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Prototyp soll Revolution des Brückenbaus einläuten

Brückenwunder aus Carbonbeton?

| Redakteur: Christian Lüttmann

Deutschlands Brücken sind marode. Viele der etwa 40 000 Stahlbeton-Konstrukte müssen saniert oder ersetzt werden, weil sie von Korrosion zerfressen sind. Bei neuen Brücken soll Carbonbeton für längere Haltbarkeit, größere Stabilität und geringere Kosten sorgen. Ein Prototyp für die „Brückenrevolution“ wird nun an der Technischen Universität Berlin getestet.

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3D-Visualisierung der entworfenen integralen Überführungsbrücke mit Halbfertigteilen aus vorgespanntem Carbonbeton
3D-Visualisierung der entworfenen integralen Überführungsbrücke mit Halbfertigteilen aus vorgespanntem Carbonbeton
(Bild: sbp)

Berlin – Einsturzgefahr, Sperrungen, notwendige Investitionen in Milliardenhöhe. Der größte Feind aller großen Brücken weltweit ist Korrosion. In Deutschland gibt es allein 40.000 Fluss- und Autobahnbrücken aus Stahlbeton. Und sehr viele davon haben ihre beste Zeit hinter sich. Gebaut zwischen 1960 und 1985 müssen etwa die Hälfte von ihnen in naher Zukunft ersetzt werden. Der Grund: Durch Schäden im Beton dringt Wasser ein und setzt über Jahrzehnte der Stahlbewehrung zu. Selbst feinste Risse gefährden so über die Zeit die Stabilität der Bauwerke. Die Hoffnung auf Rettung richtet sich deshalb auf einen innovativen Verbundbaustoff, der den Brückenbau revolutionieren soll: Carbonbeton. Nun wurde die weltweit erste integrale vorgespannte Carbonbeton-Brücke zu Forschungszwecken an der TU Berlin aufgebaut.

Schon seit einigen Jahren erforschen die Bauingenieure der TU Berlin in dem größten Bauforschungsprojekt Deutschlands gemeinsam mit anderen Forschungseinrichtungen und industriellen Partnern das Potenzial von Carbonbeton, einer Kombination aus dem kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff Carbon und Beton.

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Mit dem BMBF-Verbundprojekt „C3 – Carbon Concrete Composite“ gelang den Forschern der TU Berlin nun ein neuer Coup: In einer mitternächtlichen Aktion lieferten Schwertransporter einen Brücken-Prototyp – die weltweit erste integrale vorgespannte Carbonbeton-Brücke – in die Peter-Behrens-Halle des TU-Instituts für Bauingenieurwesen auf dem historischen AEG-Gelände in Berlin-Wedding. Die Brücke soll weiteren experimentellen Untersuchungen dienen.

Die Sicherheit der alten Brücken bröckelt

Die Zeit drängt, denn schon müssen erste Brücken zeitweilig gesperrt werden – in Berlin wie in anderen deutschen Städten. Auch bei dem tragischen Brückeneinsturz im italienischen Genua 2018 wurde als Ursache das Versagen der Stahlbewehrung vermutet. Betroffen von der Korrosion sind aber auch Tunnel, Dächer, Gebäudefassaden und Großanlagen.

„In einem Tragwerk aus Beton mit Carbonbewehrung muss die Bewehrung vorgespannt werden, um dieses Hochleistungsmaterial voll auslasten zu können. Mit diesen vorgespannten Tragwerken beschäftigen wir uns hier am Fachgebiet vor allem“, sagt Alex Hückler, der das Projekt an der TU Berlin koordiniert. „Die Vorspannung der in den Beton eigebetteten Bänder und Seile aus Carbon muss über die gesamte Länge der Brücke tragen, Schwingungen zulassen und Bruchfestigkeit und Stabilität garantieren.“

Carbonbeton verspricht viele Vorteile

Der Beton mit Carbonverstärkung hat aus Sicht der Forscher das Potenzial, nicht nur die künftigen Herausforderungen zu meistern, sondern den Brückenbau zu revolutionieren: „Er ist strapazierfähig, robust, schont Ressourcen und ist damit auch besonders wirtschaftlich“, zählt Hückler die Vorteile auf. „Immerhin ist Beton das weltweit meistverwendete Material nach Wasser und in der Herstellung sehr CO2-intensiv.“

Da Carbon, anders als Stahl, nicht korrodiert, können die Spannseile also mit weniger Beton ummantelt werden, sogar mit porösem Leichtbeton. So hat eine Carbonbeton-Brücke ein deutlich geringeres Gewicht im Vergleich zu einer Stahlbeton-Brücke, und die Carbonbewehrung ist bis zu fünfmal fester als die Stahlbewehrung. Diese Einsparung von Beton schont nicht nur öffentliche und private Geldbeutel, sondern auch Ressourcen.

Materialtest für eine Brückenrevolution

Doch bis die erste Brücke mit einer sechsspurigen Autobahn und einer Durchfahrtshöhe und -breite von 4,70 mal 36 Meter eine Straße oder einen Fluss überspannt, stehen lang andauernde Prüfungen bevor. „Dazu wollen wir hier in der Peter-Behrens-Halle diverse experimentelle Kurz- und Langzeit-Untersuchungen an der 20 Meter langen Testbrücke durchführen“, sagt Hückler. So werden u.a. rund ein Jahr lang tonnenschwere Gewichte auf der Testbrücke im Wedding lagern. „Für die Untersuchungen befinden sich die vorgespannten Carbonlitzen in einem dünnen Kanal quer durch die Brücke. So kann man von Zeit zu Zeit mit Mini-Kameras kontrollieren, wie sich das Material innerhalb der Brücke unter Belastung verhält, welche Ermüdungserscheinungen auftreten et cetera.“

Kurzvideo vom Aufbau der Brücke in der Peter-Behrens-Halle in TU Berlin:

Hückler ist sich sicher: „Die Zukunft wird den schlanken, materialreduzierten und damit nicht nur kostengünstigeren, sondern auch umweltfreundlicheren Strukturen für Straßen, Brücken und Gebäude gehören.“

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