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 zeigen allerdings, 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“, erklärt der Blitzschutzexperte vom VDE.
Starke Erhitzung der Stäbe möglich
Die physikalische Begründung der Experten des VDE Ausschusses für Blitzschutz und Blitzforschung: Die unzureichende Stromtragfähigkeit von CFK-Stäben liegt an der ca. 1000-fach geringeren elektrischen Leitfähigkeit gegenüber Stahl und dem speziellen Aufbau der CFK-Harzmatrix, die offenbar zu einer großen Verlustleistung und somit zu einer starken Erhitzung der Stäbe führen. 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 sollte 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, informieren in einem Online-Vortrag am 27. Mai 2021 über die Problematik. Die Teilnahme ist kostenlos, eine Anmeldung ist allerdings erforderlich.
Mehr Informationen unter https://www.vde.com/blitzschutzsystem.
