
DAS PRINZIP CARBONBETON
Carbonbeton ist ein Verbundwerkstoff aus zwei Hochleistungsmaterialien. Die innovative Kombination von Carbonfasern in Form von Gelegen oder Stäben mit Feinbeton ermöglicht eine deutlich formvielfältigere Bauweise bei gleichzeitiger hoher Tragfähigkeit. Aufgrund der Korrosionsbeständigkeit der Gelege und Stäbe kann die Betondeckung und damit der Ressourceneinsatz auf ein Minimum reduziert werden. Mit Carbonbeton kann nachhaltig, ressourcenschonend, weniger materialintensiv und leichter gebaut werden.
Fotos © Ansgar Pudenz, DZP 2016 (Gelege); CARBOCON (Stäbe)
Stahlbeton vs. Carbonbeton –
eine nachhaltige Alternative
Der Einsatz von Stahlbeton als tragender Baustoff hat seit dessen Einführung sehr bedeutende Bauwerke und gleichzeitig eine sehr schnelle und robuste Bauweise ermöglicht. Die Lebensdauer von Stahlbetonkonstruktionen bleibt allerdings aufgrund der Korrosionsanfälligkeit weit hinter den früheren Erwartungen zurück. Viele Bauwerke werden kaum mehr älter als die Menschen, die diese nutzen. Mit über 100 Millionen verbauten Kubikmetern im Jahr ist Stahlbeton der wichtigste Baustoff Deutschlands.

Der Einsatz von Beton als das weltweit am häufigsten verwendete Baumaterial nach Wasser, führt seit jeher zu einem hohen Verbrauch an Rohstoffen und Energie. Zudem unterliegt der Stahl enormen Preisschwankungen aufgrund von vielseitigen Einsatzmöglichkeiten im Bauwesen und anderen Branchen.
Genau hier setzt Carbonbeton an. Der Gesamtverbrauch an Materialien wird reduziert und Stahl durch Carbon ersetzt. Da Carbon nicht rostet, spart man den Beton, der zum Schutz des Stahls vor Korrosion notwendig ist. Mit Carbonbeton kann nachhaltig, ressourcenschonend, weniger materialintensiv und leichter gebaut werden.
Flexibel und tragfähig zugleich –
Die Technologie dahinter
Der Vorteil liegt in den ca. 50.000 einzelnen Fasern begründet, die deutlich dünner sind als ein menschliches Haar. Diese Fasern werden zu einem Garn zusammengefasst und in einem Verfahren zu einer Gitterstruktur verarbeitet und beschichtet. Im Vergleich zu Stahl ist Carbon damit viermal leichter und sechsmal tragfähiger. Carbonbeton ermöglicht somit nicht nur wesentlich schlanker und filigraner neu zu bauen, sondern auch vor allem bestehende Bauwerke zu verstärken und instand zu setzen, die dann eine deutlich längere Lebensdauer aufweisen. Architektonisch können vielseitigste Gebäudegeometrien realisiert werden, die mit Stahlbeton nur schwer umsetzbar sind. „Leicht Bauen“ und „Beton“ sind kein Widerspruch mehr, sondern ein Konzept der Zukunft.
Die Ursprünge von Beton
Beton ist schon älter als 10.000 Jahre. Archäologische Funde legen dar, dass bereits vor 10.000 Jahren mit betonähnlichen Baustoffen gearbeitet wurde. Diese Baustoffe wurden an jahrtausendalten Gebäuden auf dem Gebiet der heutigen Türkei und an den Pyramiden in Ägypten gefunden. Die nächste Entwicklungsstufe stellt die Verwendung von Opus caementitium im alten Rom dar, wie er beispielsweise bei der Errichtung des Pantheons verwendet wurde.
Beton im Zeitalter der Industrialisierung
Eisenbeton seit Mitte des 19. Jhd. (1867 Patent durch Joseph Monier) zum Ausgleich der geringen Zugfestigkeit des Betons durch hohe Zugfestigkeit des Stahls.
Erkennbare Vorteile: nicht brennbar/hoher Feuerwiderstand; überall verfügbar, billig, kann in jede Form gebracht werden
Erkennbare Nachteile: weniger filigran und hohes Eigengewicht; Korrosion des Bewehrungsstahls und damit notwendige Betondeckung; Hoher Ressourcen- und Materialeinsatz
Einführung des Begriffs Stahlbeton
Um 1900 Entwicklung des Begriffs „Stahlbeton“ und um 1920 erste Versuche mit Spannbeton: Spannbeton bildet eine Erweiterung des Stahlbetons durch eine zusätzliche Längskraft, die durch die Vorspannung des Stahls vor dem Betonieren eingebracht wird. Diese Vorspannung ermöglicht bei gleicher Deckenhöhe größere Tragweiten bei Balken und Trägern aufgrund geringerer Verformungen.
Anfänge des Textilbetons
In den 90er Jahren arbeiten Dresdner Forscher erstmals an einem Verbundwerkstoff aus textilen Fasern und Hochleistungsbeton. Textilfaser ermöglicht eine Gewichtsreduktion infolge des Wegfalls der im Stahlbeton notwendigen Betondeckung zum Schutz des Stahls.
Maßgebende Grundlagenforschung
In den Jahren 1999 bis 2011 erfolgen unter Initiative und Federführung von Prof. Curbach und Prof. Hegger tiefgreifendere Forschungen des Textilbetons in zwei Sonderforschungsbereichen der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Dresden und Aachen. Ab 2000 werden sukzessive die Maßstäbe der Textilbetontechnologie aus Glasfaser durch den Einsatz neuer Materialien, wie Carbon und Basalt weiterentwickelt. Es erfolgt eine erste Zusammenfassung unter dem allgemeinen Begriff „Carbonbeton“.
Erste Pilotanwendungen in der Praxis
Im Jahr 2005 erfolgt die Planung, der Entwurf und der Bau der ersten Brücke aus Textilbeton im Rahmen der Landesgartenschau in Oschatz/Sachsen. 2006 erfolgt nach den Planungs- und Zulassungsprozessen die erste Sanierung mit Carbonbeton an einer Bestandskonstruktion – hier an der Hyparschale Schweinfurt.
Erste abZ und größtes Bauforschungsprojekt Deutschlands
Im Jahr 2013 genehmigt das DIBt auf Grundlage der jahrelangen Forschungsergebnisse und Pilotanwendungen die erste allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) für die Anwendung von Carbonbeton zur Verstärkung von Stahlbetonbauwerken. Im gleichen Jahr bewilligt das zuständige Ministerium der Bundesrepublik Deutschland das größte Bauforschungsprojekt der Bundesrepublik mit dem Ziel, die Anwendung von Carbonbeton in der Breite der Bauwirtschaft zu implementieren.
Gründung CARBOCON als Leitanbieter am Hotspot in Dresden
Ende 2014 erfolgt nach projektvorbereitender Phase die Gründung der CARBOCON GmbH als Transferdienstleister. Ziel ist es, das Wissen schnell, kompetent und professionell in die Baupraxis und Industrie zu überführen. Mehr als 160 Partner aus Industrie, Hochschullandschaft, Behörden und sonstigen Partnern bilden das Kompetenznetzwerk C³.
Zukunftspreis für Carbonbeton
Ende des Jahres 2016 verlieh Bundespräsident a. D. Joachim Gauck den Dresdner Carbonbeton-Forschern Prof. Manfred Curbach (Gesellschafter der CARBOCON GmbH), Prof. Chokri Cherif und Prof. Peter Offermann von der TU Dresden den Deutschen Zukunftspreis.
Carbonbeton heute
Im Jahr 2019 existieren in Deutschland, Österreich und der Schweiz mehrere Hotspots zur Weiterentwicklung der Technologie. Der Hotspot Dresden um CARBOCON ist maßgeblicher Treiber für die Innovationskraft im Marktumfeld.
Materialien
Bewehrung
Wer von Carbonbeton spricht, denkt unweigerlich an Carbon und Beton. Carbon ist dabei eines der typischen Materialien. Carbon ist aber bei weitem nicht das einzige Material. Es können z. B. auch Basalt- und Glasfaserbewehrungen zum Einsatz kommen. In welcher Form diese Materialien dann als Bewehrung einfließen, hängt stark vom Einsatzzweck und den technischen Rahmenbedingungen ab. Stabbewehrungen unterschiedlicher Dimension dürften den meisten Beteiligten in der Bauwirtschaft geläufig und bekannt sein. Bei Carbonbeton werden dagegen sehr leichte, aber hochleistungsfähige Stäbe aus Carbon oder anderen Materialien eingesetzt. Neben den Stäben kommen Gelege zum Einsatz. Diese Gelege sind unterschiedlich engmaschige und sehr dünne Netzstrukturen aus Fasersträngen, die in mehrstufigen Herstellverfahren als Rollen- oder Mattenware auf die Baustellen geliefert werden können.
Beton
Beton ist der am meisten eingesetzte Baustoff in den letzten 120 Jahren. Beton trug maßgeblich zur Erweiterung der Infrastruktur, der Stadt- und Industrieentwicklung bei und bildete damit die Basis für eine vielfältige und moderne Gesellschaft. Im Hochbau entwickelte sich eine eigene Architektursprache. Der innovative Carbonbeton knüpft an diese Entwicklung an. Mit Carbonbeton kann einerseits schlanker gebaut werden, andererseits können bestehende Stahlbetonkonstruktionen verstärkt und erhalten werden. In der Bauwerksverstärkung spielt die Verarbeitbarkeit und Spritzfähigkeit des Betons eine bedeutende Rolle. Hierfür wurde u. a. mit dem TF10 TUDALIT von PAGEL ein geeignetes Produkt entwickelt. Im Fertigteilbau kommen zudem andere Betone zum Einsatz. Aufgrund der Korrosionsbeständigkeit können textile Bewehrungen ohne die übliche Betondeckung eingebaut werden, was maßgeblich an Gewicht einspart.

Stäbe
Zum Einsatz kommen Stäbe aus Carbon, Basalt, Glas oder Materialkombinationen. CARBOCON entwickelt die Materialen mit den Partnern und Herstellern gemeinsam und bringt diese spezifisch bei Bauprojekten zur Anwendung. Stäbe aus carbonfaserverstärktem Kunststoff zählen dabei zu den Hochleistungsmaterialien und können bis zu 6-mal höhere Zugkräfte aufnehmen als vergleichbare Stahlstäbe.

Mattenbewehrung
50.000 einzelnen Carbonfaser werden in einem speziellen Herstellverfahren zu einem Garn zusammengefasst, einer Gitterstruktur verarbeitet und getränkt. Diese Gelege oder Matten kennzeichnen sich durch unterschiedlichste Eigenschaften in der Tragfähigkeit, Flexibilität, Verformbarkeit und auch Widerstandsfähigkeit gegen Temperaturen. CARBOCON wählt projektspezifisch stets die geeignetsten Materialien aus.

Feinbeton
Der Beton hat mehrere Funktionen beim Verbundwerkstoff Carbonbeton. Die Auswahl des passenden Betons ist daher wichtig. Ein Beispiel für eine spezielle Entwicklung und Anwendung bildet der TF10 TUDALIT von PAGEL (Korngröße 0-1mm). Dieser Feinbeton ist neben dem speziellen Gelege das zentrale Element zur Verstärkung mit Carbonbeton nach der vorhandenen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung.

Hybridanwendung
Der aktuelle Stand der Technik und die Erfordernisse der Brückentechnologie veranlassten die Entwickler und Ingenieure von CARBOCON auch hybride Anwendungen unterschiedlicher Bewehrungsformen in den Projekten zu planen. Eine Kombination aus den Gelegen/Matten und Stäben bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten, um für den Anwendungsfall das Optimum zu erreichen.
Fragen und Antworten
Was ist Feinbeton?
Feinbeton besitzt im Allgemeinen ein Größtkorn in einer Spanne von 1,0 bis 4,0 mm. Nach genormter Definition müssten alle Feinbetone mit einem Größtkorn kleiner gleich 4,0 mm als Mörtel bezeichnet werden. Im Zuge der Verbreitung von Carbonbeton wurde jedoch der Begriff Feinbeton geprägt, da dessen Eigenschaften meist einem Hochleistungsbeton entsprechen und somit der Begriff Feinbeton passender erschien.
Was ist Carbonbeton?
Carbonbeton ist ein Verbundwerkstoff bestehend aus einem (Fein)Beton und einer im Verbund liegenden nichtmetallischen Bewehrung, wie textile Gelege und Stäbe aus Carbon-, Glas-oder Basaltfaser.
Seit wann gibt es Carbonbeton?
In den 90er Jahren arbeiten Dresdner Forscher erstmals an einem Verbundwerkstoff aus textilen Fasern und Hochleistungsbeton. Textilfaser ermöglicht eine Gewichtsreduktion infolge des Wegfalls der im Stahlbeton notwendigen Betondeckung zum Schutz des Stahls.
Wer hat Carbonbeton erstmalig tiefergehend erforscht?
In Deutschland wurden in den Jahren 1999 bis 2011 unter Initiative und Federführung von Prof. Manfred Curbach, Prof. Peter Offermann, Prof. Chokri Cherif und Prof. Josef Hegger tiefgreifendere Forschungen des Textilbetons in zwei Sonderforschungsbereichen der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Dresden und Aachen durchgeführt.
Warum CARBOCON?
Die CARBOCON ist der führende Ansprechpartner, wenn es um die Planung, Entwicklung und Umsetzung von Projekten mit Carbonbeton geht. Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung auf dem Gebiet des Carbonbetons und unserem breiten Spektrum an Netzwerkpartnern können wir zusammen mit Ihnen jegliche Herausforderung professionell im direkten Auftragsverhältnis oder einer Partnerschaft meistern.
Wird Carbonbeton Stahlbeton ersetzen?
Nein, denn das ist nicht das Ziel des Carbonbetons. CARBOCON will den leistungsfähigen, innovativen und ressourcenschonenden Verbundwerkstoff entsprechend seines Potentials und seiner Vorteile in der Baubranche etablieren. Das aktuelle Ziel ist, in naher Zukunft 20 % des Stahlbetons durch Carbonbeton zu ersetzen.
Was sind die Vorteile von Carbonbeton gegenüber Stahlbeton?
Carbon hat mehrere Vorteile gegenüber Stahl. Neben der Korrosionsbeständigkeit sind es vor allem die geringere Dichte und höhere Tragfähigkeit, die Carbon in seiner Gesamtheit deutlich leistungsfähiger machen als Stahl. Weil Carbon nicht korrodiert, sind auch die Bauteile aus Carbonbeton deutlich langlebiger bei gleichzeitig schlankerer Bauweise. Da die Betondeckung für den Korrosionsschutz nicht mehr benötigt wird, ergeben sich zugleich hohe Einsparpotenziale an Materialien und Ressourcen.
Was sind Anwendungsbereiche für Carbonbeton?
Carbonbeton lässt sich in den unterschiedlichsten Bereichen des Bauwesens, wie Neubau, Verstärkung und Sanierung einsetzen. Projekte im Brückenbau, Hochbau und Fertigteilbau wurden bereits realisiert. Bei der Sanierung ist beispielsweise die Verstärkung von Silos, Brücken, Kanalbauten, historischen und denkmalgeschützten Bauwerken zu nennen.
Was ist der Unterschied zwischen Stahl- und Carbonbeton?
Der Hauptunterschied liegt in einem leistungsfähigeren und korrosionsbeständigeren Bewehrungsmaterial, welches leichtere, filigranere und tragfähigere Konstruktionen und eine neue Formvielfalt ermöglichen.
Wie wird aus Carbonfasern ein Gelege/Bewehrungsmatte hergestellt?
Bis zu 50.000 Carbonfasern werden in einem Garn zusammengefasst und im Anschluss daran in einem Verfahren zu einer Gitterstruktur verarbeitet und getränkt. Dabei sind sowohl Lege- als auch Kettwirktechniken möglich.
Wie wird Carbonbeton hergestellt und gibt es Unterschiede zu Stahlbeton?
Carbonbeton kann wie Stahlbeton mittels klassischer Gieß- oder Spritzverfahren hergestellt werden. Die Anwendung eines händischen Laminierverfahrens ist ebenso möglich. Aufgrund der geringeren Querschnittsabmessungen kann bei Verstärkungsmaßnahmen mit Carbonbeton mit kleineren Gerätschaften gearbeitet werden.
Wie teuer ist Carbonbeton im Vergleich zu Stahlbeton?
Die leistungsfähigeren Ausgangstoffe (z. B. Carbon, Glas, Feinbeton) sind im Vergleich zum konventionellen Stahlbeton preisintensiver. Aufgrund der vielen Vorteile (Nachhaltigkeit, Ressourceneinsparung, dünnere Querschnittsabmessungen, effizientere Prozessabläufe und geringe Transportkosten) sind Lösungen aus Carbonbeton im gesamten Wertschöpfungsprozess schon jetzt mehr als konkurrenzfähig. Zusätzlich können durch das Konstruktionsprinzip mit Carbonbeton Anwendungsfelder erschlossen werden, die bisher mit Stahlbeton nicht umsetzbar waren.
Wie groß ist die Einsparung von Ressourcen und Materialien beim Einsatz von Carbonbeton?
Je nach Anwendungsfeld und Anforderungen sind Material- und Ressourcenersparnisse von bis zu 80 % möglich.
Gibt es Verfahren zum Recycling von Carbonbeton?
Eine Trennung der beiden Grundkomponenten Carbon und Beton gelang sehr frühzeitig im Entwicklungsprozess der Technologie. Später erfolgten große Pilotuntersuchungen, die den Recycling-Fall simulierten. Das recycelte Carbon wird anschließend den gleichen Prozessen zugeführt, die in der Luftfahrt, Automobil- und Sportartikelindustrie bekannt sind. Der Recyclingprozess des Betons erfolgt dann ähnlich, wie er schon bei Stahlbeton etabliert ist.
Welche Zukunft hat Carbonbeton?
Carbonbeton ist die Zukunft im Bauwesen. Die immer knapper werdenden Ressourcen, die Korrosion von Stahlbewehrung und deren Folgen im Stahlbetonbau bieten ein großes Einsatzfeld für Carbonbeton. Ob und inwieweit Carbonbeton den Stahlbeton ersetzen kann, wird sich in der Zukunft zeigen.
Wo in Deutschland wurde Carbon- oder Textilbeton angewendet?
Bei einer Vielzahl an Projektanwendungen konnte erfolgreich der Einsatz der innovativen Technologie gezeigt werden. CARBOCON arbeitet derzeit an vielen Bauprojekten und plant zum Beispiel die Sanierung und Verstärkung von Brückenbauwerken im Bestand. Zudem sind Entwicklungsprojekte mit Industriepartnern unterschiedlicher Art in der Bearbeitung. Nähere Informationen sind unter dem Punkt Referenzen CARBOCON einsehbar.
Mit dem Team der CARBOCON stehen wir zudem als zentraler Ansprechpartner mit interdisziplinären Kompetenzen zur Verfügung. Verbunden mit unserem Spektrum an Dienstleistungen können wir uns damit verschiedenen Kunden mit differenziertem Anforderungsprofil widmen.
CARBOCON begleitet die Projekte dann von der ersten Analyse bis hin zur späteren Anwendung. Das Spektrum an Projekten reicht von der ganzheitlichen Beratung, wenn es um strategische, operative und technische Grundsatzfragen beim Einsatz von Carbonbeton geht, bis hin zur „klassischen“ Planung bei der Verstärkung von Brücken und anderen Bauwerken mit Carbonbeton.
Was können wir für Sie tun?
Rufen Sie uns an. +49 351 48205 500