CFRP — Carbon Fiber Reinforced Polymer — ist ein Verbundwerkstoff aus hochfesten Kohlenstofffasern in einer ausgehärteten Epoxidmatrix. Auf die Oberfläche eines vorhandenen Bauteils geklebt, erhöht es die Zugtragfähigkeit genau dort, wo sie benötigt wird, und verwandelt einen unterdimensionierten Balken, eine Decke, Stütze oder Wand in ein Element, das den heutigen Lasten standhält. Dies geschieht ohne Abriss, Stillstandszeiten und zusätzliches Eigengewicht, die herkömmliche Methoden mit sich bringen.
Warum Kohlenstofffaser?
Die Attraktivität liegt im Material selbst begründet. Kohlenstofffaser hat eine Zugfestigkeit, die um ein Vielfaches höher ist als die von Baustahl, bei etwa einem Fünftel des Gewichts, und sie korrodiert nicht. Ein Laminat von nur etwa einem Millimeter Dicke kann eine Stahlplatte ersetzen, die ein Vielfaches schwerer ist. Da die Verstärkung dünn und leicht ist, kann sie von Hand, über Kopf und auf engstem Raum installiert werden, wo das Anschrauben von Stahlplatten unpraktisch wäre.
Wie es funktioniert
Die Verstärkung beruht auf der Verbundwirkung zwischen dem Verbundwerkstoff und dem Untergrund. Die Faser trägt die Zugkräfte; der Epoxidkleber überträgt die Spannungen vom Beton auf die Faser über die Klebefläche. Das Tragwerk muss daher intakt sein: loses Material, Zementschlämme und Verunreinigungen werden entfernt, die Oberfläche wird abgestrahlt, um das Gesteinskorn freizulegen, und eine Grundierung wird aufgetragen, damit das Tränkharz haften kann. Wenn das System aushärtet, wirken das Bauteil und der CFK als eine Einheit.
Wo es eingesetzt wird
Typische Anwendungen sind: Erhöhung der Verkehrslastklasse von Brückenträgern und Parkdecks; Wiederherstellung der Tragfähigkeit nach Korrosion oder Anprall; Erhöhung der Biege- oder Querkrafttragfähigkeit nach einer Nutzungsänderung; Umschnürung von Stützen zur Verbesserung der Duktilität und axialen Tragfähigkeit; und Erdbebenertüchtigung. CFK wird auf Stahlbeton, Spannbeton, Stahl, Mauerwerk und Holz eingesetzt.
Zwei gebräuchliche Formen
Das System wird hauptsächlich als flexibles Gewebe (auch als Matte oder Wickel bezeichnet) angeboten, das auf der Baustelle mit Harz getränkt wird und sich an gekrümmte und unregelmäßige Formen anpasst, sowie als starre vorgehärtete Platte (Lamellenstreifen), die auf flache Unterseiten geklebt wird, für effiziente Biegeverstärkungen. Die Wahl zwischen ihnen ist Gegenstand eines eigenen Leitfadens.
Vorteile und Grenzen
Die Vorteile sind Schnelligkeit, minimales zusätzliches Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und nahezu keine Veränderung der Bauteilabmessungen oder Durchfahrtshöhen. Die Grenzen sind ebenfalls wichtig: CFK ist eine oberflächengeklebte Zugbewehrung, daher muss das vorhandene Bauteil von vornherein ausreichende Drucktragfähigkeit aufweisen; die Leistung hängt stark von der Oberflächenvorbereitung und der Fachkenntnis des Installateurs ab; und blanke Kohlenstofffaser verliert bei Brand an Festigkeit, daher benötigen brandschutztechnisch erforderliche Bauteile Schutzbeschichtungen oder -platten. Die Bemessung sollte immer nach einem anerkannten Regelwerk wie ACI 440.2R erfolgen und von einem qualifizierten Ingenieur durchgeführt werden.
Innerhalb dieser Grenzen eingesetzt, ist die CFK-Verstärkung eine der schnellsten und am wenigsten störenden Methoden, um die Nutzungsdauer eines bestehenden Tragwerks zu verlängern.