Graphen-Verbundbewehrung: Warum wir eine korrosionsfreie Alternative zu Stahl entwickeln

Von Frans Alkemade, CEO, Graphene Integrations

Graphen-Bewehrung (graphene rebar) ist bei Graphene Integrations in Entwicklung. Sie ist kein Produkt, das man kaufen kann, und sie hat die Prüfungen und bauaufsichtlichen Zulassungen, die eine tragende Bewehrung braucht, noch nicht bestanden. Dieser Artikel erklärt, warum wir daran arbeiten, welches Problem sie adressiert, welche Ziele wir uns gesetzt haben und was geschehen muss, bevor jemand sie in ein Bauwerk einbauen sollte.

Das Problem: Stahl korrodiert

Bewehrungsstahl ist hervorragend auf Zug belastbar und günstig, deshalb ist er überall. Seine Schwäche ist die Korrosion. Beton schützt Stahl normalerweise durch seine hohe Alkalität, doch Chloride aus Tausalzen oder Meerwasser sowie die Karbonatisierung im Laufe der Zeit zerstören diesen Schutz. Sobald Stahl zu rosten beginnt, nimmt der Rost mehr Volumen ein als der Stahl, sodass der umgebende Beton reißt und abplatzt. Die US-Bundesstraßenbehörde (FHWA) dokumentiert das Ausmaß der Korrosionsschäden an Brücken und Straßenbauwerken seit Jahrzehnten; siehe zum Beispiel ihre Forschung zur Korrosion in Stahlbetonbauwerken.

Ingenieure nutzen bereits verschiedene Wege, damit umzugehen: mehr Betondeckung, Beton mit geringerer Durchlässigkeit, epoxidbeschichtete und verzinkte Stäbe, Edelstahl und Stäbe aus faserverstärktem Kunststoff. Jeder Weg hat Vor- und Nachteile bei Kosten, Handhabung und Bemessung.

Warum Graphen-Verbundbewehrung

Unser Ansatz ist ein Verbundstab, der Graphen anstelle von Stahl verwendet. Die Designziele sind:

• Kein Rost: Ein nichtmetallischer Stab kann nicht so korrodieren wie Stahl.
• Leichter als Stahl: einfacher zu transportieren und auf der Baustelle zu handhaben.
• Passt zu Graphen-Beton: ausgelegt für die Kombination mit unserem Betonadditiv NanoTechCrete.
• Hergestellt in den USA: produziert in Charlotte, NC, mit Graphen, das wir selbst herstellen.

Dies sind Ziele, keine Ergebnisse. Solange die Bewehrung in Entwicklung ist, veröffentlichen wir keine Werte zu Festigkeit, Steifigkeit oder Dauerhaftigkeit.

Was vor dem Einsatz geschehen muss

Bewehrung ist tragend. Ein versagender Stab gefährdet Menschenleben, deshalb liegt die Hürde zu Recht hoch. Bevor Graphen-Bewehrung ausgeschrieben werden könnte, muss sie:

1. Charakterisiert werden: Zugfestigkeit, E-Modul, Verbund mit Beton und Verhalten unter Dauerlast.
2. Dauerhaftigkeit nachweisen: Langzeitverhalten in alkalischem Beton, bei Feuchte, Temperaturwechseln und Chloriden.
3. Bemessungsunterschiede berücksichtigen: Nichtmetallische Stäbe verhalten sich in der Regel anders als Stahl. Sie fließen zum Beispiel möglicherweise nicht vor dem Versagen und können nicht einfach auf der Baustelle gebogen werden. Bemessungsverfahren müssen das berücksichtigen.
4. Die einschlägigen Normen und Vorschriften erfüllen: unabhängige Prüfungen nach anerkannten Verfahren und Anerkennung durch die Vorschriften und Behörden, die für das Bauwerk gelten.

Wir werden sie erst zum Verkauf anbieten, wenn diese Schritte abgeschlossen sind.

Wo sie zuerst passen könnte

Wenn die Entwicklung erfolgreich ist, liegen die naheliegendsten Einsätze dort, wo Korrosion der Hauptfeind ist:

• Meeres- und Küstenbauwerke wie Ufermauern und Anleger.
• Brückenfahrbahnen und Parkbauten, die Tausalzen ausgesetzt sind.
• Fertigteile, bei denen leichtere Bewehrung die Handhabung vereinfacht.
• Bauwerke in der Nähe empfindlicher Geräte, bei denen nichtmagnetische Bewehrung wichtig sein kann.

Was Sie heute verwenden können

Unser Graphen-Betonadditiv NanoTechCrete ist jetzt erhältlich. Es ist eine Flüssigkeit, die mit 5 % bezogen auf das Zementgewicht zugegeben wird. Unabhängige Prüfungen durch Dritte im Jahr 2023 zeigten eine Steigerung der Druckfestigkeit um 67 %, und es erhöht die Wasserbeständigkeit um 25 %. Ein geringeres Eindringen von Wasser ist für die Korrosion relevant, denn Wasser und gelöste Chloride sind es, die den Stahl erreichen. Lesen Sie, wie das Graphen-Betonadditiv wirkt, und unseren Leitfaden zum Mischungsentwurf für Graphen-Beton.

„Bewehrung ist tragend, also dauert es so lange, wie es eben dauert. Wir teilen Ergebnisse, wenn sie unabhängig und vollständig sind.“ — Frans Alkemade

Verfolgen Sie das Projekt

Wie nichtmetallische Bewehrung heute eingesetzt wird

Nichtmetallische Bewehrung ist keine neue Idee. Stäbe aus glas-, basalt- und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff werden seit Jahren in Anwendungen eingesetzt, bei denen Korrosion ein Thema ist, und es gibt Bemessungsleitlinien dafür. Diese Erfahrung zeigt uns, was Ingenieure von jedem neuen Verbundstab erwarten werden: klare Materialeigenschaften, ein Bemessungsverfahren, Dauerhaftigkeitsdaten aus anerkannten Prüfungen und Erfahrungen aus Pilotbauwerken. Graphen-Verbundbewehrung wird nach denselben Maßstäben beurteilt werden, und wir halten das für den richtigen Ansatz.

Was wir nicht sagen

Wir sagen nicht, dass Graphen-Bewehrung fester als Stahl ist, dass sie weniger kosten wird oder dass sie für ein bestimmtes Bauwerk bereit ist. Das sind Fragen, die Prüfungen beantworten werden. Wenn Sie Aussagen über unsere Bewehrung sehen, die über die Ziele auf dieser Seite hinausgehen, stammen sie nicht von uns.

Lesen Sie die Pressemitteilung zur Entwicklung der Bewehrung und die Projektseite zur Graphen-Bewehrung. Wenn Sie als Ingenieur oder Bauherr an künftigen Pilotversuchen interessiert sind, nehmen Sie Kontakt auf.

Häufige Fragen

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