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Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken. Jahrhunderts für industrielle Zwecke entdeckt und zunächst zur Wärmedämmung von Gebäuden eingesetzt. Bald wurden jedoch weitere Anwendungsgebiete erschlossen, und heute werden GFK in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, dem Schiffbau und dem Bauwesen eingesetzt.
Gegenüber anderen Werkstoffen wie Stahl, Eisen oder herkömmlichen Kunststoffen hat GFK eine Reihe wichtiger Vorteile.
Vorteile von GFK?
Selbst Standardkunststoffe besitzen bereits viele Eigenschaften, die sie für den Einsatz im Bauwesen attraktiv machen. Sie können in jede erdenkliche Form gegossen werden, sind leicht und haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Sie rosten nicht, sind wasser- und chemikalienbeständig und leiten keinen Strom.
Sie haben aber auch Nachteile, wie eine geringere Steifigkeit und Festigkeit als Beton und Stahl und eine höhere Verformungsanfälligkeit bei Wärmeeinwirkung. Durch das Einbringen von Fasern können diese Schwächen jedoch ausgeglichen werden.
Risse im Kunststoff werden quer zur Faserrichtung deutlich unwahrscheinlicher, da die Fasern rissüberbrückend wirken. Dies erinnert an Holz, das sich entlang der Zellulosefasern leicht spalten lässt, aber quer zur Faser sehr zäh ist. Diese Analogie lässt sich noch weiter ausdehnen. Sowohl GFK als auch Holz enthalten Verstärkungsfasern (Glasfasern bzw. Zellulose), die durch eine Bindesubstanz zusammengehalten werden. Auch Lignin ist ein Polymer, allerdings ein natürliches. Beide Stoffe bestehen aus Kohlenstoffverbindungen.
Was sind typische Anwendungsbereiche von GFK?
GFK-Baustoffe haben sich bereits in vielen Bereichen des Bauwesens etabliert. So werden beispielsweise Schachtabdeckungen und GFK-Gitterroste (W) im öffentlichen Straßenbau immer häufiger aus diesen faserverstärkten Kunststoffen hergestellt. Ein wesentlicher Vorteil dieser synthetischen Polymere gegenüber herkömmlichen Materialien wie Stahl oder Gusseisen ist ihre Korrosionsbeständigkeit. Außerdem sind die Kunststoffabdeckungen deutlich leichter als ihre metallischen Pendants.
Auch große Lichtschächte im Kellerbereich werden häufig aus GFK gefertigt, was ihnen trotz ihrer beachtlichen Größe eine beeindruckende Stabilität verleiht. Auch bei Fensterrahmen nimmt der Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen stetig zu. Immer mehr Hersteller entscheiden sich gegen einfaches Hart-PVC und für die faserverstärkte Variante. Der Vorteil liegt auf der Hand: Das steifere Material erlaubt schmalere Rahmen und damit größere Glasflächen. Außerdem kommen GFK-Rahmen ohne versteifende Metalleinlagen aus, was die Wärmedämmung verbessert.
Wo liegen die Grenzen von GFK?
Hohe Stabilität, Korrosionsbeständigkeit und geringes Gewicht – das sind die drei Hauptgründe, warum GFK oftmals bei der Brückensanierung eingesetzt wird. Doch warum wird GFK gerade bei der Brückensanierung eingesetzt? Doch wo liegen da die Grenzen?
GFK allein würde nicht ausreichen, um große Brücken einschließlich des Tragwerks aus faserverstärkten Kunststoffen zu bauen. Ein solches Projekt könnte jedoch mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, auch CFK genannt, realisiert werden. Kohlenstofffasern (auch Carbonfasern genannt) sind noch leichter und wesentlich fester als Glasfasern. Bisher werden sie vor allem als moderne Werkstoffe für Flugzeuge, Autos oder Sportgeräte wie Tennisschläger verwendet. Kohlefaserverstärkte Kunststoffe haben eine höhere Zugfestigkeit als Stahl und Beton. Hinsichtlich der Verformungssteifigkeit ist er mit Stahl vergleichbar, aber wesentlich leichter.
Allerdings ist CFK derzeit noch deutlich teurer als Stahl und Beton. Als Werkstoff für komplette Bauteile hat sich der faserverstärkte Kunststoff deshalb noch nicht durchgesetzt. Immerhin: CFK-Lamellen, das sind streifenförmige CFK-Platten, die von außen auf geschädigte Bauteile aufgebracht werden, um deren Steifigkeit und Festigkeit zu erhöhen, sind bei der Sanierung von Beton- und Holzbauten bereits ein etabliertes Verfahren.
Fazit
GFK bietet als Verbundwerkstoff eine Vielzahl von Möglichkeiten. Durch die sorgfältige Auswahl der Kunststoffmatrix und des geeigneten Produktionsverfahrens kann der Werkstoff maßgeschneidert an die Anforderungen verschiedener Anwendungen angepasst werden. Die Vorteile sind offensichtlich. Insbesondere finanzielle Aspekte können ausschlaggebend für die Entscheidung sein, GFK in die eigenen Produktionsprozesse zu integrieren: Die anfänglichen Kosten für das Material werden schnell durch Einsparungen bei Verarbeitung, Transport und Wartung kompensiert.
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