Materialien der Zukunft, Teil 4: Textilbeton bietet Architekten völlig neue Möglichkeiten Leichter bauen

„Wir gehen davon aus, dass wir demnächst die Genehmigung bekommen.“ Manfred Curbach, Professor für Massivbau Bremen.
07.01.2016, 00:00
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Leichter bauen
Von Petra Sigge

Beton – das steht für tragfähig und stabil und zugleich für klobig, schwer und wuchtig. Doch mit Beton lassen sich auch leichte, filigrane Strukturen bauen. Möglich wird das, wenn man das Stahlgeflecht im Sand-Zement-Gemisch durch grobmaschige Carbon- und Glasfasertextilien ersetzt. Das Ergebnis sind hochfeste Feinbetonschichten, die nur wenige Millimeter dick sind.

Anders als Stahlbeton, an dem die Zeit nagt, bis er bröckelt, reißt und der innen liegende Stahl rostet, ist Textilbeton witterungsbeständig. „Das ist ein entscheidender Vorteil beim Einsatz von Kohlenstoff- oder Glasfasern“, betont Stefan Simon, wissenschaftlicher Mitarbeiter beim Bremer Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM. Ein Vorteil, der sich laut Manfred Curbach, Professor für Massivbau an der Technischen Universität Dresden, in Jahren bemessen lässt: „Geht man derzeit davon aus, dass ein mit Stahlbeton errichtetes Gebäude im Schnitt 100 Jahre hält, könnten wir diesen Zeitraum durch den Einsatz von Carbonbeton glatt verdoppeln.“ Curbach ist Leiter des Konsortiums „C³ – Carbon Concrete Composite“. In ihm haben sich insgesamt 134 Firmen und Forschungseinrichtungen zusammengeschlossen, um das Material Carbonbeton zum Baustoff der Zukunft zu machen.

Dass das klappt, davon scheint auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung überzeugt und unterstützt das Projekt mit 45 Millionen Euro Fördergeld. Sein Ziel ist, das Bauen und die Instandhaltung wirtschaftlicher, effizienter und ökologisch nachhaltiger zu gestalten, sagt Curbach. Für ihn geht es um nicht weniger als einen „Paradigmenwechsel“ im Bauwesen. „Vielleicht ist das ja sogar eine Revolution.“

Derzeit werden fürs Bauen nach seinen Worten „unglaubliche Mengen an Ressourcen“ verbraucht – vor allem Sand. Der sei ein nicht nur von der Bauindustrie gefragter Stoff. So gefragt, dass er laut Curbach in einigen Teilen der Welt schon knapp wird. „So verschwinden weltweit durch den illegalen Sandabbau ganze Strände, sogar ganze Inseln.“ Ein Problem sei auch der Zement. Der sei zwar nicht knapp, aber sehr energieaufwendig in der Herstellung. „Je nach Statistik ist derzeit allein die Zementherstellung für drei bis sechs Prozent der globalen CO 2 -Emissionen verantwortlich.“ Das sei das Drei- bis Vierfache dessen, was etwa die Luftfahrt weltweit ausstoße. „Diese Emissionen könnten wir durch den Wechsel von Stahlbeton zu Carbonbeton um die Hälfte verringern“, sagt der Wissenschaftler.

Bis dieser weltweit flächendeckend eingeführt ist, wird es aber wohl noch 30 bis 50 Jahre dauern, schätzt Curbach. Um den neuen Baustoff in die Praxis zu überführen, sei noch einiges an Forschungsarbeit zu leisten. Noch fehlten zudem standardisierte Prüfverfahren und vor allem die allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen für Carbonbeton. „Wir arbeiten an den Verfahren und gehen davon aus, dass wir demnächst die Genehmigung von der Bauaufsicht bekommen“, hofft Curbach.

Für die Fertigung von Fassadenplatten liege bereits eine allgemeine Genehmigung vor. Obwohl Carbon deutlich teurer ist als Stahl rechne sich der Einsatz von Textilbeton, erklärt der Uniprofessor. Und das nicht nur wegen der längeren Haltbarkeit. „Normalerweise sind Platten aus Stahlbeton rund acht bis zehn Zentimeter dick und entsprechend schwer.“ Die neuen Platten aus Carbonbeton sind nur noch zwei Zentimeter dick und wiegen gerade mal ein Viertel. Wegen der geringeren Stärke sind für sie nicht nur erheblich weniger Sand und Zement erforderlich. Ihre Verwendung bedeutet auch einen Gewinn an Raumfläche bei der Erstellung der Gebäude. Die leichteren Formteile lassen sich zudem einfacher transportieren und benötigen dafür weniger aufwendige Haltekonstruktionen. „Das alles schlägt sich am Ende in geringeren Gesamtkosten nieder“, sagt Curbach.

Der Bremer Materialforscher Stefan Simon geht davon aus, dass ein nachträglich mit Fasern verstärkter Beton „in den nächsten fünf bis zehn Jahren ein Riesenthema wird“. Ein wichtiges Einsatzgebiet dafür sieht Simon in der Sanierung der vielen renovierungsbedürftigen Autobahnbrücken in Deutschland. Hier ließen sich womöglich etliche Brücken vor dem Abriss retten, indem man Kohlefasergewebe unter der Brücke verklebt und mit Beton verschalt. Der Aufwand und die Kosten sind deutlich geringer als ein sonst fälliger Neubau, sagt Simon. In Österreich und der Schweiz habe man damit bereits gute Erfahrungen gemacht.

In Instandsetzungen und Verstärkungen älterer Bauwerke sehen auch die Dresdner Experten einen wesentlichen Anwendungsbereich für Textilbeton. Im niedersächsischen Uelzen haben sie das schon ausprobiert. In einem riesigen Zuckersilo drohte die Betonumwandung zu bröckeln. Die Krümel hätten den Zucker verunreinigen können. Um das zu verhindern, sorgten die Dresdner für eine Innenverstärkung. Danach konnten dort wieder hochreine Lebensmittel gelagert werden.

Die leichte Verformbarkeit des flexiblen Carbongewebe bietet aber noch weitere Vorteile, sagt Curbach. Damit seien auch gekrümmte und zelt- oder schalenförmige Strukturen möglich. Zumal die Tragfähigkeit des Materials doppelt so hoch sei wie die von Stahlbeton. „Architekten sind begeistert über die neue Formensprache, die ihnen Carbonbeton ermöglicht“, meint der Wissenschaftler. „Sie können wesentlich freier bauen als bisher.“

Erste Erfahrungen sammelten die Dresdner mit der Sanierung des Dachs eines großen Hörsaals der Fachhochschule Schweinfurt. Bei der etwa 40 Meter überspannenden, geschwungenen Betonkonstruktion war die Tragfähigkeit nicht mehr gesichert. Eine nur 15 Millimeter dick aufgetragene, dreilagige Schicht aus Beton und Carbonfasern reichte, um sie wiederherzustellen.

Auch im Neubau gibt es bereits einige Vorzeigeprojekte. So die Fußgänger- und Radfahrerbrücke, die die beiden Stadthälften von Kempten im Allgäu miteinander verbindet. Das Bauwerk ist eine der längsten Textilbetonbrücken der Welt. Bei einer Ausdehnung von 17 Metern und einer Wandstärke von nur drei Zentimetern wiegt sie gerade mal zwölf Tonnen. Praktisch ein Leichtgewicht.

Im fünften und letzten Teil unserer Serie geht es um Plant-Bottles – das sind Getränkeflaschen, die zu einem Teil aus nachwachsendem Rohstoffen hergestellt werden.

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