Initialprojekt CUBE aus kohlefaserverstärktem Beton

In Deutschland wird der “CUBE” das weltweit erste Gebäude aus kohlefaserverstärktem Beton sein. Das 5-Millionen-Euro-Projekt besteht aus einer vorgefertigten “Box” und einem doppelt gekrümmten Dach, dem so genannten “Twist”, aus einem leichteren, flexiblen Verbundwerkstoff. Das zweistöckige, 2.200 Fuß hohe Universitätsgebäude wird auf dem Geländer der TU Dresden stehen. Eine Besonderheit ist auch die Länge von 24 Metern aus fugenlosem Beton. Neben der Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung sind das Architekturbüro HENN, Architekten Ingenieure Batzen (AIB), Assmann Advice + Plan, Bendl HTS, Betonwerk Oschatz und das Institut für Betonbau der Technischen Universität Dresden an dem Projekt beteiligt.

Konstruktion und Verwendung von kohlenstofffaserbewehrtem Beton

Kohlenstofffaserbewehrter Beton ist ein Verbundprodukt, das dank seiner Matrixstruktur aus Kohlenstofffasern und Polymeren eine hohe Festigkeit, Steifigkeit und Dauerhaftigkeit aufweist. Für den CUBE wird Kohlenstoffwasser aus erdölbasiertem Polyacrylnitril (PAN) verwendet. Dieses kann auch aus Lignin, einem organischen Polymer, das als Nebenprodukt bei der Papierherstellung anfällt, hergestellt werden. Der Direktor des Instituts für Betonbau an der TU Dresden, Manfred Curbach, plädiert seit einiger Zeit für den Einsatz leichterer und dünnerer Bewehrungsmaterialien. Curbach macht Vorschriften für die zögerliche Verwendung dieser Materialien durch die Bauindustrie verantwortlich, die ihre Einführung erschwert hätten.

Die Trägheit der Industrie, die seit 40 Jahren die gleichen Bewehrungsmethoden anwendet, ist ein weiterer Faktor für den spärlichen Einsatz. Dies wird auch von Barzin Mobasher, Professor an der Arizona State University und Forscher auf dem Gebiet der alternativen strukturellen Verstärkung, gesagt. Der Professor beschreibt die Verwendung von Stahl und Beton als rissanfällig und erosionsanfällig und macht dafür die unzureichende Dauerhaftigkeit und die mangelnde Synergie der Materialien verantwortlich.

Die Vorteile von Kohlenstoff-Bewehrungsmaterialien gegenüber herkömmlichen Baustoffen sind ihre Leichtigkeit, ihre längere Lebensdauer und folglich, aufgrund ihrer Dauerhaftigkeit, ihre Umweltfreundlichkeit. Unter Berücksichtigung aller kostenrelevanten Faktoren liegt kohlenstofffaserverstärkter Beton in etwa in der gleichen Preisklasse wie Stahl. Das gewundene Dach des CUBE sei ein Beweis für die große Flexibilität und Formbarkeit des Materials, so Curbach.

Kohlenstofffaserverstärkter Beton für effiziente Reparaturen

Curbach, der von dem Material und seiner zukünftigen Verwendung überzeugt ist, gründete die Firmen Curbach Bösche und CarbonCon, um den Einsatz von kohlefaserverstärktem Beton zu fördern und über die Materialien zu informieren. Interesse, so Curbach, bestehe diesbezüglich bei Firmen aus China und Israel.

Mobasher stellt fest, dass leichter Stahl, der vor 25 Jahren im Bauwesen noch nicht so weit verbreitet war, heute für kommerzielle Rahmenkonstruktionen allgegenwärtig ist. Er sieht keinen Grund, warum Kohlenstoffverstärkungsmaterialien nicht die gleiche Flugbahn haben könnten, auch wenn er zugibt, dass die Verwendung dieser Materialien für die Verkehrsinfrastruktur in den USA immer noch unbezahlbar ist. Er hat ein gewisses innerstaatliches Interesse an der Verwendung von Kohlenstofffaser-Verstärkungsmaterialien für schnellere Reparaturen festgestellt, bei denen eine Schicht des Verbundmaterials in die beschädigte Infrastruktur integriert würde.

Trotz der immer noch zu hohen Preise in den USA sieht Mobasher den künftigen verstärkten Einsatz von Kohlenstoffverstärkungsmaterialien ähnlich optimistisch. Seiner Meinung nach besteht bereits ein innerstaatliches Interesse an Kohlenstofffaser-Verstärkungsmaterialien, beispielsweise zur Beschleunigung von Reparaturarbeiten. Die Universität Augsburg hat entsprechende Bewehrungsmaterialien mit kurzen Kohlenstofffasern entwickelt, die Spannungsbrüche und Risse im Beton reduzieren können. Ein vollständiger Ersatz von Bewehrungsstahl sei mit Kurzfasern nicht zu erreichen.