Im Rahmen einer Produktaktualisierung wurde die Anwendung des innovativen Werkstoffs Carbon-/Textilbeton im Bereich der Bodenplatte eines Fertigteilgaragentyps erfolgreich zum Abschluss gebracht. Das eigentliche Projektziel, der Material- und damit verbundenen Gewichtseinsparung, bei Anwendung der Carbon-/Textilbetontechnologie wurde deutlich erreicht. Neben der signifikanten Materialeinsparung und der damit verbundenen Reduktion der CO2-Emissionen konnten durch zwei Prototypen auch die Wirtschaftlichkeit des neuen Garagentyps nachgewiesen werden.

Vorteile des Carbon-/Textilbetons wirtschaftlich nutzen

Die Firma REKERS Betonwerk GmbH & Co. KG verfolgt mit großem Interesse seit einiger Zeit die Entwicklungen im Bereich des Carbon-/Textilbetons. Erste Erfahrungen wurden dabei bereits 2003 im Rahmen eines von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) geförderten Forschungsvorhabens mit dem neuartigen Baumaterial gesammelt „AiF-Zutech-Nr.: 91 ZBG „Entwicklung textiler Bewehrung für die Wetterschutzschicht und die Innenschicht neuartiger großformatiger selbsttragender Wand- und Leichtbauplatten hoher Dämmwirkung““. Die Vorteile des Werkstoffs Carbon-/Textilbeton wurden dabei seit längerem von der Forschung hoch angepriesen. Infolge von Materialeinsparungen können massive Betonbauteile nun schlanker ausgebildet werden. Neben der Reduzierung des Eigengewichtes, dem Verbrauch von Ressourcen und dem geringeren CO2-Ausstoß bei der Herstellung können die Bauteile infolge einer nichtrostenden Bewehrung nun auch dauerhafter umgesetzt werden. Durch diese herausragenden Eigenschaften können Fertigteilgaragen mit Carbon-/Textilbeton wirtschaftlicher geplant und umgesetzt werden.

Entwicklungs- und Nachweisprozess

Die im Bild gezeigte Garage wurden im Rahmen eines Industrieentwicklungsprojektes zusammen mit der CARBOCON GMBH entwickelt. Die wesentlichen Anforderungen und Randbedingungen (siehe oben) wurden zu Projektbeginn festgelegt. Des Weiteren sollte der neue Garagentyp den Qualitätsstandards der bisherigen Garagen entsprechen und trotz der geringeren Bauteilquerschnitte, durch die Anwendung einer nichtrostenden Bewehrung, ein dauerhaftes und somit nachhaltiges Produkt für den Kunden sein.

Die entwickelte Fertigteilgarage wurde sowohl statisch als auch experimentell durch CARBOCON nachgewiesen. Der neue, modifizierte Garagentyp besteht aus einer Bodenplatte aus Carbon-/Textilbeton und aus weiterhin konventionell bewehrten Wänden und Decke aus Stahlbeton. Der konventionelle Garagenboden (Vollplatte) wurde in eine Rippenplatte (Rippen in Querrichtung) aufgelöst. In Garagenlängsrichtung wird ein Carbongitter der Firma solidian GmbH und der Glasfaserstab Schöck Combar® in Garagenquerrichtung als nichtrostende Bewehrungen angeordnet. Als Beton wird ein angepasster werkseigener Normbeton der Festigkeitsklasse C50/60 mit Größtkorn 8 mm eingesetzt.

Als Teil einer Machbarkeitsstudie zu Beginn wurde iterativ überprüft, welche „Tragstruktur/Bauteil“ der bisherigen Garage das größte Potenzial in Bezug auf Gewichtsreduktion unter Einhaltung der statischen und vorhandenen werkstechnischen Randbedingungen besitzt. In diesem Planungsschritt stellte sich die Bodenplatte als maßgebendes Bauteil dar. Hier ließ sich rein rechnerisch eine Gewichtseinsparung von über 850 kg ermitteln. Zu diesem Zeitpunkt wurden neben den neuen Querschnittswerten auch die einzelnen Materialien für die folgenden Schritte bestimmt. So konnte schon zu Beginn mittels vereinfachter statischer Nachweise das neuentwickelte Bauteil im Anwendungsbereich „Bodenplatte“ einer Garage entsprechend der DIN EN 13978-1 Betonfertigteilgaragen nachgewiesen werden.

Aufbauend auf den rechnerischen Ergebnissen erfolgten erste experimentelle Versuche zur Überprüfung der Kombinierbarkeit der gewählten Baumaterialien. Während dieser Phase wurden neben dem Planer/Entwickler auch der Gutachter (Institut für Massivbau der Technischen Universität Dresden) im Prozess integriert. Diesem wurden die ersten statischen und experimentellen Ergebnisse vorgelegt sowie auf ihre Vollständigkeit und spätere Übertragbarkeit geprüft. Im Anschluss (Anfang 2019) wurde die oberste Baubehörde in Deutschland, das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt), einbezogen. Durch die Projektbeteiligten wurde das relevante Versuchsprogramm zur experimentellen und statischen Nachweisführung der konzeptionierten Bodenplatte erarbeitet und abgestimmt. Dies beinhaltete kleinbauteilige Versuche zur Ermittlung der Eigenschaften der gewählten Bewehrungsmaterialien im Beton (unter anderem Zug- und Verbundverhalten des Bewehrungsgitters im Beton) sowie Großbauteilversuche zum Tragverhalten (unter anderem Biegung und Durchstanzen).

Die experimentell nachzuweisenden Bauteile wurden im Fertigteilwerk in Groß Ammensleben hergestellt. Diese Bauteile konnten dabei bereits ohne größeren Aufwand in die Produktion integriert werden. Die Prüfungen erfolgten anschließend nach Erreichen der 28-Tagefestigkeit in Laboren der TU Dresden. Die hierbei ermittelten Ergebnisse und Erkenntnisse der neuartigen Bodenplatte wurden von allen Beteiligten als positiv beurteilt, um darauf aufbauend eine allgemein bauaufsichtliche Zulassung (abZ) / allgemeine Bauartengenehmigung (aBG) zu erwirken.

Im Herbst 2021 wurden zwei Prototypen in Groß Ammensleben für einen Kunden im Raum Dresden gefertigt. Da zu diesem Zeitpunkt jedoch noch keine abZ/aBG vorlag, musste unter Einbeziehung der vorliegenden Ergebnisse zusätzlich formell noch eine Zustimmung im Einzelfall (ZiE) / vorhabenbezogene Bauartengenehmigung (vBG) bei der obersten Bauaufsichtsbehörde im Freistaat Sachsen (in dem Fall vertreten durch die nachgeordnete Landesstelle für Bautechnik) eingeholt werden. Ansonsten wäre aus baurechtlichen Gründen ein Aufstellen der Garagen in Deutschland nicht möglich gewesen. Die ZiE wurde dabei von der Behörde innerhalb weniger Wochen erteilt.

Nach über 2,5 Jahren intensiver experimenteller und statischer Nachweisführung sowie der erteilten ZiE/vBG im Herbst 2021 soll nun zeitnah auch die Erteilung der abZ/aBG vom DIBt im Frühjahr 2022 für die Bodenplatte einer Fertigteilgarage aus Carbon-/Textilbeton vorliegen.

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