Ökobetone mit Carbonfaserbe­wehrung

Inhaltsverzeichnis

1. 1. 1. Projektdaten
      2. Bericht aus dem Jahrbuch 2023
      3. Kurzfassung

Projektdaten

Titel | Title TP Congreen.Carbon.Research – Planung, Durchführung und Auswertung von relevanten Versuchen zur Erlangung eines Zulassungsszenarios im Verbundvorhaben Congreen.Carbon.System (CCS): Ökobeton als Massenbaustoff für wirtschaftliche und leichtere Betonsysteme | Subproject Congreen.Carbon.Research – Planning, implementation and evaluation of relevant tests to obtain an approval scenario in the joint project Congreen.Carbon.System (CCS): Eco-concrete as a mass building material for economical and lighter concrete systems Förderer | Funding Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) Zeitraum | Period 09/2023 – 08/2026 Teilprojektleiter | Subproject leader Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Bearbeiter | Contributor Dipl.-Ing. Paul Heber, Tom Pfalzgraf, M.Sc. Projektpartner | Project partners Implenia Construction GmbH, München | CARBOCON GmbH, Dresden | Kleihues Betonbauteile GmbH & Co. KG, Emsbüren

Bericht aus dem Jahrbuch 2023

Carbonbewehrung trifft Ökobeton

Bewehrungen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) ermöglichen aufgrund ihrer sehr geringen Korrosionsneigung die Reduktion der Betondeckung im Querschnitt. Dies stellt, durch die korrelierende Einsparung des in hohem Maße CO₂-emittierenden Bindemittels Zement, einen auch in der Baupraxis zunehmend etablierten Ansatz dar, um CO₂-effizientere Bauteile zu realisieren. Dieser Einspareffekt kann durch den Einsatz von Ökobetonen noch verstärkt werden. Ökobetone weisen durch eine zementreduzierte Zusammensetzung eine positivere CO₂-Bilanz im Vergleich zu herkömmlichen Betonen auf. Beim Einsatz von CFK-Bewehrung wirkt sich der geringere pH-Wert der Ökobetone nicht negativ aus. Somit stellen CFK-bewehrte Ökobetonbauteile einen neuartigen, zweigleisigen Ansatz dar, um die CO₂-Emissionen im konstruktiven Betonbau zu reduzieren.

Auf dieser Grundlage erfolgt im Forschungsvorhaben „Congreen.Carbon.System (CCS):  Ökobeton als Massenbaustoff für wirtschaftliche und leichtere Betonsysteme“ die Entwicklung von Rahmen-Fertigbauteilen für den Eisenbahnbau. Neben der Einsparung von Primärressourcen und CO₂-Emissionen sind langlebige Bauteile, welche zudem eine schnelle und kostengünstige Herstellung und somit eine Reduzierung der baubedingten volkswirtschaftlichen Beeinträchtigungen erlauben, Ziele des Forschungsvorhabens.

Aufgrund der Neuartigkeit der Baustoffkombination wird in Kleinbauteilversuchen zunächst eingehend das Zusammenwirken der Baustoffe untersucht. Hierzu wurden Versuchsserien zur Festigkeitsentwicklung des verwendeten Ökobetons sowie zu den Verbundeigenschaften mit CFK-Bewehrung durchgeführt. Im weiteren Projektverlauf sind diese Eigenschaften durch Optimierung der Betonmatrix zu verbessern. Ergänzt und erweitert werden die Ergebnisse durch ein komplexes Versuchsprogramm an Großbauteilen, durch welches die Untersuchung des Gesamttragverhaltens der entwickelten CFK-Ökobetonbauteile erfolgt. Aus den so ermittelten Ergebnissen werden die Nachweis- und Bemessungsansätze entwickelt, welche den Entwurf, die Bemessung sowie die baupraktische Durchbildung der zu Fertigteile erlauben.

An einem Großdemonstrator erfolgt final die Erprobung der Gesamtkonstruktion. Die Untersuchungen können die Basis für eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für die neuartigen Fertigteile sein.

Kurzfassung

Ökobeton in Kombination mit carbonfaserverstärkter Kunststoffbewehrung (CFK-Bewehrung) – diese neue Kombination soll für Infrastrukturbauwerke, konkret für Kleinbrücken im Eisenbahnbereich, theoretisch untersucht, anschließend technisch entwickelt und mit einem Demonstrator realisiert werden.

Der Eisenbahnbrückenbau gilt aufgrund der auftretenden hohen Lasten durch Zugverkehr und der gleichzeitig benötigten Maßhaltigkeit als eine der Königsdisziplinen im Bauwesen. Eine erfolgreiche Einführung in diesem Segment und die Prozessoptimierung würde einen signifikanten Beitrag zur Reduzierung der baubedingten Umweltwirkungen leisten.

Übergeordnete Ziele des Vorhabens sind:

• signifikante Reduzierung der CO₂-Emissionen,
• Einsparung von Primärressourcen,
• Verringerung der volkswirtschaftlichen Beeinträchtigungen,
• Gesteigerte Lebensdauer der Bauwerke,
• Kostenreduktion durch schnelleres und ressourcensparendes Bauen.

Im Forschungsprojekt wollen wir die Voraussetzung schaffen, zukünftig Ökobetone als wichtigsten Massenbaustoff zur Reduzierung der CO₂-Emissionen flächendeckend einzusetzen. Im Rahmen einer Pilotanwendung soll die Machbarkeit im Eisenbahnbrückenbau demonstriert werden. Im Teilvorhaben der TU Dresden werden experimentelle Untersuchungen an Klein- und Großbauteilen und am Demonstrator durchgeführt und ein Monitoringkonzept entwickelt und untersucht.