Hier finden Sie die Zusammenstellung der häufig gestellten Fragen rund um das Thema Carbonbeton sowie die entsprechenden Antworten darauf.
Carbonbeton ist ein Verbundwerkstoff aus Beton und einer nichtmetallischen Bewehrung aus Kohlenstoff- bzw. Carbonfasern (Carbon). Die Bewehrung setzt sich wiederum aus einer kohlenstoffbasierten Faser, Schlichte und Tränkung zusammen. Entscheidend ist, dass die Ausführung der Bewehrung sowohl matten- bzw. gitterförmig als auch stabförmig ist, während in den Beton zugemischte Kurzfasern kein Gegenstand des Carbonbetons darstellt.
Die hochtragende, nichtrostende Bewehrung aus Carbon lässt eine Lebensdauer erwarten, die weit über den heutigen Konstruktionen aus Stahlbeton liegt und stellt somit eine klimaneutrale Alternative im Bauwesen dar. Die Carbonbetonbauweise steht weiterhin für geringe Kosten bei Instandhaltungen über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerkes, das Einsparen von Rohstoffen um bis zu 80 %, die Reduktion des CO2-Ausstoßes um ebenfalls bis zu 80 % sowie eine filigrane Gestaltung im Betonbau.
Der Unterschied zwischen Stahl- und Carbonbeton liegt im Wesentlichen darin, dass eine Bewehrung aus Carbon statt Stahl im Beton verarbeitet wird. Für den Verbund zwischen dem Beton und der Bewehrung aus Carbon ist eine Tränkung erforderlich, zumeist als Polymere auf Basis von Thermoplasten (wässrige acrylat- oder styrolbasierte Polymerdispersionen etc.) oder duroplastische Kunststoffe (Epoxid- oder Vinylesterharze etc.)
Stahlbeton entsteht, indem gerippte Stahlstäbe in einen Betonmantel eingezogen werden. Stahlbeton zeichnet sich durch eine hohe Stabilität aus, da er die Druckfestigkeit von Beton mit der Zugfestigkeit von Stahl kombiniert. Da Stahlbeton somit große Lasten tragen und eine hohe Biege- und Zugfestigkeit besitzt, wird er gegenwärtig im Bauwesen vorzugsweise eingesetzt. Die Stahlbetonbauweise hat jedoch einen entscheidenden Nachteil: Stahl korrodiert! Um eine Korrosion im Beton zu verhindern, muss ein Umfeld mit hoher Alkalität geschaffen werden und der Beton als Schutzmedium dienen. Demzufolge werden zumeist Betone mit einem hohen Gehalt an Zement eingesetzt. Zudem ist eine über den statischen Anforderungen hinausgehende Menge an Beton aufzubringen, die sogenannte Betondeckung. Die Folge: Als einer der weltweit größten CO2-Emittenten und Verbraucher an Ressourcen wird der Betonbau immer mehr als Klimakiller wahrgenommen.
Dagegen ist Carbonbeton deutlich widerstandsfähiger. Die im Bauwesen eingesetzten Kohlenstofffasern sind viermal leichter und bis zu sechsmal tragfähiger als Stahl, hat also die 24fache Leistungsfähigkeit. Carbonbeton ist weitaus beständiger als Stahlbeton, da die Bewehrung nicht korrodiert. Bauteile und -werke aus Carbonbeton können daher wesentlich schlanker ausfallen, was den Einsatz von Ressourcen verringert. Energieverbrauch und CO2-Ausstoß sinken auf etwa die Hälfte. Die flexible Formbarkeit der Kohlenstofffasern ermöglicht eine sehr filigrane Formgebung von Bauwerken, deren Lebensdauer zudem deutlich länger ist als bei der Bauweise mit Stahlbeton.
Die für die Bewehrung eingesetzte Kohlenstofffaser wird aus Kohlenstoff gewonnen, das noch auf Erdöl basiert.
Gegenwärtig wird auch der Einsatz recycelter Kohlenstofffasern vorangetrieben, beispielsweise im BMBF geförderten Projekt WIRreFa | WIR! recyceln Fasern. Weiterhin wird untersucht, inwieweit die Herstellung von Kohlenstoff auf Grundlage des nachwachsenden Rohstoffes Lignin (Holzabfallprodukt aus der Papierherstellung), durch das Extrahieren von CO2 aus der Luft, der Herstellung aus Polyethylen oder durch das Erzeugen von lipidreicher Algenbiomasse wirtschaftlich umgesetzt werden kann.
Carbonbeton ist ökologisch.
Im Vergleich zu bestehenden Konstruktionen aus Stahlbeton wird bei der Carbonbetonbauweise bis zu 80 % Material (Sande, Wasser und Zement; teilweise auch Verzicht auf Oberflächenschutzsysteme) eingespart. So wird im Neubau durch schlankere Konstruktionen die Betondeckung zum Schutz der Bewehrung vor Korrosion auf ein Mindestmaß von 10 mm statt 55 mm eingespart. Im Falle der Sanierung, Verstärkung und Instandsetzung reduziert sich der Betonauftrag auf ein Mindestmaß von 15 mm statt 80 mm. Weiterhin werden bis zu 80 % weniger CO2 ausgestoßen, was jedoch wesentlich von der Menge an eingesetzten Ressourcen, des Einsatzes ökologischer Betone und des angepassten Aufwandes bei der Verladung und dem Transport abhängig ist. Zudem werden durchschnittlich 50 % und letztlich bis zu 80 % an Ressourcen für den Aufwand bei der Verladung (Gabelstapler, Kran etc.), beim Transport (Kraftstoff, Ladefläche etc.) und für Lagerflächen eingespart, da geringere Zuladungen je Bauteil erforderlich sind.
Carbonbeton kann im Gieß- und im Laminierverfahren hergestellt werden. Es wird flüssiger Beton verwendet. Beim Gießverfahren wird der Beton in eine ebene Schalung gegossen, die einzelnen Schichten der Bewehrungen aus Carbon werden durch sogenannte Abstandshalter voneinander getrennt gehalten. Beim Laminierverfahren wird der Beton schichtenweise in eine Schalung gegeben und die Bewehrungen aus Carbon in diese eingearbeitet. Es können mehrere Schichten Beton und Bewehrung nacheinander eingebracht werden. Je mehr Schichten eingearbeitet werden, desto leistungsfähiger ist der Carbonbeton.
Die Aushärtung des Betons für die Carbonbetonbauweise ist abhängig vom verwendeten Beton, was den bekannten Zeiten der Stahlbetonbauweise gleicht. In der Regel erreicht der Beton nach etwa drei Tagen 70 % seiner Festigkeit. Nach 28 Tagen werden die charakteristischen Eigenschaften bestimmt, wobei der Prozess zur Aushärtung noch Tage danach anhalten wird.
Carbonbeton ist wirtschaftlich.
Gegenwärtig liegen Kohlenstofffaser und Stahl in Hinblick auf deren Leistungsfähigkeit preislich auf Augenhöhe, wobei die Preise je Kilo das zunächst nicht erwarten lassen. Vereinfacht dargestellt: 1 Kilogramm Stahl kostet etwa 1 Euro, 1 Kilogramm Carbon dagegen etwa 16 Euro. Die Dichte des im Bauwesen zur Anwendung kommenden Carbons ist allerdings viermal geringer und die Festigkeit sechsmal höher. Folglich entspricht er zwar einem 16-fachen Preis, jedoch bei einer 24-fachen Leistungsfähigkeit.
Weitere kostenbezogene Vorteile sind bauwerksabhängig. Beim Neubau wird vor allem auf die deutlich längere Lebensdauer abgezielt. Der Aufwand für die Sanierung, Instandsetzung und Verstärkung wird durch die nichtrostende Bewehrung erheblich reduziert und auch ein Neubau wird erst deutlich später notwendig. Im Falle der Sanierung, Instandsetzung und Verstärkung können baufällige Objekte aus dem Hoch-, Tief- und Ingenieurbau erhalten und reaktiviert werden, wo andere Bauweisen – in Hinblick auf die Anforderungen an das zusätzliche Eigengewicht oder des Denkmalschutzes – an Ihre Leistungsgrenzen kommen.
Grundsätzlich liegen die Vorteile oft in der kürzeren Bau-, Sperr- und somit kürzeren Ausfallzeit sowie dem geringeren Einsatz an Ressourcen (Arbeitskräfte, Material, leichtere Hebezeuge und Werkzeuge etc.), aber auch an dem reduzierten Aufwand für Transport und Befestigung. Im Falle von Bahnsteigsystemen oder ähnlichem kommt noch hinzu, dass beim Einsatz einer Bewehrung aus Glas (elektrisch nichtleitend) auf die Erdung verzichtet werden kann. Weiterhin spricht für den Einsatz von Carbonbeton der Gewinn an Fläche, da bei identischen Außenmaßen eines Objektes mehr Innenbereich für den Verkauf, der Vermietung oder Eigennutzung hervorgeht. Geringere Bauhöhen ermöglichen unter Umständen für den Neubau die Realisierung einer zusätzlichen Etage, für die Sanierung, Instandsetzung und Verstärkung wiederum den Erhalt von begeh- und/oder befahrbaren Unterführungen.
Carbonbeton ist unter Einhaltung der bereits heute verfügbaren Leitlinien, Richtlinien, Zulassungen und weiteren Hilfsmitteln nicht gesundheitsgefährdend.
Mit der Registrierung des Deutschen Institutes für Gütesicherung und Kennzeichnung (RAL) wird in der RAL‑RG 351 sichergestellt, dass im Bauwesen für den Einsatz von matten- und stabförmigen Bewehrungen im Betonbau ausschließlich Typen von Kohlenstofffasern eingesetzt werden, die aufgrund ihres Bruchverhaltens oder ihrer Fasermorphologie im Lebenszyklus zu keiner gesundheitlich relevanten Freisetzung von Faserstäuben führen können. Sie dient als Wegweiser dafür, dass beim Einsatz von Carbonbeton nach aktuellem Wissensstand und geltenden Regeln keine, über das bereits übliche Maß hinausgehenden, speziellen Vorkehrungen zum Arbeitsschutz zu treffen sind.
Carbonbeton ist bereits mit den heute üblichen Anlagen recyclingfähig. Es können bis zu 98 % der Bewehrung aus Carbon aus den rückgebauten und abgebrochenen Materialien zurückgewonnen werden.
Nach dem Rückbau oder dem Abbruch eines Bauteiles oder -werkes werden zunächst die groben Fremdstoffe entfernt, die Konstruktionen in Stücke zerkleinert, in Brechern der Beton von der Bewehrung aus Kohlenstofffasern getrennt und die Betonfraktion weiter zerkleinert. Im Vergleich zum Stahl ist das Carbon nicht magnetisch, sodass die Trennung der beiden Fraktionen nicht mit Magnetabscheidern erfolgen kann. Stattdessen werden alternative Sortierverfahren (kamerabasierte Verfahren etc.) eingesetzt, die zur Sortierung von Kunststoffen oder Glas genutzt werden. Das abgebrochene Material wird in der Sortieranlage über ein Band gefördert, die Bewehrungselemente auf Grundlage unterschiedlicher Farben und Geometrien erfasst und durch gezielte Luftstöße ausgeblasen.
Die Carbonbetonbauweise zeichnet sich bereits dadurch aus, dass im Vergleich zu bestehenden Konstruktionen aus Stahlbeton – statt eine 40 bis 80 Jahre – eine bis zu 200 Jahre und somit vierfache Lebensdauer zu erwarten ist. Hintergrund ist insbesondere die Beständigkeit gegenüber Korrosion und Einträgen von Chlorid. Im Rahmen von Zulassungen werden bisweilen bereits 100 Jahre nachgewiesen. Weitere Annahmen gehen sogar von einer Nutzungszeit von 200 Jahren und mehr aus.
Obwohl das Bauen mit Carbonbeton vor allem durch neuartige Bauprodukte bzw. -arten charakterisiert ist, erleichtern bereits verfügbare Bestimmungen und Leitlinien das Planen und Bauen im Umfeld nichtmetallischer Bewehrungen. Hierzu zählen beispielsweise die durch den C³Verband bereitgestellten Unterlagen, die gelisteten allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen (abZ) und/oder allgemeinen Bauartgenehmigungen (aBG) im Betonbau durch das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt), eine als Gelbdruck veröffentlichte DAfStb-Richtlinie „Betonbauteile mit nichtmetallsicher Bewehrung“ des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb), standardmäßige Implementation von Kenndaten aus dem Bauen mit nichtmetallischer Bewehrung in renommierter Software zur Bemessung (FRILO Software GmbH und RIB Software GmbH) und die RAL‑RG 351 als Registrierung für das Bauen mit Carbonbeton des Deutschen Institutes für Gütesicherung und Kennzeichnung (RAL).
Carbonbeton ist nicht uneingeschränkt brandbeständig.
Die reine Kohlenstofffaser – die üblicherweise im Bauwesen zur Anwendung kommt – ist im Gegensatz zum Werkstoff Stahl bis zu einer Temperatur von etwa 650 bis 700 °C temperaturbeständig. Sofern ein Sauerstoffzutritt an die Bewehrung aus Carbon ausgeschlossen werden kann, würde die Kohlenstofffaser unter Intergasbedingungen sogar bis ca. 1.300 °C stabil bleiben.
Letztendlich bestimmt das Verhalten gegenüber der Temperatur die für den Verbund verwendete Tränkung, die damit auf den Anwendungsbereich abzustimmen ist. Für den Einsatz von Carbonbeton ab der Feuerwiderstandsklasse 30 bedeutet es, dass gegenwärtig – analog zu anderen Bauweisen, wie der Holzverbundbauweise – Maßnahmen zum Brandschutz erforderlich sind, beispielsweise durch brandhemmende Beschichtungen bzw. Anstriche.
Die matten- bzw. gitterförmigen Bewehrungen werden in einem textilen Prozess hergestellt. Dabei variieren Größe, Querschnitt der Bewehrung und des Faserstranges sowie der Abstand der Faserstränge. Matten bzw. Gitter sind – abhängig von der Tränkung – steif oder leicht verformbar und können als Plattenware oder auf Spulen aufgerollt erworben werden.
Die stabförmigen Bewehrungen werden in einem pultrusionstechnologischen Prozess hergestellt. Die Profilierung der Oberfläche erfolgt durch Umwicklung, Fräsung, Prägung und/oder Besandung. Stäbe gibt es in verschiedenen Längen, Durchmessern (zumeist über 6 mm) und in beliebiger gebogener Form (Bügel). Eine Biegung der Stäbe auf der Baustelle und im Fertigteilwerk ist noch nicht möglich. Stäbe lassen sich zu Matten mit individuellen Abständen zueinander verbinden.
Für unsere Lebensqualität ist das Schaffen von Wohnraum und Infrastrukturen wesentlich. Dabei ist Beton das meistverwendete Baumaterial weltweit, wovon ein großer Teil für den Stahlbetonbau eingesetzt wird. Beton besteht im Wesentlichen aus Zement, Gesteinskörnung (Sand und Kies) und Wasser. 1,6 Milliarden Tonnen Zement, 10 Milliarden Tonnen Gesteinskörnung (Sand und Kies) und eine Milliarde Tonnen Wasser pro Jahr werden weltweit für die Entstehung von neuen sowie bei der Sanierung, Instandsetzung und Verstärkung von baufälligen Gebäuden und Brücken verwendet. Allein die Herstellung von Zement ist für etwa vier bis acht Prozent der weltweiten CO2 Emission verantwortlich, was das Dreifache der weltweiten Luftfahrt entspricht.
Mit dem Ziel der Regierung der Bundesrepublik Deutschland bis zum Jahr 2045 den Bestand an Gebäuden klimaneutral zu gestalten, werden klimaneutrale Ansätze im Bauwesen zunehmend wichtiger. Auch vor dem Hintergrund der immer knapper werdenden Ressourcen werden in Zukunft nur noch Produkte und Dienstleistungen auf dem weltweiten Markt erhältlich sein, die mit sehr viel weniger Ressourcen und einer viel geringeren CO2 Emission produziert und verarbeitet werden können.
Das klimaneutrale Bauen mit Carbonbeton – als Alternative zur Stahlbetonbauweise – setzt genau da an. Aufgrund der anhaltenden Tätigkeiten zum Bauen mit nichtmetallischer Bewehrung werden immer mehr Bauteile und -werke aus Carbonbeton errichtet und mit Carbonbeton saniert, instandgesetzt und verstärkt. Die zugehörigen Entwicklungen sind mit einem langzeitigen Wachstum in zahlreichen Branchen verbunden. Durch die enorme Breitenwirkung profitieren neben dem Bauwesen vor allem die Chemie-, Maschinenbau- und Textilbranche in hohen Maßen.
Die Einsatzgebiete von Carbonbeton umfassen den Hoch- (Fassaden, Gebäude, Parkhäuser und Tiefgaragen, Stützen, Treppen etc.), Tief- (Bodenplatten und Fundamente, Fassaden für U-Bahnstation, Kanalisationen, Schächte, Tunnel und Unterführungen etc.) und Ingenieursbau (Brücken, Gleise, Schleusen, Silos, Tunnel und Unterführungen etc.).
In Hinblick auf den Neubau werden Bauwerke und -teile aus Carbonbeton nicht mehr nur bei besonderen Anforderungen an den Korrosionsschutz errichtet. Einzelne Bauteile aus Carbonbeton können aufgrund des geringeren Einsatzes von Material und somit der Einsparung von Gewicht auch unter erschwerter Zugänglichkeit (hoher, schmaler oder gerüstfreier Zugang etc.) installiert werden. Dabei erfolgt die Herstellung der zugehörigen Bauteile in Fertigteilwerken und vor Ort.
In Hinblick auf die Sanierung, Instandsetzung und Verstärkung stellt in einigen Fällen der Einsatz von Carbonbeton die einzige bautechnische und wirtschaftliche Alternative dar, um bestehende Bausubstanzen vor dem Abriss oder Rückbau zu bewahren. Im Vergleich zur Stahlbetonbauweise kann mit einer nur millimeterdicken Schicht aus Carbonbeton die Tragfähigkeit bestehender Konstruktionen deutlich gesteigert werden. Das Eigengewicht der Konstruktion wird nur geringfügig erhöht. Die geometrische Abmessung wird weitgehend beibehalten und das Erscheinungsbild bleibt somit unverändert. Infolgedessen wurden nicht nur klassische Gebäude, Industrieanlagen und Brücken, sondern auch zahlreiche denkmalgeschützte Bauwerke mit Carbonbeton saniert und verstärkt.
Hierzu liegen bisher keine Erkenntnisse vor, da diese noch nicht durch das statistische Bundesamt (DESTATIS) separat erhoben werden.
Der C³Verband führt jedoch eine Liste an übermittelten Anwendungen im Umfeld der Carbonbetonbauweise, welche die Mitglieder des C³Verbandes über die C³Cloud abrufen können.
Carbonbeton ist sozialverträglich.
Auf Grundlage der wirtschaftlichen und ökologischen Vorzüge ermöglicht das Bauen mit Carbonbeton eine weiträumigere Verteilung der Ressourcen, da bei gleicher Voraussetzung mehr Flächen für den Wohnraum geschaffen und mehr Infrastrukturen (Mobilität, Ver- und Entsorgung etc.) realisiert werden können. Weiterhin wird der Umgang mit den Materialien und Bauteilen wesentlich erleichtert aufgrund der leichteren und flexibleren Bewehrung. So ist das Tragen der Bewehrung zumeist ohne massive Hebezeuge (Gabelstapler, Kräne etc.) durch eine Person möglich wie auch das Arbeiten über Kopf. Das Zuschneiden der Bewehrung erfolgt mit leichtem Gerät. Nicht zuletzt bietet die Carbonbetonbauweise entlang der gesamten Wertschöpfungskette einen zukunftsträchtigen und attraktiven Arbeitsmarkt in der Bundesrepublik Deutschland sowohl für Berufseinsteiger als auch für langjährige Fachkräfte.
Carbonbeton ist gestaltungsoffen.
Carbonbeton eröffnet den Architekten durch seine Flexibilität bisher nicht dagewesene Möglichkeiten im Betonbau, Geometrien für Bauteile und -werke zu entwerfen, die bisher nur schwer umsetzbar waren. Schlanke und frei formbare Bauteile ermöglichen eine völlig neue Formensprache in der Architektur. Module aus Carbonbeton können wiederum mit zusätzlichen Funktionen (Dämmen, Heizen, induktives Laden, Lichtleittechnik, Überwachen etc.) ausgestattet werden, wodurch eine „intelligente Vernetzung“ beispielsweise in Gebäuden oder Brücken wie auch entlang von Straßenzügen oder Bahnsteigen möglich ist.
Über den Bereich Download auf der Website des C³Verbandes erhalten Sie alle durch den C³Verband zusammengetragenen Unterlagen zur Carbonbetonbauweise zur freien Verfügung. Darüber hinaus haben die Mitglieder des C³Verbandes über die C³Cloud die Möglichkeit, auf weitere Daten und Informationen (Bild- und Videomaterial, Schlussberichte von Projekten, Statistiken, Studien etc.) zu zugreifen.
Der C³Verband vereint über 120 Mitglieder aus der Wirtschaft, Wissenschaft sowie Verbände und Vereine. Unsere Vision ist die positive und aktive Gestaltung des gegenwärtigen Wandels des Bauwesens durch die Etablierung des Carbonbetons. Die klimaneutrale Carbonbetonbauweise macht künftig das Bauen hochprofitabel, ressourcenschonend für unseren Planeten und beinhaltet multifunktionelle Möglichkeiten für alle Macher und Vorwärtsdenker.
Gemeinsam mit unseren Mitgliedern geben WIR Carbonbeton in der Fachwelt, Politik und Gesellschaft Sichtbarkeit, setzen WIR in der Carbonbetonbauweise internationale Standards, sind WIR Impulsgeber für Forschung und Entwicklung sowie koordinieren wegweisende Projekte, verfügen WIR über das neueste Wissen und sind WIR das weltweit größte Wertschöpfungsnetzwerk.
Gegenüber unseren Mitgliedern sehen wir uns in der Pflicht, SIE in der Welt des Carbonbetons zu etablieren und zu vernetzten, SIE für die Carbonbetonbauweise leistungsfähig zu machen, SIE auf den aktuellsten Wissenstand zu bringen, den Weg für IHRE Produkte und Dienstleistungen in der Politik freizumachen sowie SIE bei der Entwicklung von Produkten und Prozessen zu unterstützen.
Sie möchten die Zukunft als Mitglied aktiv mitgestalten, Sie möchten Kontakt zu einem unserer Mitglieder aufnehmen oder Sie möchten einfach nur etwas mehr über die Carbonbetonbauweise erfahren, zögern Sie nicht und kontaktieren Sie uns.