Dieser CFK-Stab weist starke Beschädigungen nach einer Blitzstrombelastung auf. Quelle: VDE
Dieser CFK-Stab weist starke Beschädigungen nach einer Blitzstrombelastung auf. Quelle: VDE

Bautenschutz

12. May 2021 | Teilen auf:

Warum der Blitzschutz für Carbonbeton gut geplant werden muss

Der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V (VDE) informiert in einem Online-Vortrag am 27. Mai 2021 über Probleme, die Blitzstromstöße in carbonfaserverstärktem Beton verursachen können. Die Teilnahme ist kostenlos, eine Anmeldung aber erforderlich.

Bei Sanierung und Neubau von Bauwerken haben sich Konstruktionselemente aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sowie ihrer Wirtschaftlichkeit etabliert. Der sogenannte „Carbonbeton“ ist ein dem Stahlbeton ähnlicher Bau- und Verbundwerkstoff, in dem der Armierungswerkstoff Stahl durch einen Kohlefaserwerkstoff (CFK) ersetzt wird. Untersuchungen in Blitzstromlaboren haben nun allerdings gezeigt, dass bereits geringe Blitzstoßströme gravierende Schäden an der CFK-Armierung verursachen können. „Es besteht daher Grund zu der Annahme, dass die möglichen blitzbedingten Schäden an der CFK-Struktur die mechanische Festigkeit von CFK-verstärktem Beton verringern und die statischen Eigenschaften negativ beeinflussen können“, warnt Thomas Raphael, Blitzschutzexperte beim VDE. Ähnliche Schäden sind auch bei 50-Hertz-Fehler- und Ausgleichsströmen beobachtet worden. „Bereits vor einigen Jahren waren vergleichbare Schäden an Windenergieanlagen bekannt geworden, da CFK-Material zunehmend auch im Design von Rotorblättern verwendet und dadurch Blitzwirkungen ausgesetzt wird“, so Raphael weiter.

CFK-Bewehrungsstäbe können sich stark erhitzen

Die physikalische Begründung der Experten des VDE Ausschusses für Blitzschutz und Blitzforschung: Die circa 1000-fach geringere elektrische Leitfähigkeit der CFK im Vergleich zu Stahl und der spezielle Aufbau der CFK-Harzmatrix führen offenbar zu einer großen Verlustleistung und damit zu einer starken Erhitzung der Stäbe. Der VDE empfiehlt deshalb, das Einleiten von Blitzströmen in CFK-Armierungen zu verhindern und CFK-Armierungen nicht unbeabsichtigt mit Blitzschutzsystemen zu verbinden. Konstruktionen aus CFK-verstärktem Beton sollten durch ein getrenntes Blitzschutzsystem geschützt werden, wo immer dies technisch umsetzbar ist.

Nachrüstung im Bestandsbau ist möglich

Ist dies nicht umsetzbar, können CFK-Armierungen mehrfach mit parallel installierten, gut leitfähigen Blitzschutzsystemen verbunden werden, um so die Blitzströme in der CFK-Armierung zu verringern. Die für Windenergieanlagen entwickelten Schutzmaßnahmen können dabei wertvolle Anregungen für den Blitzschutz von Bauwerken mit CFK-verstärktem Beton geben. In jedem Fall ist eine frühzeitige, bauspezifische Planung der Blitzschutzsysteme notwendig. Die VDE-Experten Dr. Ralph Brocke und Dr. Ralf Frentzel, beide Mitarbeiter im VDE Ausschuss für Blitzschutz und Blitzforschung, werden den Online-Vortrag halten, für den Sie sich unter diesem Link anmelden können. Allgemeine Informationen über Blitzschutzsysteme erhalten Sie auf der Website des VDE.