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Angesichts des wachsenden Interesses an nichtmetallischen Verstärkungen lautet eine der größten Fragen: Sind diese Materialien für den Standardeinsatz im Bauwesen bereit?

Die Antwort ist nun ein klares Ja. Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) erteilte 2024 die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-1.6-308 für Carbonbewehrungsgitter, unterstützt durch eine neu veröffentlichte nationale Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb).

Dies ist ein großer Fortschritt für Ingenieure, Designer und Planer, die leichtere, langlebigere und korrosionsfreie Strukturen bauen möchten – ohne dass dafür Sondergenehmigungen oder komplexe individuelle Zulassungen erforderlich sind.

Um die Bedeutung dieses Meilensteins besser zu verstehen, haben wir mit Dr. Marcus Hinzen , Leiter der Produktentwicklung bei Solidian, gesprochen, der direkt am Zulassungs- und Richtlinienentwicklungsprozess beteiligt war.

In diesem Interview erklärt er, was die Zulassung umfasst, welche Auswirkungen sie auf die Gestaltungsfreiheit hat und wie es mit nichtmetallischen Bewehrungen in Deutschland und anderswo weitergeht.

Können Sie kurz erläutern, was die allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (Z-1.6-308) umfasst und warum sie für nichtmetallische Bewehrungen von Bedeutung ist?

Nicht-metallische Bewehrungen sind ein hochinnovatives, bis vor Kurzem aber noch nicht geregeltes Bauprodukt. Es gibt auch keine Produktnormen, in denen die Anforderungen an nicht-metallische Bewehrungen, so wie wir es von Bewehrungsstahl

oder auch Stahlfasern kennen, geregelt sind. Grund dafür ist übrigens nicht ein mangelndes Interesse der Normungsgremien sondern vielmehr die Tatsache, dass die aktuell am Markt befindlichen Bewehrungen sehr individuell gestaltet sind und sich hinsichtlich Geometrie und Eigenschaften nicht allgemein beschreiben lassen. Diese Situation erfordert daher die Erteilung von individuellen Produktzulassungen seitens des DIBt, die baurechtlich gesehen, einen vollständigen Ersatz zu den noch nicht vorhandenen Produktnormen darstellen. Die Produktzulassung ist daher die entscheidende Eintrittskarte zum zulassungsfreien Bauen.

Inhalt einer solchen Produktzulassung ist zum Einen die Beschreibung von Anwendungsgrenzen, da in der Regel nicht alle Bereiche des alltäglichen Bauens auf einmal abgedeckt sind. So sind derzeit beispielsweise Carbongitter in vielfältigen Varianten schon abgedeckt, die für biegebeanspruchte, vorwiegend ruhende Beanspruchungen eingesetzt werden können. Damit können also die meisten Anwendungen schon bedient werden. Zum Anderen enthält die Produktzulassung alle für die Planung notwendigen Bemessungskennwerte.

Doch wie lassen sich Bauwerke bemessen? Alle relevanten Bemessungsrichtlinien beziehen sich auf Stahlbewehrung.

Das ist eine berechtigte Frage. Schließlich beinhalten die Produktzulassungen, genauso wie eine ETA auf europäischer Ebene, nur die Bemessungskennwerte aber nicht die Bemessungsregeln. Aus diesem Grund war es notwendig, auch diese Lücke zu schließen. Daher hat der Deutsche Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) frühzeitig mit einer Einrichtung einer Arbeitsgruppe zur Erstellung einer Deutschen Richtlinie begonnen. Eine solche Richtlinie ähnelt in der Regel der Struktur des Eurocodes und ergänzt die dort fehlenden Regelungen zu neuen Bauweisen oder neuen Bauprodukten. Solidian hat sich übrigens aktiv an diesem Prozess beteiligt und an der Erstellung der Richtlinie mitgewirkt. Die Richtlinie mit dem Titel „Betonbauteile mit nichtmetallischer Bewehrung“ ist in ihrer ersten Fassung 2024 erschienen und ermöglicht nun in Kombination mit einer Produktzulassung den vollkommen zulassungsfreien Einsatz von nicht-metallischer Bewehrung in den zuvor genannten Anwendungsbereichen.

Welche technischen Hauptanforderungen und Leistungsstandards müssen nichtmetallische Bewehrungen gemäß diesen Vorschriften erfüllen?

Das gute an den aktuellen Regelungen ist, dass wir zwar genau beschrieben haben, welche Kennwerte wichtig sind und wie sie genau geprüft werden, wir aber kaum Grenz- oder Mindestwerte definiert haben. So sind beispielsweise sämtliche Materialkombinationen aus Hochleistungsfasern und Polymeren erstmal grundsätzlich zugelassen. Sie müssen sich aber dann einheitlichen Performance-Tests unterziehen, was dann zu sehr guten oder schlechteren Bemessungswerten führen kann. Vorgegeben ist lediglich, dass die Bewehrungen mit einem Polymer imprägniert sein müssen und sowohl das Fasermaterial wie auch das Polymer gegenüber dem Beton unschädlich sein müssen.

Welche Auswirkungen hat die Zulassung auf die Bemessung und Dimensionierung von Betonbauteilen mit solidian GRID Carbonbewehrung?

Die Nutzung der Allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassung von solidian biete dem Anwender eine ganze Reihe von Vorteilen. Ingenieure und Planer können solidian GRID nun ohne aufwendige Einzelzulassungen oder individuelle Versuche verwenden. Da Carbonbewehrung nicht korrodiert, entfällt die Betondeckung zum

Korrosionsschutz. Dadurch können dünnere und leichtere Betonbauteile konstruiert werden, was Material und Gewicht einspart sowie den CO2 Fußabdruck verbessert. Gleichzeitig kann die besonders hohe Zugfestigkeit von Carbonbewehrung über eine Lebensdauer von 100 Jahren aufrecht erhalten werden. Besonders prädestiniert sind Anwendungsgebiete wie Fassaden und Brücken sowie Fertigteile, dünnwandige Platten und Schalentragwerke. Die Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung beseitigt also viele Hürden für den Einsatz von solidian GRID Carbonbewehrung. Planer und Ingenieure können nun einfacher und effizienter mit nichtmetallischer Bewehrung arbeiten, ohne sich um gesonderte Nachweise kümmern zu müssen. Die Möglichkeit, schlankere und langlebigere Betonbauteile ohne Korrosionsrisiko zu entwerfen, bringt sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile für die Bauindustrie.

Was sind aus regulatorischer und anwendungstechnischer Sicht die wichtigsten Unterschiede zwischen Carbon-Bewehrungsgittern und herkömmlichen Stahlbewehrungen?

Von einem regulatorischen Gesichtspunkt betrachtet gibt es mit dem Vorhandensein der DAfStb-Richtlinie und unserer Zulassung ja zum Glück keine wesentlichen Unterschiede mehr zwischen Stahl- und Carbonbewehrung. Solange man sich in den Anwendungsgrenzen der Richtlinie und der Zulassung bewegt kann mit Carbonbewehrung genauso frei geplant werden.

Auf die Unterschiede beim Anwendungspotential bin ich ja zuvor schon eingegangen. Die Korrosionsfreiheit, die zu einer Lebensdauer der Bauteile von 100 Jahren führt sowie die Möglichkeit gleichzeitig schlanker und damit ressourcenschonender zu bauen stellen wesentliche Unterschiede in den Anwendungsmöglichkeiten beim Bauen mit Carbonbewehrung dar.

Auf einen weiteren wichtigen Aspekt sind wir bisher aber nicht eingegangen. Die Zementindustrie als wesentlicher CO2-Emittent arbeitet seit Jahren an innovativen und alternativen Bindemittelkonzepten, die dadurch limitiert werden, dass die Passivierung des Bewehrungsstahls nicht mehr dauerhaft gegeben ist. Der Einsatz von nichtmetallischen Bewehrungen eröffnet also auch der Zementindustrie ganz neue Möglichkeiten, weil keine Rücksicht mehr auf den Schutz der Stahlbewehrung genommen werden muss.

Welche Einschränkungen oder Beschränkungen sind mit der Zulassung verbunden und sollten Designer und Ingenieure beachten?

Wie schon erwähnt, sind in der Produktzulassung einige Einschränkungen genannt, die aktuell von Tragwerksplanern noch berücksichtigt werden müssen. Die folgende Aufzählung zeigt einige Punkte auf:

• Stahlbewehrungen und Carbonbewehrungen dürfen zur Vermeidung von Kontaktkorrosion nicht gleichzeitig in zugbeanspruchten Bereichen angeordnet werden.
• Eine Umformung ist mit unseren aktuellen Carbonbewehrungen auf Basis von Epoxidharz nicht möglich. An einer entsprechenden Ergänzung arbeiten wir gerade.
• Derzeit sind noch keine Ermüdungsbeanspruchungen abgedeckt, sondern alle quasi-statischen, vorwiegend ruhenden Beanspruchungen
• Der Einsatz von solidian GRID als Querkraftbewehrung konnte in der ersten Fassung noch nicht umgesetzt werden.

Wie sehen die nächsten Schritte bei der Entwicklung von Vorschriften für nichtmetallische Bewehrungen in Deutschland und der EU aus? Wie sehen Sie die Zukunft dieser Materialien im Bauwesen?

Einige Einschränkungen, die aktuell noch in der ersten Fassung der Deutschen Richtlinie enthalten sind, sind nicht inhaltlich begründet sondern konnten aus Zeitgründen nicht mehr rechtzeitig behandelt werden. Andere Einschränkungen waren zum Zeitpunkt der Veröffentlichung der ersten Fassung noch nicht vollständig inhaltlich aufgearbeitet. Wir arbeiten daher schon mit Hochdruck an einer zweiten Fassung der Richtlinie, die deutlich erweiterte Anwendungsmöglichkeiten erlaubt. So wird beispielsweise das Thema Ermüdung ergänzt, was uns endlich auch den Einsatz an Brückenbauwerken ermöglicht. Weiterhin wird die Vorspannung mit Carbonlitzen abgedeckt sein. Übrigens ein besonders wichtiger Punkt, denn die hohen Zugfestigkeiten von Carbonfasern können bei der Vorspannung in besonderer Weise wirtschaftlich ausgenutzt werden. Auch die sogenannte Heißbemessung, als die Tragfähigkeit der Bewehrungen bei sehr hohen Temperaturen wird ergänzt werden. Schließlich wird auch der Einsatz unserer solidian GRID Carbonbewehrungen als Querkraftbewehrung möglich sein.

Diese 2. Fassung der Richtlinie wird voraussichtlich 2026 erscheinen und inhaltlich das umfassendste Regelwerk für nichtmetallische Bewehrungen sein. Auf jeden Fall viel umfassender als die aktuellen Regelungen im neuen Eurocode. Aus diesem Grund ist man bemüht, die Inhalte der Richtlinie in Deutschland in den Nationalen Anhang zum Eurocode zu überführen.

Noch weiter gedacht, hoffen wir, dass sich auch andere europäische Länder inhaltlich den deutschen Regelungen anschließen und die Inhalte übernehmen.