Die meisten Brückenkonstruktionen werden durch den zunehmenden Verkehr so geschädigt, dass sie regelmäßig saniert werden müssen. Seit einiger Zeit nutzt man zur Reparatur hochfeste, aber teure Kohlenstoff-Fasern. Wiener Ingenieure haben jetzt ein Verfahren entwickelt, wie sich die Kohlefasern weitaus günstiger nutzen lassen als bisher.
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Kohlefaser-Kunststoffe, so genannte CFK, haben besondere Eigenschaften, die sie als Baumaterial auszeichnen: Sie sind temperaturbeständig, rostfrei, leicht und extrem zugfest. Deshalb wurden Brücken auch bisher schon mit den Kohlenstoff-Fasern saniert, nach Ansicht von Stefan Burtscher vom Institut für Stahlbeton- und Massivbau an der TU Wien, jedoch nicht effizient genug. Das für Brücken-Verstärkungen verwendete CFK-Material ist eine Art Endlosband, das es in allen beliebigen Größen gibt. In diesem Band, auch als Lamelle bezeichnet, sind hochfeste Kohlenstoff-Fasern in einer Kunststoff-Matrix eingebettet. Im Vergleich zu Stahl, mit dem früher saniert wurde, weist es eine zehn Mal höhere Festigkeit auf, ist jedoch viel leichter und rostet nicht. Bisheriges Problem waren jedoch die Kosten für die Kohlenstoff-Fasern: 17 Euro kostet der Meter. Stefan Burtscher hat jetzt eine Möglichkeit zur Reduktion der Kosten gefunden.
Ungenutzte Elastizität
„Bis jetzt wurde die Lamelle einfach an die Unterseite der Brücke über die gesamte Länge geklebt und fertig. Dabei treten zwei Nachteile auf:
die Brücke muss über die gesamte Länge bearbeitet werden und die Lamellenfestigkeit wird nur teilweise ausgenutzt. Weil CFK extrem zugfest ist und in der Längsrichtung sehr stark beansprucht werden kann, ohne zu reißen, kann man daran ziehen. Bauingenieure nennen das ‚vorspannen‘. Nutzt man diesen Material-Vorteil nicht, bedeutet das, dass viel mehr Material eingesetzt werden muss, als erforderlich. Wenn weniger CFK verwendet wird, bedeutet das logischerweise auch wesentlich niedrigere Kosten. Bei dem neuen Verfahren werden 80 Prozent der Materialkosten eingespart“, so Burtscher.
Er erklärt auch, warum diese entscheidende Eigenschaft der Kohlefasern einfach nicht genutzt wurde. Damit man die Kohlefaser-Kunststoff-Bahnen vorspannen kann, müsse man sie verankern. Keil-Verankerungen wurden bisher aber nur aus Stahl gefertigt, was das CFK letztendlich zerstört habe. „Kohlefaser-Kunststoff ist zwar in der Längsrichtung extrem zugfest, in der Querrichtung jedoch sehr leicht zerstörbar. Beim ‚Anziehen’ wurde auf das Material ein derart hoher Querdruck ausgeübt, dass es vor dem Erreichen der Traglast seitlich zerdrückt wurde und vorzeitig zerstört wurde“, so der Wiener Ingenieur.
“Gummipuffer“ schont Kohlefasern
Bei seinem Verfahren hat Burtscher die Verankerungskeile mit Epoxydharz ausgegossen und somit dem Stahl „schaumgebremst“ dessen Schärfe entzogen. Mehrere am Institut für Stahlbeton- und Massivbau durchgeführte Belastungstests sind erfolgreich gelaufen, das System funktioniert. Das Patent ist beantragt und wird in Kürze erteilt werden. Nun arbeitet der Wissenschafter daran, seine Idee zu optimieren und ein vollständig korrosionsfreies System entwickeln. Dafür müssen noch manche Teile der Keilverankerung in anderen Materialien ausgeführt werden. Alles in allem sei dies ein Verfahren, das die Kosten bei Brückensanierungen, aber auch anderen Vorspannarbeiten wesentlich reduzieren kann, hofft Burtscher. Ausschlaggebend dafür seien die hohe Festigkeit und die rasche und einfache Anwendung.
(idw – Technische Universität Wien, 23.09.2004 – ESC)
