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Es ist soweit, Carbonbeton erobert den WHG-Bereich und wir sind sicher, dass diese Innovation durch die perfekten Eigenschaften unverzichtbar für den Industriebau sein wird!
Wir, die Firma Hans Graf Bauunternehmungen, die Technische Universität Dresden und die Firma CARBOCON, haben uns zusammengeschlossen, um die perfekten Eigenscahften von Carbonbeton in der Industrie anwenden zu können.
Carbonbeton kann im WHG-Bereich alles was ein konventioneller WHG-Beton kann, hat aber wesentlich bessere Eigenschaften.
Für den Verbundwerkstoff „Carbon- oder Textilbeton“ wird anstelle von Stahlbewehrung eine Bewehrung aus Carbon- oder alkaliresistenten Glasfasern verwendet. Im Zusammenspiel mit UHPC (ultra-high-perfomance-concrete), also innovativen feinkörnigen Hochleistungsbetonen ergeben sich neue oder verbesserte Anwendungsmöglichkeiten im Vergleich zum Stahlbeton. Durch flexible Gelege werden neue Bauteilgeometrien ermöglicht.
In Verbindung mit der Verwendung der neuartigen Gelege und Stäbe lässt sich je nach Anforderung ein Großteil des Materials im Vergleich zum Stahlbeton einsparen. Dies bringt große Vorteile im Bereich zum Beispiel von Fassadenbau oder Bauwerkssanierungen. Eine Stahlbetonfassade, die aufgrund der Bewehrungsüberdeckung eine Dicke von 12 cm und größer benötigt, ist jetzt mit Textilbeton in 3 cm ausführbar. Brücken, die aufgrund Ihrer Schäden und nicht zu erhöhenden Tragkraft vor dem Abriss standen, wurden bereits erfolgreich mit Carbonbeton saniert, bei reduzierten Schichtdicken und einer nachhaltigen Weiterverwendung des Bestands!
Carbonbeton kann Stahlbeton zukünftig bei vielen Anwendungen ersetzen. Aufgrund der nur noch minimalen Betonüberdeckung der Bewehrung bedeutet dies ein immenses Einsparen von Bauteilkubaturen. Es wird weniger Zement, Zuschlag, Wasser, Additive benötigt. Die notwendigen Transport- und Montagekapazitäten werden reduziert. Zudem erwartet man aufgrund der ausbleibenden Bewehrungskorrosion eine erhöhte Lebensdauer für Bauteile aus Carbon- und Textilbeton. Somit werden auf direktem und indirektem Wege Ressourcen geschont und u.a. der CO²-Ausstausch deutlich reduziert.
Über viele Jahre und Jahrzente hat die Fa. Hans Graf Bauunternehmung wertvolle Erfahrungswerte beim Betonbau im Bereich von LAU-Anlagen sammeln können. Die Ausführung nach der Richtlinie des DAfStb (Deutscher Ausschuss für Stahlbeton) „Betonbau beim Umgang mit wassergefährdenden Stoffen“ gehört zum Tagesgeschäft, mit allen dazu gehörigen Qualifikationen und Qualitätsnachweisen.
Wir und unsere Projektpartner CARBOCON und TU Dresden sind uns sicher, dass sich die Vorteile der Carbon- und Textilbetontechnologie auf den Anwendungsbereich der Betonflächen, vor allem der Sanierungsflächen transferieren lassen. Wir möchten „Bauen neu denken“!
Zitat:Erich Fried
ist eines der am häufigsten verwendeten Baumaterialien weltweit. Man bezeichnet ihn sogar als „Jahrhundertbaustoff“. Er ist fast überall verfügbar und bietet durch die Kombination zweier unterschiedlicher Materialien deren Vorteile:
Hohe Druckfestigkeit und Beständigkeit gegen äußere Einflüsse des Betons sowie hohe Zugfestigkeiten des Stahls.
Allerdings birgt der Stahl in der Kombination die Schwachstelle der Bewehrungskorrosion und damit verbundene fortschreitende Schädigung des Bauteils, sobald dieser Prozess eingesetzt hat.
Zudem entstehen auf dieser Grundlage „schwere“ Bauteile und die Herstellung ist energie- und ressourcenintensiv!
– Stahlbetondichtflächen nach FD-Beton RiLi des DafStb aus Beton C30/37 oder höherwertig d>= 20cm ein- oder zweilagig mit Bewehrung BST 500 S/M (evtl. Listenmatten) bewehrt, auf Sauberkeitsschicht C20/25 mit d=10 cm, dazwischen Trennlage aus PE-Folie d=0,3 mm zweilagig als Gleitschicht oder Bitumenschweißbahn mit Klebeband verklebt; alle Durchdringungen sind zu trennen, alle Fugen sind abzudichten, Fugenraster in Stb-Flächen ca. 6 x 6 m.
Wir sehen die innovative Alternative Carbonbeton als anwendbar im Bereich von WHG-Dichtflächen, vor allem für den Instandsetzungsbereich an. Ob befahrene oder nicht befahrene Bereiche, die weiterentwickelten UHPC-Betone in Verbindung mit den leistungsstarken Carbon- oder AR-Bewehrungen bringen ausreichende Standsicherheiten bei kleinerer Bauteildicke. Die Herausforderung besteht in den Nachweisen der Dichtheit nach den gesetzlichen Vorgaben der awsV und des WHG. Die Betone bewegen sich zurzeit ausserhalb einer DIN- oder EN-Normung.
Für die Bauvorhaben werden „Zustimmungen im Einzelfall“ bei der Baubehörde eingeholt.
Über eine FDE-Prüfung für ein konkretes Projekt sehen wir aber sehr wohl die Möglichkeit den innovativen Verbundbaustoff zeitnah für Ihre individuelle Problemstellung in den Einsatz bringen zu können.
Mit der Unterstützung aus Forschung und Wissenschaft, sowie unseren Erfahrungswerten bereiten wir aktuell die Herstellung einer Probefläche für die beschriebene Problemstellung vor. Wir werden Sie auf dieser Seite darüber auf dem Laufenden halten. Die Abstimmung der Betonrezepturen läuft momentan in die Endphase.
Die Hauptvorteile die wir in dieser Bauweise sehen sind massive Einsparungen an Material (Beton und Stahl) damit verbundene Ressourcen- und CO²-Einsparung. Durch die kleinere Bauteilkubatur stehen gerade in der Instandsetzung größere Auffangvolumen der Auffangwannen und -tassen zur Verfügung. Hier können wenige cm Aufbauhöhe entscheidend sein. Zusätzliche Schichtdicken erfordern ggf. eine Erhöhung der Wände oder des Walls.
Ein weiteres entscheidendes Kriterium dürften die möglichen größeren Fugenraster sein. Wichtig bleibt, dass die Dichtschicht aus Carbonbeton vom restlichen Aufbau entkoppelt bleibt. Somit muss die Konstruktion „gleitend“, sowie an allen Durchdringungen getrennt ausgeführt werden.
Das Fugenraster für Stahlbetonflächen von 6 x 6 m aufgrund von Zwangsbeanspruchung vor allem aus Temperatur kann nach unserem Dafürhalten deutlich vergrößert werden. Fugen sind wartungsintensiv und jeder ersparte Meter fuge spart langfristig Aufwand und Geld.
Zuletzt erwarten wir durch ausbleibende Bewehrungskorrosion infolge Karbonatisierung eine deutlich höhere Lebenserwartung der Bauteile. Der sehr gefügedichte UHPC verhindert obendrein besser als ein herkömmlicher Stahlbeton das Eindringen von Feuchte und Schadstoffen.
1.)Gesetz zur Ordnung des Wassehaushalts (Wasserhaushaltsgesetz-WHG)
§62 Anforderungen an den Umgang mit wassergefährdenen Stoffen
2.) Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen und über Fachbetriebe (VAwS)
Auszug aus 2.)
§ 3 Anforderungen: (2) Anlagen müssen so beschaffen sein und betrieben werden, dass
1. Wassergefährdende Stoffe nicht austreten können; Anlagen müssen dicht, standsicher und gegen die zu erwartenden mechanischen, thermischen und chemischen Einflüsse hinreichend widerstandsfähig sein.
CARBOCON ist der führende Dienstleister rund um das Thema Carbonbeton. Zu unserem Service gehören das Projektmanagement, die Planung und die Beratung bei Bauprojekten, der Transfer von Innovationen in die Wirtschaft, die Entwicklung und Zulassung innovativer und technischer Lösungen mit Carbonbeton sowie die Patentverwertung. Als Unternehmen der TUDAG-Gruppe bündelt das Team der CARBOCON für seine Auftraggeber Kompetenzen und bietet zusammen mit passenden Experten und Partnern die besten Lösungen mit Carbonbeton an.
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„Die Technische Universität Dresden (TUD) ist mit rund 32.000 Studierenden, etwa 600 Professoren sowie rund 8.300 Beschäftigten aus 70 Ländern die größte Universität des Freistaates Sachsen. Sie befindet sich mit drei Standorten in Dresden sowie mit mehreren kleineren Nebenstellen im Umland der Stadt. Zusammen mit acht anderen Universitäten für technische Studiengänge gründete sie 2006 die TU9 und ist dort das einzige Mitglied aus den neuen Bundesländern. Mit 124 Studiengängen (Stand März 2021) und 17 Fakultäten hat sie eines der breitesten Fächerspektren in Deutschland und zählt sich mit diesen zu den Volluniversitäten. Für das Wintersemester 2020/2021 wurden 7.339 Studierende für das Erstsemester immatrikuliert. Ab der dritten Runde der Exzellenzinitiative wurden an der TU Dresden zwei Exzellenzcluster und ein Graduiertenkolleg gefördert. Außerdem gewann die TU Dresden mit ihrem Zukunftskonzept „Die Synergetische Universität“ in der größten Förderlinie, die für die Gesamtstrukturen der Universitäten vorgesehen ist. Damit zählte sie zu den elf in den Medien so genannten Elite- bzw. Exzellenzuniversitäten. Im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder, deren Förderungsphase im Herbst 2019 begann, war die Universität mit drei geförderten Exzellenzclustern erfolgreich und setzte sich zudem als eine von elf Universitäten in der Förderlinie Exzellenzuniversitäten durch.“
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Carbonbeton ist ein Verbundwerkstoff aus zwei Hochleistungsmaterialien. Es ist die innovative Kombination aus Carbonfasern in Form von Gelegen oder Stäben mit einem höherfesten Beton.
Carbonbeton ermöglicht vielfältige Formen der Bauweise bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit. Durch die Zugfestigkeit von über 3.000 N/mm² der Carbonfasern sind diese sechsmal effektiver als Stahl. Die Gelege und Stäbe aus Carbonfasern sind außerdem korrosionsbeständig, so dass die Betondeckung reduziert werden kann und die Bauteile somit nachhaltig dauerhaft sind. Da der Einsatz von Beton als das weltweit am häufigsten verwendete Baumaterial nach Wasser zu einem hohen Verbrauch an Rohstoffen und Energie führt, heißt der Einsatz von Carbonbeton: Reduzierung des Gesamtverbrauches an Materialien auf Grund der hohen Festigkeit und Dauerhaftigkeit sowie Reduzierung des durch die Zementherstellung hohen CO2-Ausstoßes.
Mit Carbonbeton kann also nachhaltig, ressourcenschonend, leichte und langlebig gebaut werden.
Der Vorteil von Carbonbeton liegt in den ca. 50.000 einzelnen Carbonfasern begründet, die deutlich dünner sind als ein menschliches Haar. Diese Fasern werden zu einem Garn zusammengefasst und dann zu einer Gitterstruktur verarbeitet und beschichtet. Im Vergleich zu Stahl ist Carbon des Weiteren viermal leichter und erlaubt so ein schnelleres und effizienteres Bauen. Vor allem bestehende Bauwerke können dadurch wirtschaftlich verstärkt und instandgesetzt werden und besitzen dann eine deutlich längere Lebensdauer.
Carbonbeton ist eine alternative Weiterentwicklung des Stahlbetons. Stahlbeton ist seit vielen Jahren das am häufigsten verwendete Baumaterial, das in Wohn- und Geschäftshäusern, Fabriken, Brücken, Tunneln, Türmen und Masten zum Einsatz kommt. Der Verbundwerkstoff, bei dem gerippte Stahlstäbe in einen Betonmantel eingezogen sind, zeichnet sich durch eine hohe Stabilität aus, da er die Druckfestigkeit von Beton mit der Zugfestigkeit von Stahl kombiniert. Doch er hat auch Nachteile: Die Herstellung verschlingt viel Energie und trägt so zu einem hohen Anteil der Bauindustrie an den klimaschädlichen CO2-Emissionen bei. Zudem werden Stahlbetonbauwerke zunehmend zum Sicherheitsrisiko: Da der Stahl von Korrosion bedroht ist, haben die Bauten eine begrenzte Lebensdauer von rund 40 bis 80 Jahren. Deshalb müssen unter anderem viele der rund 120.000 Brücken in Deutschland in den nächsten Jahren instandgesetzt werden. Das verursacht etliche Milliarden Euro an Kosten. Der alternative Einsatz von Carbonbeton könnte, vor allem bei der Verstärkung und der Sanierung von Betonbauwerken, teure Reparaturen künftig weitgehend vermeiden.
Die intensive Forschung zu diesem alternativen Baumaterial wurde in den Jahren 1999 – 2011 mit der Erforschung von Textilbeton in zwei Sonderforschungsbereichen (SFB), die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert worden sind und die Textilbetonforschung maßgeblich beeinflusst und vorangebracht habe, begonnen: dem SFB 528 an der TU Dresden und dem SFB 532 in Aachen. Seinerzeit wurden vorrangig mattenartige Bewehrungsstrukturen aus AR-Glas, vereinzelt auch schon Carbon angewendet. Die mattenartigen Strukturen, auch Gelege genannt, wurden schließlich weiter erforscht und mit dem C³-Projekt (C³ – Carbon Concrete Composite – https://www.bauen-neu-denken.de/), dem größten Bauforschungsprojekt Deutschlands, weitergeführt. Erst mit dem C³-Projekt wurde vorrangig Carbon als Bewehrungsmaterial verwendet und der Begriff „Carbonbeton“ geprägt. Unter diesem Begriff werden neben den bereits bekannten Carbongelegen auch Bewehrungsstäbe aus Carbonfasern verstanden. Das C³-Projekt startete im Jahr 2014 und wird Ende 2021 seinen Abschluss finden. Am C³-Projekt sind rund 140 Institute und Unternehmen beteiligt und es wird mit 45 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert. Konsortialführer ist die TU Dresden, der Vorsitzende ist Prof. Manfred Curbach. Die Forscher ebnen Carbonbeton den Weg in den Markt und legen die Basis für einen breiten Einsatz in der Baubranche. Der Höhepunkt des Projektes wird der Bau des weltweit ersten Hauses aus Carbonbeton – dem CUBE – sein.
Neben Prof. Manfred Curbach sind auch Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Offermann und Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherif als Initiatoren für die Erforschung von Textilbeton zu nennen. Die drei Forscher haben für ihr Engagement und ihren Einsatz für Carbonbeton 2016 den Deutschen Zukunftspreis erhalten. Verliehen hat den Preis seinerzeit Bundespräsident Joachim Gauck.
© Bildschoen
Carbonbeton lässt sich zur Instandsetzung und Rettung baulich bedrohter Häuser, Brücken oder Betonflächen verwenden. Durch Aufbringen einer dünnen Schicht Carbonbeton als Verstärkung konnte die Lebensdauer von Geschäftsgebäuden und Brücken deutlich verlängert werden. Bei Neubauten zählen die geringere Größe und das niedrigere Gewicht von Betonbauteilen mit Carbon: So sind Fassadenplatten, die aus Stahlbeton acht Zentimeter dick wären, mit Carbonbeton nur noch zwei Zentimeter dünn. Das reduziert die Herstellungs-, Transport- und Montagekosten. Da deutlich weniger Material benötigt wird, sind die Werkstoffkosten von Carbon bezogen auf die Leistung mit denen von Stahl vergleichbar. Module aus Carbonbeton können überdies mit Zusatzfunktionen wie Dämmen, Heizen oder Überwachen ausgestattet werden, wodurch von Anfang an eine „intelligente Vernetzung“ in Gebäude oder Brücken gelingen kann.
„Durch unser aktuelles Projekt möchten wir die Einsatzfähigkeit von Carbonbeton auch für den Bereich von LAU-Anlagen im Industriebau prüfen und unter Beweis stellen, um ein weiteres breit gefächertes Anwendungsgebiet zu erschließen. Durch die Applikation dieses innovativen Ansatzes möchten wir aktiv dazu beitragen, auch im Industriebau ressourcenschonender Bauen zu können!“
Carbonbeton ist für die Betonfertigteilindustrie seit einigen Jahren sehr attraktiv. Die Carbonbewehrungen verfügen über deutlich leistungsfähigere mechanische Eigenschaften im Vergleich zur Bewehrung aus Baustahl und erfordern aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit eine geringere Betondeckung und erlauben dadurch schlanke, materialeffiziente Bauteile.
Das Interesse der Betonfertigteilhersteller an diesem Material zeigt sich in der zunehmenden Verwendung und Entwicklung neuer Carbonbeton-Elemente in den letzten Jahren. So wurden bereits zahlreiche Zulassungen in Deutschland erlangt (z. B. Sandwich-Wandsysteme). Von Fassaden über Fußgängerbrücken bis hin zu Garagen schreitet der Einsatz von Carbonbeton in der Branche rasch voran. Die große Revolution findet in einem Paradigmenwechseln statt: Dank der Carbonbewehrung kann Beton heute leicht und korrosionsbeständig sein.
Im Fertigteilbau spielt das Transportgewicht der Bauteile eine entscheidende Rolle. Die Schlankheit und Leichtigkeit der produzierten Elemente erleichtert nicht nur die Handhabung und Montage, sondern es können heute bei gleicher Transportlast mehr Elemente transportiert werden.
Dies führt zu großen wirtschaftlichen Einsparungen beim Transport. Die Leichtigkeit wird erreicht, indem die Menge der Betondeckung reduziert wird, da die Carbonfasern nicht rosten und nur eine minimale Betondeckung erforderlich ist. Diese Ressourceneinsparung ist nicht nur nachhaltig, sondern auch sehr profitabel für die Hersteller von Betonfertigteilen, da sie die Kosten pro produziertem Element deutlich reduziert. Durch sinnvolle Tragstrukturen können dabei bis zu 80 % an Beton eingespart werden.
Es gibt weitere Faktoren, die großes Interesse an dem Material wecken: Die hohe Korrosionsbeständigkeit der Bewehrung und die kleine Rissbildung des Materials ist für Unternehmen und Industrie, die mit chemischen und korrosiven Elementen arbeiten, sehr vielversprechend. Carbonbetonplatten wurden dabei bereits erfolgreich für Parkhausplatten hergestellt, die einer hohen Beanspruchung durch chemische Stoffe widerstehen und damit eine längere Lebensdauer aufweisen.
Carbonbeton bietet Architekten und Designern durch seine einfache Herstellbarkeit von stabilen und dünnen Elementen mit gebogenen Formen einen neuen Anwendungsbereich (u. a. Gartenmöbel).
Der materialschonende, dauerhafte und hochfeste Carbonbeton bietet vor allem im Bereich der Fertigteilindustrie neue Anwendungsmöglichkeiten. Das Team der CARBOCON hat dabei in den letzten Jahren zusammen mit Herstellern mehrere allgemein bauaufsichtliche Zulassungen begleitet und vorangetrieben.
In jüngerer Vergangenheit gibt es eine ganze Reihe von Pilotprojekten und Bauwerken mit besonderer Bedeutung, die umgesetzt wurden und die als repräsentativ für die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten von Carbonbeton in der Verstärkung angesehen werden können
Eine weitere innovative Lösung ist auch die Sanierung und Verstärkung von denkmalgeschützten Bauwerken durch Carbonbeton In den meisten Fällen müssen filigrane Tragstrukturen fachgerecht saniert werden, ohne wesentlich in die bestehende Substanz der Bauwerke einzugreifen. Da Carbon nicht rostet, benötigt man nur einen minimalen Einsatz von Beton, um die Bewehrung zu ummanteln. So reichen wenige Millimeter dünne Carbonbetonschichten aus, um die Tragfähigkeit eines Bestandsbauwerks wiederherzustellen. Ebenso konnten bereits erste Industrieböden und Stellflächen in Parkhäusern mittels einer dünnen Carbonbetonschicht erfolgreich saniert werden. Durch die feinmaschige Struktur der Gelege kommt es nur zu dünnen Haarrissen, welche die zu verstärkende Betonoberfläche abdichten und ein Eindringen von aggressiven Medien verhindern.
© filmaton
Die Abbildung zeigt beispielhaft den Betonbedarf einer konventionellen Verstärkung mit Spritzbeton und eine Variante mit Carbonbeton. Neben der deutlichen Materialeinsparung, welche bis zu 80 % betragen kann, werden beim Carbonbeton nur geringe Zusatzlasten in die Bestandskonstruktion eingetragen. Durch den geringeren Materialbedarf beim Verstärken mit Carbonbeton können des Weiteren über 60 % an C02-Emission im Vergleich zur konventionellen Spritzbetonverstärkung eingespart werden.
Das Verstärken von Stahlbetonbauteilen mit Carbonbeton ist seit 2014 in der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung für den Hochbau geregelt. Im Hochbau z. B. können mit Hilfe dieser Zulassung Bestandsdecken bemessen und mit Carbonbeton verstärkt werden. Abhängig von der statisch erforderlichen Lagenzahl der Verstärkung sind Schichtstärken zwischen 10 bis 20 mm üblich. Durch den minimalinvasiven Eingriff werden nur sehr geringe Zusatzlasten infolge von Eigengewicht in den Bestand gebracht, wodurch viele Bestandsbauwerke vor dem Abriss gerettet werden können.
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