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Carbonbeton: Universität Augsburg entwickelt Baustoff der Zukunft
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Universität Augsburg

Carbonbeton: Universität Augsburg entwickelt Baustoff der Zukunft

Der Grundstein für das Forschungsgebäude „MRM“ wurde aus Carbonbeton gefertigt. Foto: B4B WIRTSCHAFTSLEBEN SCHWABEN

Carbon gilt als Stoff der Zukunft. Nun haben Chemiker der Universität Augsburg herausgefunden, wie sich Carbon-Kurzfasern auch für die Zementherstellung verarbeiten lassen.

von Iris Zeilnhofer, Online-Redaktion

Erstmals berichteten Wissenschaftler um Prof. Dr. Dirk Volkmer am Lehrstuhl für Festkörperchemie der Universität Augsburg im Journal „Cement and Concrete Research“ von einem neuen ressourceneffizienten Verfahren. Dabei werden die Carbon-Kurzfasern in zementären Baustoffen gezielt ausgerichtet und festigen damit den Zement nachweislich. So wird der eigentlich spröde Werkstoff „Zement“ zu einem high-performance Strukturbiomaterial.

Baubranche will auf Stahlarmierung von Betonbauteilen verzichten

Die Universität Augsburg arbeitet bei der Entwicklung mit dem Baustoff-Unternehmen Schwenk KG zusammen. Faserverstärkte Mörtel und Betone finden immer mehr Interesse in der Bauindustrie. Denn die Faserzusätze verbessern auch die geringe Zugfestigkeit von unbewehrtem Beton. Ziel ist es, zukünftig auf eine Stahlarmierung von Betonbauteilen verzichten zu können.

Düsenverfahren richtet Carbon-Kurzfasern gezielt aus

Volkmers Augsburger Forschergruppe entwickelte dazu ein Konzept, das ein gezieltes Ausrichten von Carbon-Kurzfasern in einer Mörtelmischung möglich macht. Sie entwickelten ein „Düsenverfahren“, bei dem die Faser-Zementmasse durch eine enge Düse gepresst wird. Durch eine entsprechende Anpassung des Düsenquerschnitts kann eine Vorzugsausrichtung der Fasern beim Durchtritt durch die Düse erzwungen werden. Die Carbon-Kurzfasern orientieren sich dabei parallel zur Richtung der Mörtelmasse bei deren Austritt durch die Düse. „Erst mit unserem Düsenverfahren und der Ausrichtung der Fasern entlang der auftretenden Zugkräfte erhielten wir ein Material, das äußerst zäh und bruchfest ist“, berichtet Volkmers Doktorand Manuel Hambach. Durch die gezielte Faserorientierung wird der Baustoff um 1340 Prozent fester.

Carbonbeton ist ein wichtiger Meilenstein

„Unsere Mischung aus Zement, Wasser und gerichteten Carbon-Kurzfasern ist damit der erste zementäre Baustoff, der über eine Biegezugfestigkeit verfügt, die höher ist als seine Druckfestigkeit. Für die Entwicklung von Gebäudekonstruktionen, bei denen die übliche Stahlbewehrung reduziert oder bei denen auf solch eine Stahlbewehrung komplett verzichtet werden soll, ist dies ein wichtiger Meilenstein“, so Volkmer, „denn unser Material weist ähnlich hohe Festigkeiten auf wie das Hartgewebe von Säugetierknochen, das Wissenschaftler aus aller Welt seit Jahrzehnten biomimetisch nachzuahmen versuchen.“

Grundstein des Augsburger Forschungsgebäude „Materials Resource Management“ aus Carbonbeton

Um den Baustoff praktisch anwenden zu können, muss das Konzept des Düsenverfahrens realitätsnah übertragen werden. Derzeit kann dies auf Baustellen noch nicht umgesetzt werden. Als Lösung schlagen die Augsburger Wissenschaftler den 3D-Druck vor. Dieser gewinnt immer mehr an Bedeutung in der Materialforschung und -entwicklung. „Erste Prototypen von Häusern, die mit Hilfe von 3D-Druckern hergestellt wurden, erregen schon seit einigen Jahren das öffentliche Interesse“, so Volkmer. Auch der gelegte Grundstein für das neue Augsburger Forschungsgebäude „Materials Resource Management“ (MRM), wurde mit einem 3D-Drucker aus dem Carbonbeton FIBRACRETE angefertigt.

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