Neue Anwendungsmöglichkeiten für Carbonbeton in der Betoninstandsetzung

Hohe Schädigungsgrade, zunehmendes LKW-Gewicht, steigendes Verkehrsaufkommen und klimatische Einflüsse sind nur einige Parameter, die Bedarf für ideenreiche Instandsetzungskonzepte für Beton- und Stahlbetonbauwerke schaffen. Immer häufiger spielen dabei auch schnelle Instandsetzungen mit geringen Aufbauhöhen, kurzen Ausfallzeiten und facettenreichen Individuallösungen eine Rolle.

Vor ca. zwei Jahren wurde erstmals ein Bauprodukt mit dem Deutschen Zukunftspreis geehrt: Carbonbeton. Hierbei handelt es sich um Beton oder Mörtel mit einer gitterartigen oder stabförmigen Bewehrung aus Carbon. Dieser ursprünglich für den Neubau von Leichtbauteilen konzipierte, Hochleistungswerkstoff kann jedoch auch sehr vielseitig in der Instandsetzung eingesetzt werden und dabei häufig sogar die preiswerteste Instandsetzungsmethode sein.

Doch auch neben der Instandsetzung von gerissenen Bauwerksoberflächen kann Carbonbeton vielseitig verwendet werden: Kathodischer Korrosionsschutz (KKS) hat sich insbesondere bei der Instandsetzung von Stahlbetonbauteilen, welche Korrosionsschäden infolge Chlorideintrag aufweisen, bewährt.

Mit dem Einsatz von Carbonbeton als Anodensystem für den KKS kann einerseits mit der Carbonbewehrung eine Flächenanode mit großer Oberfläche eingesetzt werden und andererseits ein Ersatz oder eine Ergänzung von Stahlbewehrung erfolgen. Durch diesen sogenannten KKS-Carbonbeton werden häufig nur geringe Eingriffe in die Bauwerkssubstanz erforderlich.

1 Carbonbewehrung

1.1 Filament, Garn, Gitter, Stab

Endlosfasern aus Carbon, auch Filamente genannt, bilden die Grundstruktur von Carbonbewehrungen. Typische Filamentdurchmesser liegen bei ca. 7 µm. Um die nachfolgende textile Verarbeitung der Filamente zu ermöglichen, wird eine sogenannte Schlichte auf Polymerbasis mit einer Dicke von ca. 100 nm aufgetragen.

Danach können bis zu 50 000 Einzelfilamente zu Garnen gebündelt werden, wobei typische Garndurchmesser etwa zwischen 0,6 und 2,5 mm groß sind. Aus den Garnen werden über Textilmaschinen gitterförmige ebene (2D) oder dreidimensionale textile Strukturen gewoben. Dabei wird axial zwischen Kett- (längs) und Schussrichtung (quer) unterschieden.

Typische Maschenweiten liegen zwischen 8 und 38 mm und können rechteckig oder quadratisch variiert werden. Die spezifischen Gewichte der entstehenden getränkten Gitterstrukturen liegen dabei zwischen 150 und 650 g/m², wobei Flächenquerschnitte von 34-142 mm²/m erzielt werden.

Zusätzlich zu den gitterförmigen Bewehrungsstrukturen werden aus den Garnen, in Kombination mit einer Polymermatrix, profilierte Stabbewehrungen im Pultrusionsverfahren hergestellt. Typische Außendurchmesser liegen zwischen 4 und 12 mm.

1.2 Tränkung und Beschichtung

Anders als bei Carbonstäben, die bereits nach der Herstellung formstabil sind, werden Gitter, auch textile Bewehrungen genannt, in einem weiteren Verarbeitungsschritt mit einem Polymer (meist Epoxidharze, Polyurethane, Polymethylmethacrylat oder auf Styrol-Basis) getränkt, um diese für den Transport und den Einbau zu schützen, die Zugfestigkeit der Bewehrung zu erhöhen und den Verbund zum Mörtel bzw. Beton zu verbessern.

Dabei wird die textile Carbonbewehrung mittels spezieller Umlenkrollen durch Behälter mit den Tränkungsmaterialien geführt. Durch das anschließende Abstreifen auf Rollen unter Druck findet dabei eine zusätzliche Verdichtung sowie ein Entfernen überschüssiger Tränkungsmaterialien statt. Im Anschluss erfolgt die Trocknung und Aushärtung.

Während eine Tränkung der textilen Bewehrung den inneren Verbund erhöht, kann der äußere Verbund zwischen textiler Carbonbewehrung und Mörtel-/Betonmatrix deutlich verbessert werden, wenn zusätzlich eine Oberflächenmodifikation z.B. mittels nachträglicher Beschichtung und Besandung des getränkten Textils erfolgt.

Diese Oberflächenmodifikation (Beschichtung bzw. Coating genannt) erhöht die Rauheit der Textilien und somit die Verbundwirkung, welche sich günstig auf die Rissanzahl bzw. Rissabstände und Rissbreiten auswirkt.

Den ganzen Beitrag können Sie in der Oktober-Ausgabe von »Der Bausachverständige« lesen.
Informationen zur Einzelheft- und Abo-Bestellung

Diesen Beitrag finden Sie auch zum Download im Heftarchiv.