Sensoren im Carbonbeton

Leicht, langlebig, ressourcenschonend – mit diesen Eigenschaften revo­lu­tio­niert der neue Baustoff Carbon­beton die Baubranche. Im Vergleich mit Stahl­beton reduziert die Herstellung von Carbon­beton den Kohlen­dioxid-Aus­stoß und senkt die Herstellungs­kosten. Mehr als 130 Partner – unter anderem aus den Bereichen Bau­physik, Bau­inge­nieur­wesen, Bau­planung, Statik und Archi­tektur – arbeiten in dem vom Bundes­minis­terium für Bildung und Forschung geförderten Spitzen­cluster „C³ – Carbon Concrete Composite“ mit. Seit September 2015 gehen Forscher der Uni Hannover im Rahmen von C³ der Frage nach, wie der neue Bau­stoff in seiner Funktio­nalität über seine gesamte Lebens­dauer von bis zu siebzig Jahren zuver­lässig über­wacht werden kann. Der Titel des von der TU Dresden geleiteten Vorhabens lautet „Dauer­haftig­keits­unter­suchung von faser­optischen Sensoren zur Zustands­über­wachung von C³-Bauteilen. Für die ersten zwei Jahre sind dazu rund 283.000 Euro bewilligt, das gesamte Projekt wird vom BMBF mit insge­samt 45 Millionen Euro gefördert. Am 4. Dezember 2015 erhielt das C³-Projekt als größtes deutsches Bau­forschungs­projekt den vom BMBF initiierten Deutschen Nach­haltig­keits­preis Forschung. Eine Woche später verlieh das Bundes­ministerium für Wirt­schaft und Energie zusammen mit weiteren Partnern dem Projekt den Deutschen Roh­stoff­effizienz­preis.

„Das Monitoring von Bauwerken erfolgte bislang relativ aufwändig über Mess­geräte, die erst auf dem Bau­werk, etwa am Brücken­pfeiler oder auf der Beton­decke ange­bracht werden müssen“, sagt Bernhard Roth, der Leiter des Projekts am Hannoverschen Zentrum für Optische Techno­logien. „Aber warum sollte man die Sensoren nicht gleich direkt in den Bau­stoff integrieren? Aus­gehend von dieser Frage haben wir Glas­fasern mit optischen Sensoren ausge­stattet und wollen sie direkt im Carbon­beton verbauen. Über Laser­licht­signale sind so Dehnungen aber auch Feuchtig­keits- und Temperatur­änderungen sicher und zuver­lässig messbar. Das hilft, Schäden wie Risse im Beton oder Verformungen früh­zeitig zu loka­lisieren.“ Ziel sei es, eine integrale Bauweise zu schaffen, die Trag­struktur, Hüll­struktur und technische Intelligenz vereint. „Wir untersuchen in drei Arbeits­paketen den Verbund zwischen optischen Glas­fasern und Carbon­faser-Bewehrungen, prüfen die Dauer­haftig­keit von optischen Glas­fasern unter beton­chemischer sowie –mechanischer Belastung und stellen sicher, dass die faser­optischen Sensoren auch über den gesamten Lebens­zyklus des Bau­werkes mit der Mess­technik kompa­tibel bleibt“, sagt Kort Bremer, der das Projekt am HOT durch­führt.

Zurzeit wird Carbonbeton erst vereinzelt eingesetzt. Der leichte und flexible Baustoff ist zum Beispiel bei Gebäude­sanierungen im Einsatz, wenn alte Dach­konstruktion aus statischen Gründen nur geringe zusätz­liche Lasten aushalten. Auch für Brücken­reparaturen oder beim nach­träglichen Anbau von Balkonen ist Carbon­beton der ideale Bau­stoff. Bislang waren hierzu stets Einzel­genehmigungen nötig. Ziel des Projekts C³ ist es auch, für Carbon­beton eine generelle Zulassung zu erhalten. Damit würde ein Paradigmen­wechsel nicht nur im Bau­wesen sondern auch in der Stadt­ent­wicklung einge­läutet.

LUH / RK