Carbonfasern auf dem Weg zum „Stahl des 21. Jahrhunderts“

02.04.2014 PM

Marode Brücken, sanierungsbedürftige Gebäude, betagte Optik: Der oft mangelhafte Bauzustand nicht nur von Schulen, Bahnhöfen oder Schwimmbädern macht Deutschland zum bautechnischen Pflegefall. Wetter und Zeit nagen unerbittlich am Stahlbeton, bis dieser rostet, bröckelt, reißt und das ganze Bauelement instabil wird. Bei der Suche nach Alternativen für Neubau, Sanierung und Instandhaltung richtet sich der Blick auf eine Branche, die mit ihren innovativen Carbonfaserverbund-Materialien bereits im Flugzeug- und Automobilbau für besondere Leichtig- und Festigkeit sorgt: die Textilindustrie.

Glas- und Carbonfaserverbundstoffe im Textilbeton haben das Potenzial, den Hoch-, Tief und Brückenbau zu revolutionieren. Wird für die Betonbewehrung statt Stahl ein in Kunststoff ausgehärtetes Textilgelege eingebracht, entsteht ein neuer, nicht korrosionsanfälliger Baustoff mit Zukunftspotenzial. Das Problem: Der in Deutschland entwickelte Textilbeton — bisher nur prototypisch beim Neubau einiger Brücken bzw. in neuartigen Leichtbaufassaden zum Einsatz kommend angewandt — ist (noch) teuer. Noch fehlen standardisierte Prüfverfahren und vor allem speziell für Carbonbeton die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung, die im Frühjahr 2014 erwartet wird.

Alle Akteure sind optimistisch: Der Bund fördert die Technologie mit weiteren Millionen, Forschung und Baupraxis geben mit überzeugenden Referenzbauten wie der Sanierung von sonst unrettbar verlorenen Denkmälern, der Verstärkung eines Tonnendaches beim Finanzamt in Zwickau oder der Instandsetzung eines Zuckersilos in Uelzen zur hochreinen Lagerung von Lebensmitteln weitere Steilvorlagen aus der Nische heraus.

„Die deutsche Textilforschung ist technologisch weltweit führend, steht aber immer wieder vor dem Problem, dass das Anwendungspotenzial innovativer technischer Textilien kaum bekannt ist — auch im Baubereich. Der Einsatz von Hightech-Fasern dort ist in den letzten Jahren spürbar in den Fokus unserer Forschung gerückt“, erklärt Dr. Klaus Jansen vom Forschungskuratorium Textil als Dachorganisation für 16 Textilforschungsinstitute. Carbonfasern, erklärt Jansen, haben das Potenzial, zum „Stahl des 21. Jahrhunderts“ zu werden. Doch auch in diesem Fall ist aller Anfang eben nicht nur schwer, sondern vor allem langwierig.

Deutschland nimmt eine Pionierrolle ein

Bereits 1992 hatte die TU Dresden als eine der ersten Universitäten in Deutschland ein BMWi-gefördertes Projekt zum Thema Textilbeton angeschoben; nachdem es dazu schon in den 80er Jahren Vorarbeiten in der Vorgängereinrichtung des heutigen Sächsischen Textilforschungsinstitut Chemnitz gegeben hatte. Es folgten zwei Jahrzehnte der Forschung und Entwicklung sowie die modellhafte Anwendung textilbasierter Systeme durch Unternehmen. 2011 schloss die Textilforschung zwei durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte und für die Branche wichtige Sonderforschungsprojekte ab: „Textile Bewehrung zur bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung" (TU Dresden) und "Textilbewehrter Beton — Grundlagen für die Entwicklung einer neuen Technologie" (RWTH Aachen). Im Ergebnis konnte gemeinsam mit der Industrie schrittweise die wissenschaftliche Basis für eine wirtschaftliche Nutzung textiler Bewehrungen entwickelt werden. Doch einer der Väter von Textilbeton, Prof. Peter Offermann, Vorstandsvorsitzender des Textilbetonverbandes TUDALIT e. V., weiß: „Für den Durchbruch des Textilbetons braucht es auch und vor allem visionäre Unternehmer.“ Denn obwohl die Bundesrepublik bei dem Thema international eine Pionierrolle einnimmt, verzögert sich die wirtschaftliche Umsetzung textilbewehrter Systeme in ähnlichem Maße wie so manches Großprojekt in Berlin und Stuttgart. Der Grund ist simpel: Stahl und Beton sind Standard und funktionieren einfach. Warum also auf ein bewährtes Materialduo verzichten, das zudem noch eigenes Potenzial hat? Ein Grund, nach Alternativen zu suchen, liegt in der höheren Lebensdauer carbonbasierter Textilbetone. Im Gegensatz zum klassischen Baustoff-Geschwisterpaar sind sie auf Dauer korrosionsbeständig und damit nicht anfällig gegenüber eindringender Feuchtigkeit; aufwändige Sanierungs- sowie Instandhaltungsarbeiten entfallen.

Einzelfall-Zustimmung oder: Erst zerstören, dann bauen

Doch wirtschaftlich ist textilbasiertes Bauen bisher auch mangels standardisierter Testverfahren noch nicht. Soll etwa eine Brücke auf Grundlage von Hightech-Fasern errichtet werden, muss diese eine „Zustimmung im Einzelfall“ erhalten. Das bedeutet: Sie wird einmal vollständig aufgebaut, dann bis zur Zerstörung tonnenschwer belastet, um mit den dabei ermittelten Zahlen schließlich die echte Brücke zu bauen. Über vereinzelte teure Referenzprojekte kommt damit kein wirtschaftlich handelndes Unternehmen hinaus. Doch die Hürden beginnen zu bröckeln.

TUDALIT-Verbandsgeschäftsführer Roy Thyroff sieht bei Zulassungsfragen mittlerweile klar erkennbare Signale für den verstärkten Einsatz von 2D- und 3D-Textilien als Betonbewehrung. Wer wie Deutschland in einer betontextilen Vorreiterrolle voranschreite, müsse als erster solche Schwierigkeiten wie Akzeptanzmangel oder Zulassungsprobleme überwinden und folglich auch die dazu passenden zerstörungsfreien Prüfmethoden entwickeln. Nachdem die erste allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für den Einsatz von Carbonbeton speziell für die Instandhaltung und Sanierung erteilt worden sei, könnten weitere notwendige Genehmigungen dann darauf aufsatteln und so den Weg für breite Anwendungen ebnen.

45 Mio. BMBF-Euro für Carbon am Bau

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) scheint von der Zukunftsfähigkeit des Materials Carbonbeton überzeugt. Im Rahmen der Initiative „Zwanzig20 — Partnerschaft für Innovation“ wurden Mitte 2013 für zehn Konsortien — Verbünde aus Forschungseinrichtungen und Unternehmen — aus den Neuen Bundesländern insgesamt 500 Mio. Euro Fördergelder bereitgestellt. 45 Mio. Euro erhält das Konsortium „C3 — Carbon Concrete Composite“, dessen 79 Verbundpartner aus verschiedenen Forschungs- und Wirtschaftsbereichen das Bauen und die Instandhaltung wirtschaftlicher, effizienter und ökologisch nachhaltiger gestalten wollen. „Wir wollen in den kommenden zehn Jahren bei Neubauten etwa 20 Prozent der Stahl- durch Carbon-Bewehrung ersetzen — damit streben wir einen echten Paradigmenwechsel im Bauwesen an“, gibt Konsortialführer Prof. Dr. Manfred Curbach (TU Dresden) das Ziel vor. Curbach ist zugleich zuversichtlich, jetzt bald Tempo aufnehmen zu können: Nach der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung „werden viele Verstärkungsmaßnahmen mit dem Material erfolgen können. Architekten und Ingenieuren steht damit eine planbare und problemlose Methode zur Verfügung, die sie kostengünstig anwenden können. Für unser Cluster wäre das ein riesiger Rückenwind, weil durch die Zulassung, zwar zunächst auf einem kleinen Gebiet, deutlich wird, dass wir auf dem richtigen Weg sind - das stimmt uns zuversichtlich, dass weitere Zulassungen erfolgen werden."


Weitere Details finden Sie auf www.textilforschung.de.

Kontakt:

Forschungskuratorium Textil e.V.
Geschäftsführer: Dr. Klaus Jansen
Reinhardtstraße 12-14, 10117 Berlin
Telefon: 030 726 220-0, E-Mail senden

PM zum Download: 2014-04-02_Carbonfaser-zum-Stahl-des-21.-Jahrhunderts.pdf