Industriestandard Carbonbeton – durch Standards in eine ressourcenschonende Art des Bauens

Angesichts der Herausforderungen in der Bauindustrie, insbesondere des Strebens nach Nachhaltigkeit und Materialeffizienz, untersucht dieser Beitrag die Entwicklung und das Potenzial einer innovativen dreidimensionalen (3D) und vollautomatisiert hergestellten Bewehrungsstruktur aus Carbonfasern, bekannt als „Mesh“. Diese fortschrittliche Bewehrungsmethode bietet eine vielseitige und ressourceneffiziente Alternative zur herkömmlichen Stahlbewehrung und eine Erweiterung zu derzeit verwendeten Carbongittern/‐bewehrungselementen. Das Mesh zeichnet sich durch Anpassungsfähigkeit an verschiedene Formen und Belastungspfade aus, wodurch der Beton‐ und Bewehrungsbedarf reduziert wird, welches die ökologische Bilanz von Bauprojekten verbessert. Die Entwicklung der neuartigen Bewehrungsstruktur, von den anfänglichen Tastversuchen bis zum aktuellen Stand, sowie ihrer Anwendungsmöglichkeiten, einschließlich der möglichen zukünftigen Eignung als Querkraft‐, Oberflächen‐, Spaltzug‐ oder Wendelbewehrung, insbesondere in vorgespannten Bauteilen, werden erörtert. Dieser Beitrag beleuchtet den Beitrag des Mesh zur Weiterentwicklung der Bewehrungstechnologie im Betonbau und ist der erste Teil einer mehrteiligen Veröffentlichungsserie.

Neuartige 3D‐Bewehrungen für den Betonbau

Schumann,

Schütze,

May

et al. 2024

Experimentelle Untersuchungen zur Anwendbarkeit von recycelten Kohlenstofffasern in Faserbeton

Mack,

Rempel

2024

Im Massivbau werden vor allem in massigen Konstruktionen sowie auch in statisch unbestimmten Bauteilen mit Kurzfasern bewehrte Betone eingesetzt. Diese Fasern übertragen auch nach Rissbildung Zugspannungen. In Deutschland ist vorwiegend der Einsatz von Stahlfasern durch Vorgaben der DAfStb‐Richtlinie „Stahlfaserbeton“ geregelt. Die internationale Norm fib Model Code 2010 und das fib Bulletin 105 lassen auch andere Fasermaterialien zu. In dieser Arbeit wird die Verwendung von recycelten Kohlenstofffasern als Bewehrung in Faserbeton untersucht, um dessen Tragfähigkeit und Duktilität zu erhöhen. Angesichts des zunehmenden Anteils von kohlenstofffaserverstärkten Polymeren (CFK) im Materialkreislauf, insbesondere in der Windenergiebranche, konzentriert sich diese Arbeit auf die Wiederverwendung von CFK‐Abfällen. Zwei Mischungen recycelter Kohlenstofffasern werden auf ihre Leistungsfähigkeit in Faserbeton mit variierenden Volumengehalten untersucht. Aufbauend auf einer Analyse der Fasermischungen werden durch experimentelle Untersuchungen Kennwerte ermittelt, die das Festigkeitsverhalten sowie die Frischbetoneigenschaften des mit Kohlenstofffasern bewehrten Betons (CFRC) beschreiben. Im 3‐Punkt‐Biegezugversuch kann der faserverstärkte Beton mit 2 Vol.‐% eine Steigerung der Biegezugfestigkeit von +60 % gegenüber dem unbewehrten Beton erreichen. Zudem zeigen die Untersuchungen, dass die Zugabe von Kohlenstofffasern die Verarbeitbarkeit beim Betoniervorgang erschwert.

Eine modulare Segmentbrücke mit thermisch umgeformter Carbonbewehrung

Rettinger,

Zernsdorf,

Wilhelm

et al. 2024

Modulares Bauen ermöglicht die serielle Vorfertigung von Bauelementen und verlagert Herstellungsprozesse von der Baustelle in die geschützte Umgebung des Fertigteilwerks. In einer Serienfertigung mit hinreichenden Stückzahlen wird die Rationalisierung, Digitalisierung und Automatisierung von Fertigungsprozessen wirtschaftlich und Skaleneffekte können ausgeschöpft werden. Bei der konstruktiven Umsetzung von modularen Baustrukturen steht der entwerfende Ingenieur vor der Herausforderung, diese in sinnvolle Module zu gliedern und Fügestellen tragfähig und dauerhaft auszubilden. Der vorliegende Beitrag stellt einen Modularisierungsansatz auf Basis der Segmentbauweise vor und beschreibt den Entwurf, die konstruktive Durchbildung und die Segmentherstellung einer 8,10 m langen Versuchsbrücke. Um besonders materialeffiziente und dünnwandige Betonquerschnitte ausbilden zu können und das Risiko der Bewehrungskorrosion zu vermeiden, werden hierbei nichtmetallische Carbonbewehrungen verwendet. Die Formgebung der Bewehrungselemente, welche derzeit noch eine technische Hürde in der Anwendung von Carbonbeton darstellt, wurde mithilfe von neulich entwickelten Verfahren des thermischen Umformens umgesetzt. Mit der Realisierung einer modularen Segmentbrücke mit thermisch umgeformter Carbonbewehrung möchten die Autoren zur Entwicklung von technischen Lösungen für modulare Tragstrukturen beitragen sowie neuartige Anwendungsmöglichkeiten von nichtmetallischen Bewehrungen aufzeigen.