Die Carbonbetonbauweise gilt als Schlüsseltechnologie für ressourcenschonendes Bauen: bis zu 80 % Beton und 50 % CO₂-Emissionen können dadurch eingespart werden. Der entscheidende Hebel für den industriellen Markteintritt liegt nicht allein in den Materialkennwerten, sondern in der Standardisierung und Zertifizierbarkeit der Halbzeuge und Prozesse. Das Flechten als industriell etabliertes Fertigungsverfahren erzeugt reproduzierbar geometrisch definierte Fadenarchitekturen mit hoher Prozessstabilität und schafft belastbare Bemessungsgrundlagen für Zulassungsverfahren wie ZiE oder abZ.

Ausgangslage

Historisch hat sich im Baugewerbe der längsgerippte Baustahl BST 500 mit Verbundfestigkeiten von 30-40 MPa bei einer Betondruckfestigkeit von 90-120 MPa durchgesetzt. Die mechanische Verzahnung der Rippenreihen mit der Betonmatrix gewährleisten den hohen Formverbund und damit einhergehend einer hohen Verbundfestigkeit. Aktuelle CFK-Bewehrungsstäbe werden den Anforderungen an die Verbundfestigkeit noch nicht gerecht. Die Ursache liegt in der subtraktiven oder additiven Herstellung der Oberflächenstrukturen (Abb.1). Bei der spanenden Fertigung wird der tragfähige Querschnitt reduziert und der Faserverlauf unterbrochen. Die Kraftübertragung erfolgt ausschließlich über die Matrix zwischen Rand- und Kernfilamenten. Additiv aufgebrachte Kern-Mantel-Strukturen weisen zusätzliche Grenzflächen auf, die bei geringer Schubspannungen zu Delaminationen und vorzeitigem Abscheren der Profilierung führen.

Innovationsansatz Flechttechnik

Einstufige Fertigungstechnologien ermöglichen profilierte Oberflächengeometrien ohne Unterbrechung des Faserverlaufes und eine Festverankerung aller Fasern ohne frühzeitig versagende Kern-Mantel-Struktur. Die etablierte Flechttechnik eröffnet neue Möglichkeiten zur standardisierten und gezielten Ausbildung mechanischer Verzahnungen zwischen den Stabrippen und dem umgebenen Beton (Abb. 2). Dadurch kann die Verbundfestigkeit nichtmetallischer Bewehrungen signifikant verbessert und die Differenz zu Stahlbewehrungen (CFK < 20 MPa) reduziert werden. Die Herstellung genormter nichtmetallischer Bewehrungsstäbe durch Flechttechnologie bietet wesentliche Vorteile:

• gezielte Verschiebungen des Flechtmittelpunktes erzeugen variable Geflechtquerschnitte und ermöglichen eine präzise Einstellung der Prozessparameter (z.B. Fadenspannung),
• hohe Zugfestigkeiten bei vollständiger Tragfähigkeit des Faserquerschnittes sind mit etablierten Rebars vergleichbar,
• hohe Materialvariabilität sowie Potenzial zur Sensorintegration in die Faserstruktur ermöglichen eine Versagensankündigung.

Das Forschungsprojekt entwickelt auf Grundlage einer simulationsgestützten Auslegung modifizierte und standardisierbare Flechtstrukturen, die als getränkte, nichtmetallische Bewehrungsstäbe für Rebars im Bauwesen eingesetzt werden können.

Ausblick
Die angestrebten Verbundfestigkeiten der GRip-Bars von 25-30 MPa in Kombination mit den hohen Zugfestigkeiten von Rebars sowie Skalierungsmöglichkeiten für große Bewehrungsquerschnitte (Durchmesser 6-20 mm) qualifizieren die neuen Flechtbewehrungen als Längsbewehrungen in Decken, Balken und Stützen. Dieses Bewehrungssystem trägt zu einem nachhaltigen Bauwesen bei und ermöglicht schlanke, ressourceneffiziente sowie korrosionsbeständige Tragstrukturen, die den Anforderungen einer nachhaltigen Bauwirtschaft gerecht werden. Besonders in kritischen Infrastrukturen wie Brücken und Tunneln gewährleistet es durch seine hohe Robustheit und Korrosionsbeständigkeit eine verlängerte Lebensdauer und reduziert gleichzeitig die Instandhaltungskosten erheblich.