Superdünne Instant-Betonplatten mit Carbon entwickelt

Ingenieure der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW haben mit Carbon armierte Betonplatten entwickelt. Diese sind nicht nur äusserst stabil, leicht und rostfrei, sondern können auch industriell hergestellt sowie beliebig zugeschnitten werden. Nun wurden sie mit einem deutschen Industrie-Innovationspreis ausgezeichnet.

Wie die Stahlverstärkung im Beton durch Carbon ersetzt werden könnte, wird seit einigen Jahren erforscht. Denn Carbon respektive Kohlenstoff ist zehnmal tragfähiger und fünfmal leichter als Armierungsstahl. Getüftelt wird mit schlaff eingelegten Fasern, Netzen oder Stäben aus Carbon. Die hervorragenden Eigenschaften des Carbons kommen zusammen mit Beton jedoch nur zum Tragen, wenn das Carbon vorgespannt eingesetzt wird. Und dies ist ZHAW-Forschern in einem KTI-Forschungsprojekt nun optimal gelungen: Zusammen mit dem Industriepartner Silidur AG haben die ZHAW-Bauingenieure Hightech-Betonplatten entwickelt, die mit vorgespanntem Carbon armiert sind. Diese CPC-Betonplatten (Carbon Prestressed Concret) sind nicht nur äusserst stabil, leicht und rostfrei, sondern können auch industriell hergestellt sowie beliebig zugeschnitten werden. Zudem belasten sie bei der Herstellung die Umwelt um bis zu 75 Prozent weniger als Stahlbeton. Und da 90 Prozent weniger Carbon verbraucht wird als bei herkömmlichen Carbon-Betonplatten ist die neue Konstruktionsmethode trotz hoher Kosten für Carbon so wirtschaftlich wie Stahlbeton.

Hightech-Carbonbetonplatten ausgezeichnet
Am International Composites Congress in Stuttgart wurden die ZHAW-Forschenden diesen Herbst für die Entwicklung ihrer filigranen CPC-Platten mit dem AKV-Innovationspreis in der Kategorie «Produkte und Anwendungen» ausgezeichnet. Dieser Preis wird jährlich von der Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe AVK verliehen. «An vier Carbon-Fasersträngen könnte ein Auto aufgehängt werden, aber sobald sie quer belastet oder verknüpft werden, brechen sie sogleich», so Josef Kurath, Leiter der Fachgruppe Faserverbundkunststoff der ZHAW. «Deshalb ergänzen sich vorgespannte Carbonfasern und Beton perfekt. Carbon absorbiert die Zugkräfte und Beton den Druck sowie die quer wirkenden Kräfte.» Und während konventionell armierte Betonplatten Risse kriegen, federt die CPC-Platte bei Belastung unbeschädigt zurück. Das grösste Potenzial der entwickelten CPC-Platten sieht der ZHAW-Bauingenieur aber darin, dass diese industriell hergestellt sowie massgeschneidert zugeschnitten werden können und nicht rosten. Da die Betonplatten ohne Armierungsstahl viel dünner konstruiert werden können, werden zudem wertvolle Ressourcen wie Wasser und Sand gespart und so der Energieverbrauch gesenkt.

Leichteste Betonbrücke der Welt
Einerseits eröffnen diese dünnen Platten den Architekten völlig neue gestalterische Möglichkeiten, da sie in beliebigen Formen zugeschnitten werden können – millimetergenau dank digitalen Daten per CNC-Maschinen (Computerized Numerical Control). Anderseits wird auf der Baustelle Zeit gespart, da die Carbonbeton-Halbfabrikate industriell hergestellt werden und somit die aufwändigen Armierungsarbeiten vor Ort wegfallen. «Neben dem Einsatz in Neubauten eignen sie sich auch sehr gut für die Sanierung bestehender Bauwerke, deren Lebensdauer sich dadurch beträchtlich verlängert», so ZHAW-Forscherin Antje Sydow. So wurde beispielsweise kürzlich eine Fahrradbrücke in Winterthur mit den CPC-Platten saniert. Und das mit einer gerade mal vier Zentimeter dünnen und knapp acht Meter langen Platte. Fest mit einem darunterliegenden Tragrahmen verklebt, trägt sie das Geländer und alle Nutzlasten. Ein zusätzlicher Fahrbelag ist nicht nötig. Mit ihrem Gesamtgewicht von 3200 Kilogramm wiegt die filigrane Carbonbeton-Brücke rund fünfmal weniger als eine konventionelle Konstruktion. «Damit ist sie die leichteste Betonbrücke der Welt», erklärt Sydow. «Zudem rostet sie nicht, und das ist im Brückenbau ein wichtiges Thema».

Die leichteste Betonbrücke der Welt steht in Winterthur.
Die leichteste Betonbrücke der Welt steht in Winterthur.
Die leichteste Betonbrücke der Welt steht in Winterthur.
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