Architektur: Die Rettung der Brücken?

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Beton ist das weltweit meistverwendete Material nach Wasser. Straßen, Brücken, Tunnel, Gebäude, Masten, Stützwände, Abwasseranlagen und vieles mehr werden aus stahlbewehrtem Beton – kurz Stahlbeton – gebaut. Doch dieser hat einen gefährlichen Feind. Daher befasst sich das größte Bauforschungsprojekt Deutschlands mit der Erforschung und Etablierung eines neuen Baustoffes.
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Mit einem innovativen Verbundbaustoff mit Carbon betritt das Bauwesen Neuland: Beton ist das weltweit meistverwendete Material nach Wasser. Straßen, Brücken, Tunnel, Gebäude, Masten, Stützwände, Abwasseranlagen und vieles mehr werden aus stahlbewehrtem Beton – kurz Stahlbeton – gebaut. Doch es gibt einen gefährlichen Feind: Korrosion. Der eingebettete Spann- und Bewehrungsstahl kann rosten und dadurch zu erheblichen Schäden an Bauwerken führen. Die Folge sind gesperrte Brücken, geschlossene Schulen und einsturzgefährdete Dachkonstruktionen. Der Spann- und Bewehrungsstahl in den Bauwerken wird zwar mit mehreren Zentimetern Beton überdeckt, doch dauerhaft kann das die Korrosion nicht verhindern. Das größte Bauforschungsprojekt Deutschlands, „C³ – Carbon Concrete Composite“, befasst sich daher mit der Erforschung und Etablierung eines neuen Baustoffes: Carbonbeton.

Carbon korrodiert nicht und erhöht damit die Lebensdauer von Bauteilen. Gleichzeitig schont es die Ressourcen. Das „C-Cube“-Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Programm „Zwanzig20–Partnerschaft für Innovation“ gefördert. 130 interdisziplinäre Partner sind an dem von der TU Dresden initiierten Konsortium beteiligt. Ein wichtiger Partner ist die TU Berlin mit dem Teilprojekt „Vorgespannter Carbonbeton für Straßenbrücken und Flächentragwerke“, das im Institut für Bauingenieurwesen, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren – Massivbau, bei Prof. Dr.-Ing. Mike Schlaich angesiedelt ist.

Längere Lebensdauer, filigranere Architektur

„Nichtrostende Materialien wie Carbon müssen nicht vor Korrosion geschützt werden, so kann die für das jeweilige Bauteil notwendige Betonmenge erheblich reduziert werden. Zum Beispiel sind Bewehrungsstäbe aus Carbon bis zu fünfmal fester als Stahlstäbe und wiegen nur 20 Prozent davon“, erklärt Dr. Arndt Goldack, der das Projekt an der TU Berlin leitet. „Auch Stahlbetonbauteile, zum Beispiel für Fassaden, sind üblicherweise rund acht Zentimeter dick, mit Carbon bewehrt können sie auf nur zwei Zentimeter reduziert werden.“ Das Bauen mit Carbonbeton verlängere also nicht nur die Lebensdauer von Bauwerken, sondern ermögliche auch eine filigranere, elegantere Architektur. Das Projekt beinhaltet die Erprobung mit der Industrie, zum Beispiel den Einbau von Carbonbewehrung in Schalungssysteme oder die Herstellung ganzer Brückenträger und anderer typischer Bauteile wie Dach-, Decken-, Wand- und Fassadenelemente, die Entwicklung von sogenannten Vorspanntechniken, mit denen die Carbonteile gespannt werden, und auch die Entwicklung von gebogenen Carbonbewehrungen zum Beispiel für den Brückenbau. „Dennoch betreten wir alle mit diesem Projekt komplettes Neuland“, sagt Goldack. „Besonders wichtig ist daher die Prüfung des Tragverhaltens solcher Bauteile. Sie wird hier in der Peter-Behrens-Halle durchgeführt. Das Fachgebiet verfügt über jahrelange Erfahrung mit Carbon-Zugelementen, unter anderem mit unserer 13 Meter langen Spannbandbrücke, an der auch ein System zur aktiven Schwingungskontrolle realisiert wurde.“ Der besondere Clou an dieser Brücke sind pneumatische „Muskeln“, die gezielt angesteuert werden können, erstarken oder erschlaffen, um die Schwingungsamplituden zu reduzieren und zu kontrollieren.

Große Preise

„Die übergeordnete Bedeutung unseres Teilprojekts ist auch daran ersichtlich, dass das Gesamtvolumen des ursprünglichen Antrags 1,2 Millionen Euro betrug, mit einem TU-Anteil von 600’000 Euro. Doch aufgrund des überzeugenden Projektantrags, der übrigens federführend an der TU Berlin erarbeitet wurde, und der Relevanz des Themas haben die Gutachter dann einer Erhöhung des Volumens gerne zugestimmt“, sagt Arndt Goldack. So wurde die Summe auf 2,2 Millionen Euro fast verdoppelt, von denen der Anteil der TU Berlin 769’000 Euro beträgt. Und das Projekt „C³ – Carbon Concrete Composite“ wurde bereits mit großen Preisen geadelt: Im November 2015 erhielt es den Deutschen Nachhaltigkeitspreis Forschung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung, der das Projekt in eine Reihe mit solchen Preisträgern wie Königin Silvia von Schweden, UN-Flüchtlingskommissar António Guterres und dem ehemaligen Bundesaußenminister Hans Dietrich Genscher stellt. Gleich darauf, im Dezember 2015, erhielt es den Deutschen Rohstoff-Effizienzpreis vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie als Beispiel für eine intelligente Verwendung von Materialien. Und ganz neu: „C-Cube“ wurde zum „Ausgezeichneten Ort im Land der Ideen“ 2016 gekürt.

 

Bild: „Bewehrungsstäbe aus Carbon sind bis zu fünfmal fester als Stahlstäbe und wiegen nur 20 Prozent davon“, sagt Dr. Arndt Goldack. ©TU Berlin/PR/Ulrich Dahl

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