Anbringen von Kohlenstofffaserlaminaten unter einer Decke
Korrosion metallischer Verstärkungen, alternde Materialien, strukturelle Risse… Angesichts der fortschreitenden Verschlechterung von Gebäuden (Parkhäuser, denkmalgeschützte Gebäude und Denkmäler) und Infrastrukturen (Brücken und Autobahnkreuze) stehen Bauingenieure vor einem Dilemma: neu bauen oder sanieren.
Abriss und/oder Wiederaufbau sind teuer, zeitaufwendig und verursachen einen hohen CO2-Fußabdruck. Die Sanierung mit Verbundwerkstoffen aus Kohlenstofffasern bietet einen wirtschaftlicheren und effizienteren Ansatz.
Seit über zehn Jahren beliefert Toray Carbon Fibers Europe Bauunternehmen mit hochleistungsfähigen Verbundwerkstofflösungen aus Kohlenstofffasern, pultrudierten Stäben und Laminaten. Damit können die Lebensdauer von Infrastrukturen verlängert und gleichzeitig neue seismische, mechanische und ökologische Anforderungen erfüllt werden.
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Die strukturellen Probleme im Bauwesen verstehen
Stahlbetoninfrastrukturen, seien es Brücken, Parkhäuser, öffentliche oder Industriegebäude sind folgenden Problemen ausgesetzt:
- Stahlkorrosion aufgrund von Feuchtigkeit und Salzen,
- Materialermüdung aufgrund wiederholter Belastung,
- Öffentliche Sicherheit, die dringende Maßnahmen erfordert.
Gleichzeitig müssen einige Strukturen weiterentwickelt werden, um neuen Anforderungen gerecht zu werden. Ein Beispiel hierfür ist die Verstärkung von Stützen, um höhere Lasten tragen zu können.
In vielen Fällen ist ein Neubau weder technisch gerechtfertigt noch wirtschaftlich rentabel. In solchen Fällen ist eine gezielte Sanierung die bevorzugte Lösung, insbesondere im Rahmen von Programmen wie dem französischen Nationalen Brückenprogramm (2023–2026). Dieses finanziert die Instandsetzung oder den Neubau beschädigter Infrastruktur.
Verbundwerkstoffe: Eine zuverlässige, leistungsstarke und langfristige Lösung
Was ist ein Verbundwerkstoff und warum wird er im Bauwesen verwendet?
Ein Verbundwerkstoff ist eine Verbindung aus zwei Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften:
- Eine Verstärkung (hier Kohlenstofffaser), die die mechanische Leistungsfähigkeit, insbesondere bei Zugkräften, gewährleistet.
- Eine Polymermatrix, in der Regel ein Epoxidharz oder Vinylester, die für den Zusammenhalt sorgt, die Fasern schützt und die Leistungsfähigkeit der Fasern überträgt.
Im Bauwesen werden kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) verwendet, um die Tragfähigkeit und Steifigkeit zu erhöhen, sowie die Biegefestigkeit zu verbessern, ohne das Gewicht der bestehenden Konstruktion wesentlich zu erhöhen.
H3/ Technische Eigenschaften von Kohlenstofffasern
Die von Toray Carbon Fibers Europe hergestellten Kohlenstofffasern werden aus Polyacrylnitril (PAN)-Fasern hergestellt, die einem Karbonisierungsprozess unterzogen werden. Dadurch erhalten sie mechanische Eigenschaften, die besonders gut für die Anforderungen von Bauingenieuren geeignet sind:
| Eigenschaft | Nennwert | Vorteile |
| Elastizitätsmodul | 230–600 GPa | Vergleichbare oder sogar höhere Steifigkeit als Stahl für eine wirksame Verstärkung |
| Zugfestigkeit | >3.000 MPa | Ideal zum Ausgleich von Zugschwächen in Betonkonstruktionen |
| Dichte | ~1,8 g/cm³ | Bis zu 5-mal leichter als Stahl |
| Korrosionsbeständigkeit | Ausgezeichnet | Keine Gefahr von Rost oder Verschleiß im Laufe der Zeit |
| Haltbarkeit | Ausgezeichnet | Beständigkeit gegen Frost-Tauwechsel, chemische Einflüsse und Feuchtigkeit |
Im Gegensatz zu herkömmlichen Metallverstärkungen ist Kohlenstofffaser selbst in aggressiven Umgebungen (Meeresumgebungen, verschmutzte städtische Gebiete usw.) nicht von Korrosion betroffen.
Daher gewährleistet die Verwendung von Kohlenstofffaser, dass die mechanische Leistungsfähigkeit über einen langen Zeitraum hinweg erhalten bleibt, ohne dass besondere Wartungsmaßnahmen erforderlich sind.
Toray Carbon Fibers Europe: ein komplettes und verfügbares Angebot
Toray Carbon Fibers Europe bietet gebrauchsfertige Produkte an, die für alle Arten von strukturellen Verstärkungen geeignet sind:
| Produkttyp | Verwendung | Vorteile |
| Pultrudierte Stäbe | Verankerung, Verstärkung | Hohe Präzision, einfache Installation |
| Kohlenstofffaserlaminate | Lastübertragung auf Platten und Träger | Schnelle Installation, hohe Widerstandsfähigkeit |
Alle unsere Produkte werden in Frankreich hergestellt und sind sofort verfügbar, was schnelle Einsätze vor Ort ermöglicht, um sensible Standorte oder dringende Situationen zu bewältigen.
Rehabilitationsfälle: Stärken, Anpassen, Nutzungsdauer verlängern
Verbundwerkstoffe auf Kohlenstofffaserbasis haben sich inzwischen in zahlreichen Infrastrukturen, Gebäuden und Denkmälern bewährt.
Toray Carbon Fibers Europe bietet regelmäßig maßgeschneiderte Lösungen für Kunden, die an Standorten arbeiten, die saniert werden müssen. Diese Verbundlösungen ermöglichen die Reparatur und Anpassung von Bauwerken an neue Vorschriften und/oder technische Anforderungen und vermeiden teure, invasive und zeitaufwändige Bauarbeiten.
1. Verstärkung von Parkhäusern
Mit dem Aufkommen von Elektrofahrzeugen, deren Gewicht deutlich höher ist als das von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (zwischen 20 und 30 % mehr), sind viele bestehende Parkhäuser nicht mehr in der Lage, das Gewicht der aktuellen rollenden Lasten sicher zu tragen.
- Problem: Betonplatten, die vor 20 bis 30 Jahren entworfen wurden, weisen strukturelle Schwächen auf und sind aufgrund des zusätzlichen Gewichts der Fahrzeuge von vorzeitigen Rissen bedroht.
- Lösung: Die Lösung von Toray Carbon Fibers Europe besteht darin, Kohlenstofffaserlaminate an der Unterseite der Platten anzubringen, um deren Tragfähigkeit zu erhöhen, ohne dass die Anlage abgerissen oder geschlossen werden muss. Dieser Vorgang kann innerhalb weniger Tage durchgeführt werden und ermöglicht es, diese Strukturen langfristig zu sichern.
Aufladen von Elektrofahrzeugen auf einem Stahlbetonparkplatz mit Kohlenstofffaserstreifen, die unter den Platten sichtbar sind.
2. Erdbebensicherheit: Anpassung öffentlicher Gebäude
Viele Gebäude, die vor der Einführung der Europäischen Norm Eurocode 8: Bemessung von Bauwerken gegen Erdbeben (EC8) errichtet wurden, verfügen nicht über die erforderlichen Verstärkungen, um einem Erdbeben geringer oder mittlerer Intensität standzuhalten.
- Problem: Schulen, Krankenhäuser, Rathäuser oder Wohngebäude, die sich in Gebieten mit mittlerer bis hoher Erdbebengefahr befinden, müssen der Norm EC8 entsprechen. Um weitreichende Störungen zu vermeiden, muss bei der Sanierung vermieden werden, dass die Bewohner umziehen müssen.
- Lösung: Die Lösung von Toray Carbon Fibers Europe besteht darin, Kohlenstofffaserlaminate oder -stäbe an tragenden Wänden, Böden oder strukturellen Knotenpunkten anzubringen. Diese Lösung trägt dazu bei, die Stabilität der Struktur zu verbessern und das Risiko eines Einsturzes bei seismischen Aktivitäten zu begrenzen.
3. Infrastruktur sanieren
Im Rahmen des Nationalen Brückenprogramms 2023–2026 stellt die französische Regierung Finanzmittel zur Verfügung, um Kommunalverwaltungen bei der Instandsetzung oder dem Wiederaufbau kritischer Infrastruktur zu unterstützen. Vorrang haben dabei Infrastrukturen, die sich in einem schlechten Zustand befinden, die Sicherheit der Nutzer gefährden oder die Kontinuität lokaler Dienstleistungen beeinträchtigen. Bei einem Großteil dieser Bauwerke müssen Träger, Platten oder Fahrbahnen repariert und/oder verstärkt werden, ohne den Verkehrsfluss zu stören oder zu unterbrechen.
- Problem: Reparaturarbeiten müssen schnell, oft unter beengten Verhältnissen und mit begrenztem Budget durchgeführt werden.
- Lösung: Die Lösung von Toray Carbon Fibers Europe besteht in der Verwendung von Kohlenstofffaserlaminaten, die mit einem Klebstoff auf die Unterseite der Brückenfahrbahn oder Unterkonstruktion aufgebracht werden können. Verbundwerkstoffe ermöglichen schnelle Eingriffe, ohne dass Kräne oder eine große Anzahl von Arbeitskräften erforderlich sind.
Neben der Bereitstellung leistungsstarker technischer Lösungen bieten die Verbundwerkstoffprodukte von Toray Carbon Fibers Europe einen nachhaltigeren Ansatz für Tiefbauprojekte: Sie vermeiden Abrissarbeiten, reduzieren Bauabfälle und verlängern die Lebensdauer der Infrastruktur.
Die Sanierung erweist sich als strategisch sinnvoller Ansatz, der messbare Vorteile in Bezug auf Kosteneffizienz, Betriebsleistung und Umweltverträglichkeit bietet.
