Textilbeton

Textilbeton ist ein Verbundwerkstoff aus einer Betonmatrix und einer textilen Bewehrung, die meist aus Glas, Basalt, Aramid oder Carbon besteht. Dafür werden lange Fasermaterialien mit Methoden der Textiltechnik zu Gelegen verarbeitet. Die daraus entstandenen gitterartigen Matten werden in die Bauteile je nach Kraftrichtung eingebracht und von einem geeigneten Beton ummantelt.

Gallerie

Während Textilbeton alle Verbundwerkstoffe aus Beton bezeichnet, die eine textile Bewehrung aufweisen, umfasst der Begriff des Carbonbetons ausschließlich Bauteile, die mit Carbon verstärkt sind – gleichgültig, ob es sich dabei um Stäbe oder textile Gelege handelt.

Eigenschaften
Textile Bewehrung ist im Gegensatz zu Stahlbewehrung nicht korrosionsempfindlich. Die Matten, Gewebe oder Gelege können sehr genau innerhalb des Bauteils positioniert werden und benötigen – da sie eben nicht rosten – eine wesentlich geringere Betonüberdeckung als Stahlbewehrungen. Dadurch können sie auch oberflächennah zum Einsatz kommen und ermöglichen dünnwandige Bauteile bzw. effiziente Tragwerksverstärkungen. Textile Bewehrungen erlauben die Herstellung von Bauteilen, die im Vergleich zu ähnlich leistungsfähigen Stahlbetonelementen deutlich leichter und flexibler in der Bauweise und Handhabung sind. Zudem kann durch die geringere Dicke massiv Beton eingespart werden.

Die Bewehrungstextilien umschließt in der Regel ein fließfähiger, hochfester Beton mit einem Größtkorn von bis zu acht Millimetern, in einigen Fällen wird auch Feinbeton mit einem Korndurchmesser von einem Millimeter oder kleiner verwendet. Entscheidend für die Wahl der Körnung ist die Maschenweite des Bewehrungstextils, da dieses sicher ummantelt werden muss. In den letzten Jahren werden für die Herstellung von Textilbetonbauteilen vermehrt sogenannte Normbetone eingesetzt.

Herstellung
Zur Herstellung einer textilen Bewehrung werden aus Endlos-Filamenten zunächst Rovings (Faserbündel) und schließlich textile Gelege mit einem Gitter in der gewünschten Maschenweite erzeugt. Als Materialien bewährt haben sich hierbei vor allem alkaliresistentes Glas und Carbon.
Da der Beton nicht bis in die Tiefe der Faserstränge eindringen kann, müssen textile Bewehrungen getränkt werden. Nur durch die Verklebung der Filamente können auch die innen liegenden Fasern aktiviert und mitbeansprucht werden. Verwendet werden Reaktionsharze (v.a. Epoxidharz) und wässrige Dispersionen (v.a. Styrol-Butadien), mit denen „steife“ oder „flexible“ Bewehrungstextilien hergestellt werden können. Flexible Verstärkungen lassen sich vor Ort noch verformen und an Bauteile anpassen. Da steife Verstärkungen vor allem bei textilen Bewehrungen aus Carbon eine höhere Bruchspannung aufweisen, eine kürzere Verankerungslänge benötigen und die Handhabung bei entsprechender Vorfertigung leichter ist, werden sie bei Neubauteilen deutlich häufiger eingesetzt.

Entwicklung
Die Grundlagen zur Herstellung und Anwendung von Textilbeton wurden zwischen 1999 und 2010 in zwei Sonderforschungsgebieten an der TU Dresden (SFB 528) und an der RWTH Aachen (SFB 532) geschaffen. Seit etwa 2010 wird der Baustoff praktisch angewendet, wobei viele Textilbetonbauteile noch eine Zulassung im Einzelfall erfordern. 2014 wurde das Konsortium „C³ – Carbon Concrete Composite“ gebildet, das in Deutschland derzeit größte Bauforschungsprojekt mit über 160 Mitgliedern. Gleichzeitig widmen sich einige Einrichtungen auch exotischeren Anwendungen: So hat etwa das Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, auf der BAU 2019 in München einen Textilbeton mit Flachsfaserbewehrung vorgestellt.

Textilbeton in der Praxis

  • Tragwerksinstandsetzung/-verstärkung
    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. Aktuelle Beispiele für die Anwendung sind die Verstärkung des Daches des Mariendom in Neviges von Gottfried Böhm und die Sanierung der Hyparschale Magdeburg von Ulrich Müther.
  • Brückenkonstruktionen
    Verkehrsbauwerke aus Stahlbeton sind durch die Einwirkung von Feuchtigkeit, Frost-Tausalz-Beanspruchungen und Luftschadstoffen besonderes von Karbonatisierung und der daraus folgenden Korrosion der Bewehrung betroffen. Die Verwendung von Textilbeton und darauf basierenden Hybridkonstruktionen liegt daher nahe. 2005 entstand für die Landesgartenschau in Oschatz eine erste Fußgängerbrücke in Textilbeton. In den Folgejahren wurde in Kempten eine 17 Meter lange und in Albstadt-Lautlingen eine 97 Meter lange Brückenkonstruktion geschaffen. Einen Trogquerschnitt besitzt die Carbonbeton-Brücke in Albstadt-Ebingen mit einer lichten Spannweite von 15 Metern. Eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für Fußgängerbrücken aus Textilbeton ist von Seiten der Industrie beantragt. 2016 wurde zudem die erste Straßenbrücke verwirklicht, bei der Textilbetonbauteile zum Einsatz kamen. Bei der Hybridkonstruktion lagern Carbonbetonplatten auf Stahlträgern auf.
  • Fassadenplatten
    Aufgrund des geringen Materialeinsatzes bei gleichzeitig hohem bauphysikalischen Leistungsprofil eignet sich Textilbeton als Material für Vorhangfassadenplatten. Im Moment sind kleinformatige Elemente mit einer Fläche bis zu etwa 3,5 Quadratmetern, einer Dicke von 20 bis 30 Millimetern und einer textilen Bewehrung aus alkaliresistenter Glas- oder Carbonfaser erhältlich, die bereits bauaufsichtlich zugelassen sind. Ein Beispiel für deren Anwendung ist das Büro- und Laborgebäude Skylabs in Heidelberg. Für großformatige Elemente mit bis zu 14 Quadratmetern und einer Dicke zwischen 30 und 50 Millimetern benötigt man in der Regel noch Zulassungen im Einzelfall, wie etwa beim Gebäudekomplex „Neuer Markt“ in Neumarkt.
  • Sandwichpaneele
    Für vorgefertigte Textilbeton-Außenwandelemente gibt es zwei Ausführungsvarianten: Paneele, bei denen die Dämmung zwischen zwei Textilbetonschalen sitzt und Paneele, bei denen sie von einer tragenden Stahlbetoninnenschale und einer äußeren Textilbetonschicht begrenzt wird. 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.
  • Freie Formen
    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.

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