Textilbeton

Alternativen zum Stahlbeton

Alternativen zur Stahlbewehrung sind gefragt. Selbst bei sorgfältigster Verarbeitung lassen sich die Alterungsprozesse nicht aufhalten, die die Chemie von Stahl und Beton zusammen mit Wettereinflüssen zwangsläufig in Gang setzt. Wie umgehen, mit all dem korrodierenden Stahlbeton, aus dem unsere Häuser und wichtige Infrastrukturen errichtet sind? Textilbeton ist korrosionsbeständig und wird schon heute zur Instandhaltung von Stahlbetonbauten eingesetzt. Der Begriff fasst Verbundwerkstoffe zusammen, die aus einer Betonmatrix und einer textilen Bewehrung bestehen, die meist aus Glas- oder Carbonfasern hergestellt wird.

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Zusammensetzung

Die technischen Textilien werden zur Aufnahme von Zugkräften eingesetzt und ersetzen damit die Stahlbewehrung im Beton. Im Vergleich zu den üblichen Stahlbewehrungsmatten sind die textilen Bewehrungsmatten engmaschiger, dünner und flexibler. Außerdem sind die beständiger. Wegen genau dieser Eigenschaft kann die Betondeckung auf ein für den Verbund erforderliches Minimum reduziert werden. In der Folge sind deutlich geringere Bauteildicken möglich als bei der Verwendung von Stahlbeton.

Als Materialien bewährt haben sich vor allem alkaliresistentes Glas und Carbon. Geforscht wird außerdem an Textilbetonen mit Aramid-, Basalt- und Flachsfasern. Zusätzlich sind Beschichtungen aus erdölbasierten Kunststoffen nötig. Entscheidend für die Wahl der Körnung ist die Maschenweite des Bewehrungstextils, da dieses sicher ummantelt werden muss. Aber auch die geringeren Bauteildicken erfordern eine Anpassung der Betonzusammensetzung. Vor allem das Größtkorn der Gesteinskörnung muss kleiner sein. Die Bewehrungstextilien umschließt in der Regel ein fließfähiger, hochfester Beton mit einem Größtkorn von bis zu acht Millimetern. Insbesondere bei Sanierungsarbeiten wird Feinbeton, sprich zementbasierten, gefügedichten Mörteln, mit einem Korndurchmesser von einem Millimeter oder kleiner verwendet. Durch den Stahlverzicht kann auch der ph-Wert des Betons herabgesenkt werden. Das heißt, es kommen andere Bindemittel als Zement in Frage.

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Herstellung

Hohe Temperaturen und mehrstufige, chemische Prozesse mit zum Teil hohen Wasserverbrauch sind erforderlich, um die mineralischen oder fossilen Rohstoffe zu Fasern und Geweben zu verarbeiten. Die Herstellungsprozesse der für die Bewehrung nötigen Fasern unterscheiden sich, abhängig vom Material. 

Um die fertigen, gitterartigen Matten je nach Kraftrichtung im künftigen Bauteil präzise auszurichten, ist Handarbeit erforderlich. Auch das Ummanteln mit Beton geschieht nur teilweise automatisiert. Im Fertigteilbau, etwa bei Fassadenplatten, werden Schalungen verwendet. Die zwei dabei hauptsächlich eingesetzten Arbeitsverfahren sind Spritzen und Gießen.

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Bei Instandsetzungen werden Feinbeton und textile Bewehrung lagenweise appliziert. Begonnen wird mit einer dünnen Schicht Feinbeton, die auf den Bestand aufgetragen wird, zum Beispiel mit Spritzdüsen. Dann folgt die erste Bewehrungslage und anschließend die nächste Feinbetonschicht. In dieser Reihenfolge werden weitere Lagen aufgetragen, abhängig von der erforderlichen Ertüchtigung. Ganz ähnlich funktioniert das Nassspritzverfahren auch bei Neubauten: Wiederum mit Düsen werden zunächst wenige Millimeter dünne Schichten des Betons auf die Schalung aufgespritzt, dann eine Bewehrungsmatte positioniert und darauf die nächste Betonschicht aufgetragen.

Eigenschaften

Textile Bewehrungen sind im Gegensatz zur Stahlbewehrung nicht korrosionsempfindlich. Die Matten, Gewebe oder Gelege benötigen daher eine wesentlich geringere Betonüberdeckung. In Kombination mit der gegenüber Stahlbewehrungen wesentlich höheren Zugfestigkeit ist es folglich möglich, neue Bauteile schlanker zu dimensionieren oder bestehende Tragwerke materialsparsam zu verstärken. Durch die erhöhte Lebensdauer und die Schlankheit der Bauteile kann außerdem eine große Menge Beton eingespart werden.

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Textilbeton in der Praxis

Mit Textilbeton lässt sich die Traglast einer Konstruktion erhöhen, gleichzeitig können Verformungen begrenzt und Rissbreiten verringert werden. Die Verstärkung kann in dünnen Schichten auf bestehende Betonbauteile aufgetragen werden, da die Überdeckung der textilen Bewehrung nur etwa fünf bis zehn Millimeter betragen muss. Zudem können dank der Verformbarkeit des Textils auch Bauteile mit ungewöhnlichen Formen ertüchtigt werden. Die Matrix, in die das Gewebe eingebettet wird, ist in der Regel ein Feinbeton.

Aufgrund des geringen Materialeinsatzes bei gleichzeitig hohem bauphysikalischen Leistungsprofil eignet sich Textilbeton als Material für Vorhangfassadenplatten. Auch Sandwichpaneele sind erhältlich. Die Dämmschicht befindet sich dabei entweder zwischen zwei Textilbetonschalen oder zwischen einer tragenden Stahlbeton- und einer äußeren Textilbetonschale. Ein Beispiel, bei dem letztere verbaut wurden, ist das Bürohaus Eastside VIII in Mannheim. Für das verwendete Produkt, bei dem ein Schubgitter aus epoxidharzgetränkten Glasfasertextil die beiden Schalen verbindet, konnte inzwischen eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung erwirkt werden. Diese erlaubt den Einsatz als tragendes aussteifendes oder nicht tragendes Außenwandbauteil in nicht hinterlüfteten Fassadenkonstruktionen.

Grundsätzlich sind textile Bewehrungen prädestiniert für die Herstellung von frei geformten Betonbauteilen. Um Kräfte in beide Richtungen aufnehmen zu können, werden bei 3D-Formen in der Regel zwei textile Gittermatten biaxial miteinander verbunden. Anschließend lässt sich das Gelege in die gewünschte Form bringen und verharzen. Robotergestützte digitale Fertigungsmethoden, die Verwendung von textilen Bewehrungen bei 3D-Druckverfahren und weitere Anwendungsmöglichkeiten werden im Moment von verschiedenen Forschungsteams untersucht. Ebenso werden weitere Einsatzgebiete für Textilbeton erprobt, etwa als tragende Fertigteile oder als Material im Brückenbau.

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Weiterverwendung

Aufgrund der ausbleibenden Korrosion könnten Bauteile aus Textilbeton viele Jahrzehnte länger halten als solche aus Stahlbeton. Was aber passiert mit dem Textilbeton, wenn ein Gebäude abgerissen wird? Der Beton selbst lässt sich im Idealfall zerkleinern und kann dann als Gesteinskörnung für Recycling-Beton oder für Erd- und Straßenbaumaßnahmen verwendet werden. Ein großes Problem ist die Weiterverwendung der Kunststofffasern: Heutzutage werden sie in der Regel verbrannt, wobei sie für die Energieerzeugung nicht sehr ergiebig sind und außerdem viele schädliche Gase erzeugt werden. An der TU Dresden wird an einem Wiederaufbereitungsprozess für Carbonfasern gearbeitet, der jedoch ebenfalls enorme Mengen Energie und die Zugabe weiterer Kunststoffe erfordert.

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Die Bewehrung geht einen Verbund mit dem Beton ein, um dessen Tragwirkung zu verstärken.

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Textilbewehrungen erlauben dünnwandige Bauteile auszubilden, da die nicht-rostenden Matten verglichen mit Stahlbewehrungen eine deutlich geringere Betondeckung benötigen.

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Bewehrung

Textilbewehrung

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Bei der Herstellung von Textilbeton werden Fasern in Form von Matten, Gelegen oder Geweben in den Beton integriert.

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Mit Hochleistungsbeton lassen sich Bauteile deutlich filigraner gestalten, sodass sich Material und damit auch Energie einsparen lassen.

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