Ökobetone mit Carbonfaserbe­wehrung

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 Energie (BMWE) Zeitraum | Period 09/2023 – 08/2026 Teilprojektleiter | Subproject leader Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx Team | Team Paul Heber, Olga Benedix Projektpartner | Project partners Implenia Construction GmbH, München | CARBOCON GmbH, Dresden | Kleihues Betonbauteile GmbH & Co. KG, Emsbüren

Kurzfassung

Bei der Produktion von Zement werden große Mengen CO₂ emittiert, was zur Klimaerwärmung beträgt. Um dem zu begegnen und die CO₂-Emissionen im (Beton-)Bausektor zu senken, stellen Betonmischungen mit reduziertem Zementanteil, sogenannte Ökobetone, eine vielversprechende Lösung dar. Der geringere Zementklinkeranteil in diesen Mischungen führt jedoch zu einer verminderten Alkalität des Betons. Dies vermindert den für herkömmliche Stahlbewehrung erforderlichen Korrosionsschutz (Passivierung).

Im Gegensatz dazu sind nichtmetallische Bewehrungen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) von Natur aus korrosionsbeständig. Diese Eigenschaft macht sie zu einer geeigneten dauerhaften Bewehrung in Bauteilen aus Ökobeton. Darüber hinaus ermöglicht die Korrosionsbeständigkeit eine Verringerung der Betondeckung, was schlankere Bauteile erlaubt und somit zur Einsparung von Primärressourcen beiträgt. Nichtmetallisch bewehrter Ökobeton stellt daher eine vielversprechende CO₂-reduzierende Alternative für den nachhaltigen Betonbau der Zukunft dar.

Auf dieser Grundlage erfolgt im Forschungsvorhaben CCS die Entwicklung von CFK-bewehrten Ökobeton-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.

Im Projekt wurde zunächst ein geeigneter Ökobeton entwickelt, welcher gegenüber Standardbeton bis zu 54 % CO₂ einspart. Aufgrund der Neuartigkeit der Baustoffkombination wurden in Kleinbauteilversuchen zunächst eingehend dessen Materialverhalten untersucht. Hierzu wurden Versuchsserien zur Festigkeitsentwicklung des Ökobetons sowie zu den Verbundeigenschaften mit CFK-Bewehrung (Pull-out- und Beam-End-Versuche) durchgeführt. 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 entwickelten Fertigteile erlauben.