Das interdisziplinäre Forschungsprojekt „Carbon Concrete Composite“ (C3) wurde im Rahmen des Programms „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative „Unternehmen der Region“ durchgeführt. Ziel des Projekts war es, durch eine detaillierte Bewertung der Umwelt- und Gesundheitsauswirkungen von kohlenstoffbewehrtem Beton dessen breite Nutzung zu ermöglichen. Ein zentraler Teil des Projekts war die Quantifizierung von Feinstaub, der bei der Herstellung, Verwendung und Entsorgung von Carbonbeton freigesetzt wird, sowie die Entwicklung eines reproduzierbaren Teststands, mit dem Zellkulturen dem entstehenden Staub ausgesetzt werden können.
Die Studie konzentrierte sich auf die Prozesse, die am wahrscheinlichsten luftgetragene Partikel im lungengängigen Größenbereich freisetzen. Nach einer Analyse des Energieeinsatzes pro Masseneinheit und der relativen Geschwindigkeit zwischen Werkzeug und Material wurde die Kategorie „Schneiden mit geometrisch unbestimmten Kanten“ als die relevanteste identifiziert. Zu dieser Kategorie gehören Sägen, Kernbohren und Schleifen. Dementsprechend konzentrierte sich die experimentelle Arbeit auf das Sägen in einer Laborkonfiguration, die die industriellen Schneidbedingungen nachahmt. Der Teststand umfasste ein rotierendes Sägeblatt, eine HEPA-gefilterte Luftzufuhr, um Verunreinigungen zu vermeiden, und Sicherheitsverriegelungen, um einen versehentlichen Kontakt mit dem Blatt zu verhindern. Wenn die Säge mehrere Stunden lang lief, wurde ein stabiles Aerosol aus Kohlenstoffbetonstaub erzeugt, das sich durch eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung und -konzentration auszeichnete.
Die Carbonbeton-Proben wurden vom Otto-Mohr-Labor des Instituts für Massivbau der TU Dresden hergestellt. Die Bewehrung bestand aus einem textilen Gitter aus Kohlenstofffaser-Rovings (TUDALIT-BZT2-V.FRAAS). In Längsrichtung hatten die Rovings eine lineare Masse von 3200 tex und einen Abstand von 12,7 mm; in Querrichtung hatten sie 800 tex und einen Abstand von 18,0 mm. Jedes Rovingbündel war mit einer Beschichtung (Lefasol VLT-1) imprägniert, die etwa 15 % der Oberfläche bedeckte und die mechanische Verbindung der Filamente sicherstellte. Die Betonblöcke maßen 700 mm × 400 mm × 12,5 mm und wurden in 350 mm × 400 mm × 12,5 mm große Probekörper geschnitten. Es wurden drei Lagen Bewehrung eingebaut, was einen maximalen Bewehrungsgrad für ein 12,5 mm dickes Element ergibt. Der verwendete Mörtel war ein Fertigmörtel des Typs TF10 von Pagel Spezialbeton. Beim Sägen wurden die Längsfasern senkrecht zu den Querfasern geschnitten, so dass letztere erhalten blieben und ein Flächenanteil von 3,4 % für die Längsbewehrung erreicht wurde.
Zur Charakterisierung der Partikel wurde eine Reihe granulometrischer Techniken eingesetzt: elektrische Mobilitätsanalyse, Lichtstreudetektoren, Laserbeugung und Rasterelektronenmikroskopie. Der Aerosolgenerator erzeugte ein feines Staubaerosol, das anschließend in ein Zellkultur-Expositionssystem (Vitrocell) eingeführt wurde. Die Expositionskammer war mit einem HEPA-Filter ausgestattet, um eine saubere Umgebung zu gewährleisten und sicherzustellen, dass nur der erzeugte Staub die Zellkulturen erreichte. Die reproduzierbare Erzeugung von Staub und seine kontrollierte Abgabe an die Zellkulturen ermöglichte systematische Untersuchungen der Zytotoxizität und anderer biologischer Effekte.
Das Projekt hatte eine Laufzeit von 22 Monaten und ein Budget von etwa 200 000 €. Die Kernarbeit wurde von der Gruppe Mechanische Verfahrenstechnik der TU Dresden durchgeführt, wobei die Abteilung Gebäudetechnik bei der Bewertung der Arbeitssicherheitsaspekte eng mitwirkte. Eine wichtige Partnerschaft bestand mit dem Projekt V1.5 „Recycling von Carbonbeton“, das praktische Schneidversuche und Proben zur Validierung der Laborergebnisse bereitstellte. Das Fachwissen des Industriepartners MüllerBBM wurde auch für die Interpretation der Staubmessdaten und der Ergebnisse der Faseranalyse genutzt. Durch diese Zusammenarbeit wurde im Rahmen des C3-Projekts eine robuste Methodik zur Quantifizierung der Staubemissionen von Carbonbeton und zur Bewertung ihrer potenziellen Gesundheitsrisiken entwickelt. Damit wurde die Grundlage für sicherere industrielle Praktiken und eine breitere Akzeptanz dieses ressourceneffizienten Baumaterials geschaffen.