Forscher der Hochschule München und der Fachhochschule Kiel haben geprüft, ob Basalt Stahl als Bewehrungsmaterial bei verschiedenen Anwendungen ersetzen könnte. Die Ergebnisse sind positiv.
Jahrzehntelang bauten und gestalteten Architekten und Bauingenieure mit Stahlbeton. Leider haben Stahlbetonfassaden häufig eine begrenzte Lebenszeit. Kohlendioxid und Wasser aus der Luft sowie Streusalzrückstände dringen in den Beton ein. Die chemische Zusammensetzung verändert sich, der Stahl beginnt zu rosten und Betonteile platzen ab. Forscher der Hochschule München starteten deshalb ein Projekt namens Fasalt: Es hatte die „Instandsetzung vorgehängter Sichtbetonfassaden durch dünnwandige Fassadenergänzungen aus basaltbewehrtem Beton“ zum Gegenstand.
In diesem Projekt hat ein Team um die Professoren Andrea Kustermann, Christoph Dauberschmidt und Christian Schuler von der Fakultät für Bauingenieurwesen der Hochschule München die Materialeigenschaften des Baustoffs erforscht, optimiert und anschließend die Eignung für vorgehängte Betonfassaden geprüft. Herausgekommen ist ein Instandsetzungskonzept für geschädigte vorgehängte Stahlbetonfassaden und tragende Betonelemente, wie man sie beispielsweise von Brüstungen kennt.
Instandsetzungskonzept besteht Test
Das Team wies nach, dass vorgehängte Beton-Fassadenelemente mit Basaltstab-Bewehrung alle Ansprüche an Tragfähigkeit, Haltbarkeit und Ästhetik erfüllen können, die für eine Instandsetzung notwendig sind. Zur Erprobung testeten die Forscher das Instandsetzungskonzept mit Basaltbewehrung an einem bestehenden Fassadenelement. Nach Einbau der neuen Bewehrung wurde durch Aufbringen eines hoch-alkalischen Spritzmörtels der Altbeton „realkalisiert“, um den Stahl wieder vor Korrosion zu schützen. Zur Bearbeitung der Sichtbeton-Oberflächen entwickelte und testete das Team neue, mit Basaltfasern verstärkte Mörtelrezepturen. Die Ergebnisse waren positiv.
In einem Folgeprojekt entwickeln die Hochschule München und die Fachhochschule Kiel gemeinsam mit den Industriepartnern Deutsche Basalt Stab GmbH und Erdtrans GmbH nachhaltige und dauerhafte Brückenkappen. Diese sollen aus Recyclingbeton und einer Bewehrung aus Basaltfasern bestehen.
Etwa 39.500 Brücken gibt es im Netz der Bundesfernstraßen, die meisten von ihnen wurden im Zeitraum von 1965 bis 1985 gebaut. Viele dieser Bauwerke sind in einem schlechten Zustand. Die Kosten der dringendsten Instandsetzungen von rund 5.200 Brückenbauwerken beziffert die Bundesregierung auf rund 9,3 Mrd. Euro. Neben dem stetig wachsenden Schwerlastverkehr setzt den Brücken vor allem die Bewehrungskorrosion des Betonstahls zu. Aufgrund des Tausalzeintrages in den Frostperioden sind die seitlichen Brückenkappen besonders anfällig. Auf ihnen sind Geh- oder Radwege, Geländer, Leitplanken und Lärmschutzeinrichtungen untergebracht. Die Brückenkappen müssen deswegen rund alle 25 Jahre ausgetauscht werden.
Basaltfasern verlängern die Lebensdauer
Die Deutsche Basalt Stab GmbH hat Bewehrungsstäbe aus hochfesten Basaltfasern entwickelt, die aus aufgeschmolzenen Basaltgestein gewonnen werden. Die Fasern aus dem vulkanischen Gestein, erklärt Stefan Burgard, Geschäftsführer der Deutsche Basalt Stab GmbH, weisen viele Vorteile auf: „Basalt ist in ausreichendem Maße vorhanden, die Fasern lassen sich vergleichsweise kostengünstig herstellen und weisen Festigkeiten von etwa dem Vierfachen von konventionellem Betonstahl auf.“
Neben dem Angriff auf den Betonstahl ist bei Brückenkappen auch der Beton durch die kombinierte Einwirkung aus Frost und Tausalzbelastung einem korrosiven Angriff ausgesetzt. Dies stellt auch an den Beton einen hohen konstruktiven und betontechnologischen Anspruch um die Brückenkappen gegen die vorherrschenden Expositionen ausreichend widerstandsfähig zu machen.
100 Prozent rezyklierte Gesteinskörnung ist ein weiteres Ziel
Alles in allem ist dies eine große betontechnologische und konstruktive Herausforderung: Denn die es soll nicht nur die Basalt-Bewehrung in die Brückenkappen eingesetzt werden, sondern der Beton möglichst mit 100 Prozent rezyklierter Gesteinskörnung hergestellt werden. „In ersten Praxisversuchen konnten wir RC-Beton mit 100 Prozent rezyklierter Gesteinskörnung Festigkeiten über 30 N/mm² erreichen und dennoch akzeptable Dauerhaftigkeitseigenschaften aufzeigen“, so die Professoren der Hochschule München. Darüber hinaus versucht das Team, den bisher überwiegend deponierten rezyklierten Sand aufzubereiten und als Zusatzstoff den Zement teilweise zu substituieren. Gemeinsam mit der Erdtrans GmbH, einem Abbruchunternehmen aus Zossen bei Berlin, soll ein sehr ressourcenschonender und damit klimafreundlicher Beton hergestellt werden. Für die gleichbleibende Qualität des Betonabbruchs soll ein spezielles Aufbereitungsverfahren entwickelt werden. Aktuell ist der zulässige Einsatz an rezyklierter Gesteinskörnung in Beton in Deutschland auf maximal 45 Prozent der gesamten Körnung begrenzt und die tatsächliche projektbezogene Anwendung noch sehr gering.
Prof. Dr. Stephan Görtz von der Fachhochschule Kiel beschäftigt sich seit längerem mit den Einsatzmöglichkeiten von Betonbauteilen mit nichtmetallischer Bewehrung. So hat er beispielsweise die erste Anwendung von Bewehrung aus glasfaserverstärktem Kunststoff in Deutschland bei einer Tunnelbaugrube im Zuge der Erstellung des U-Bahnhofs Brandenburger Tor in Berlin begleitet. Am Institut für Bauwesen hat er die Tragfähigkeit von Betonbauteilen mit den Stäben der Deutschen Basalt Stab GmbH untersucht: „In Voruntersuchungen konnten wir die generelle Tragfähigkeit des Verbundbaustoffs bestätigten. Die Bauteile weisen sowohl eine gute Tragfähigkeit als auch eine gute Verformungsfähigkeit aus.“
Gemeinsam wollen die Partner Brückenkappen entwickeln, die sowohl dauerhaft als auch nachhaltig sind. Anschließend soll, sofern möglich, das Konzept auch auf andere Bauteile übertragen werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das zweijährige Projekt mit einer Gesamtsumme von 880.000 Euro. Weitere Informationen finden Sie auf der Website der Hochschule München.