eingebettet sind. Ein weiteres potenzielles Problem ist, dass die Kohlenstofffasern Wasser absorbieren können, was zu nachhaltigen statischen Problemen führen könnte.
Der größte Nachteil von Carbonbeton ist der Mangel an Wissen über das Recycling. Obwohl Kohlenstoff und Beton bereits getrennt recycelt werden können, fehlt es im Bausektor (und in anderen Branchen) an Produkten, die mit recycelten Kohlenstofffasern hergestellt werden. Dies wird in naher Zukunft ein wichtiges Thema für Studien sein. Die TU Dresden widmet sich diesem Thema mit vollem Fokus.
Baukonzern GOLDBECK als Gewinner des bautec.Innovation Award für die korrosionsfreie Deckenplatte aus Carbonbeton
Carbonbeton ist eines der drängendsten Zukunftsthemen bei GOLDBECK. So werden Carbonbeton-Bodenplatten entwickelt, die bei aktuellen Bauprojekten die tragende Stahlbewehrung ersetzen können. Das kommt einer kleinen Revolution im Baugeschäft gleich.
In hunderten Laborexperimenten hat Goldbeck die neuartige Verbindung zwischen Beton und Kohlenstoff untersucht und hat 2019 mit einem Pilotprojekt begonnen: „Beim Bau unseres eigenen Mitarbeiterparkhauses in Hirschberg haben wir erfolgreich Carbon statt Stahl als tragende Bewehrung eingesetzt. In der Baubranche kommt das einer Revolution gleich”, so Mühlhaus.
CUBE – Das erste Haus aus Carbonbeton
Die Welt wartet auf das erste Gebäude aus Carbonbeton, das aktuell in Dresden gebaut wird und die Bautechnik und das Baugeschäft revolutionieren wird. Der Bau dieses hochmodernen Gebäudes, das vollständig aus nichtmetallischem Carbon besteht, ist ein Vorzeigeprojekt, dem andere Länder folgen werden. Es ist nicht nur umweltfreundlich, sondern bietet auch eine innovative Lösung für nachhaltige Gebäude, die aufgrund des Klimawandels mehr denn je benötigt werden.
Der CUBE ist das Leuchtturmprojekt des C3 Carbon Concrete Composite e.V. Er ist der sichtbare und öffentliche Beweis für funktionale Ergebnisse im Bereich des Bausektors mit Carbonbeton und wird derzeit am Fritz-Förster-Platz in Dresden gebaut. Das Gebäude mit einer geplanten Bruttogeschossfläche von ca. 220 m² wird sowohl ein Versuchsbau als auch ein Prüfstand sein. Es soll in erster Linie dazu dienen, die langfristige Nutzbarkeit von Carbonbeton aus bautechnischer, statischer und bauphysikalischer Sicht zu untersuchen. Auch die Betriebs- und Unterhaltskosten sollen untersucht werden.
Wir finden das Projekt so spannend, dass wir ihm in den nächsten Wochen noch einen eigenen Artikel widmen werden.
*Quelle Wikipedia
