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Sind Kohlenstofffasern nicht viel zu teuer?

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  1. Sind Kohlenstofffasern nicht viel zu teuer?

    Autor: Bibi Blockwart 01.09.21 - 15:39

    Soweit ich weiss scheitert der Einsatz, ausser in Nischenprodukten, allein schon am Preis. Porsche mag Kohlefaserverstärkte Bauteile in seinen Fahrzeugen verbauen, in einem Dacia wird man sie kaum sehen.
    In der Baubranche dürfte es ähnlich sein. Aussnahmen vielleicht Milliadäre, die das besondere in ihren Bauwerken schätzen, und da, wo es konstruktive Vorteile bietet, weil ein Hochhaus durch Gewichtseinsparung die teure Grundfläche mit höherer Bauweise besser ausnutzt. Als kostengünstige Alternative gibt es Glas- und Basaltfaser.
    Und immer diese dämliche Marketinggelaber von "Carbon"!

  2. Re: Sind Kohlenstofffasern nicht viel zu teuer?

    Autor: Asperos 01.09.21 - 20:33

    Klares Nein, für die Baubranche liegt es (hier) nicht am Preis.
    Es kommt auf die Zugfestigkeit an: Carbon ist etwa 16 mal so teuer pro kg wie Stahl, aber etwa 24 mal so zugfest, es wäre demnach jetzt schon billiger.

    Diese Zulagen, egal ob Stahl, Carbon, Glasfasern oder Textilien, sind da drin weil Beton zwar ganz wunderbar Druck, aber quasi keine Zugkräfte aushält. Allein die Zugspannungen durch das Abfließen der Hydratationswärme beim erhärten des Betons reißen diesen auf, da ist man von jeglicher Belastung noch weit entfernt.

    Am Ende kann man mit Carbon deutlich schlankere Bauteile fertigen, die zudem länger halten, was Ressourcen und Wartungsaufwand spart und andere Fertigungen ermöglicht, weil die Bauteile nicht mehr so scheisse schwer und sperrig sind. Je nach Situation erreicht das Carbon auf zwei Arten:

    Reduzierung der Überdeckung: Betonstahl benötigt eine Betonüberdeckung einmal aus Schutz vor der Umwelt (gegen Rost, Chemikalien) und andererseits, damit die einzelnen Stahlstäbe unter Last nicht einfach herausreißen. Carbon ist die Umwelt quasi egal, und weil dabei in der Regel engmaschige Matten verlegt werden statt dickere Stäbe mit großer Maschenweite wie bei Stahl, wird pro Faser weniger Kraft übertragen und die Überdeckung kann (deutlich) reduziert werden. Das alles spart Masse, was die Belastung des Bauteils reduziert. Für niedrigere Belastung kann man wiederum schlanker bauen, sodass man gleich doppelt Material spart.

    Schlankere Bauteile: Carbon hat eine soo viel höhere Zugfestigkeit als Stahl, dass man teils deutlich, deutlich schlankere Bauteile konstruieren kann um die selbe Last aufzunehmen. Dadurch werden die tragenden Bauteile wieder leichter und man kann erneut schlanker ausführen. Problematisch bei vielen Konstruktionen ist, dass die Bauteile so schwer sind, dass sie sich hauptsächlich selbst tragen und nur zu ein paar Prozent die eigentliche Last. mit Carbon statt Stahl wird dieses Verhältnis _viel_ besser.

    Zudem: Wenn die Bauteile nicht so schwer sind, kann man sie auch einfacher Vorfertigen und einheben, was die Bauzeit reduziert und die Ausführungsqualität erhöht, wohlgemerkt bei gleichen bis reduzierten Kosten.

    Einige Probleme von Carbon, vor allem bei der Herstellung, wurden erst in den letzten Jahren gelöst, aber es wird in Deutschland an allen Fronten gearbeitet um das "schnell" einsetzen zu können. Mit am wichtigsten ist eine entsprechende Norm, nach der diese Bauteile ausgeführt und zugelassen werden dürfen, sonst bleibt es eben Sonderbau. Die im Artikel erwähnte Fußgängerbrücke wurde zuvor genau so 1:1 als Prototyp gebaut, um daran den Standsicherheitsnachweis zu führen.
    Bei Normbauteilen muss quasi ein gewisser Sicherheitsstandard erfüllt sein, in der Regel werden Bauwerke darauf ausgelegt dass -statistisch- 1 von 1Mio statisch versagt. Dabei kommt uns der Stahl aber selbst dann kräftig entgegen, weil er sich duktil verhält. Bei zu hoher Belastung reißt er nicht, er verformt sich nur stark, sodass Mängel am Bauwerk i.d.R. rechtzeitig erkannt werden und im Zweifel evakuiert werden kann. Carbon reagiert dagegen eher spröde, und das ist eben neu. Man muss sich halt darauf verlassen können, dass ein Normbauteil nicht einfach versagt, gerade wenn die Reaktionszeit deutlich herabgesetzt ist. Da werden ständige Situationen genauso geprüft wie Anpralllasten, Brände, Erdbeben und was einem sonst noch einfällt, denn genau sowas müssen diese statisch kritischen Bauteile aushalten.
    Der Grund, warum das noch nicht längst da ist, ist, weil das arsch viel Forschungsarbeit ist, bis man Sicherheit beim planen und herstellen dieser Bauteile hat. Dann aber haben Carbonbauteile nur Vorteile. Kann es kaum erwarten bis Eurocode, EBA und Bahn den Daumen heben, hätte in meinem aktuellen Projekt _deutliche_ Vorteile.

  3. Re: Sind Kohlenstofffasern nicht viel zu teuer?

    Autor: pica 01.09.21 - 20:54

    Das mit den Karbonfasern erinnert mich zu sehr an Asbest. War bautechnisch ideal. Aber...
    Wie reagiert eine Lunge auf Karbonfasern?

    Gruß,
    pica

  4. Re: Sind Kohlenstofffasern nicht viel zu teuer?

    Autor: Asperos 01.09.21 - 21:11

    Aus Carbon werden Stäbe und Matten hergestellt, die deutlich zu groß zum einatmen sind, zerkauen trifft es da besser ;) Ich weiß aber nicht ob das evtl. Beim Rückbau anders ist, wenn die gebündelten Stränge zerstört werden, bin nicht in der Materialforschung. Aber bei der Herstellung waren bis jetzt, soweit ich weiß, keine Schutzmaßnahmen irgendeiner Art erforderlich.

  5. Re: Sind Kohlenstofffasern nicht viel zu teuer?

    Autor: krabaz 01.09.21 - 22:43

    Warum geht eigentlich keiner der vielen Kommentatoren hier, auf die Bauen neu denken Seite?! :) Da gibts unter dem ersten Menüpunkt "Carbonbeton" eine komplette Erklärung mit Quellen und Video zum Unterpunkt "Stoffkreislauf" inkl. Recycling und Lungengängigkeit. Alles furztrocken zum nachlesen bzw. anschauen ...



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 01.09.21 22:44 durch krabaz.

  6. Re: Sind Kohlenstofffasern nicht viel zu teuer?

    Autor: Bibi Blockwart 01.09.21 - 23:22

    @ Asperos
    Danke für die ausführliche und für einen Laien nachvollziehbare Übersicht.

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