Beton – für große Ideen
Weltweit realisieren Architekten, Ingenieure und Bauherren ihre Objekte mit dem Jahrhundertbaustoff: Beton ist für sie die beste Wahl.
Beton: Der meistverwendete Baustoff der Welt
Nahezu in jedem modernen Bauwerk – ganz gleich ob im Hochbau oder im Tiefbau – übernimmt Beton wichtige Aufgaben. Als Fundament. Als Stütze. Als tragende Konstruktion. Als energetisch aktiviertes Bauteil. Als Tragstruktur für große Deckenspannweiten. Als aussteifender Aufzugkern. Als Tunnelsegment. Er ist der einzige Baustoff, der gleichzeitig raumabschließend ist und als tragendes Bauteil auf Zug und Druck beansprucht werden kann. Durch seine Vielseitigkeit, seine Formbarkeit, seine Tragfähigkeit und seine Dauerhaftigkeit wurde Beton zum meistverwendeten Baustoff der Welt. Und durch seine Innovationskraft wird er es auch bleiben.
Zukunftsfähig durch Flexibilität
Die Anpassungsfähigkeit eines Gebäudes spielt in Bezug auf die mögliche Nutzungsdauer eines Gebäudes heute eine wesentliche Rolle. Im Wirtschaftshochbau stellen Betriebserweiterungen, neue Informationstechnologien oder innovative Produktionsverfahren hohe Ansprüche an die Flexibilität. Im Wohnungsbau ist es die immer raschere Veränderung von Lebens- und Nutzungsgewohnheiten. Die besten Voraussetzungen für Flexibilität bieten Konstruktionen, deren Tragstrukturen größtmögliche Freiräume eröffnen. In Stahlbeton- und Spannbetonbauweise können Decken mit sehr großen Spannweiten erstellt werden. Innenwände müssen dann nicht tragend sein und können später entfernt und neu gesetzt werden.
Baustoffoptimierung durch moderne Betontechnologie
Wie kein anderer Baustoff lässt sich Beton durch die gezielte Veränderung seiner Zusammensetzung an die unterschiedlichsten Anforderungen anpassen. Normale Betone erreichen Würfeldruckfestigkeiten bis zu 60 N/mm². Mit der modernen Betontechnologie lassen sich heute auch zuverlässig Hochfeste Betone mit Druckfestigkeiten bis 150 N/mm² herstellen, die für hochbeanspruchte Druckglieder konstruktive und wirtschaftliche Vorteile bieten, z. B. schlanke Stützen hoher Belastbarkeit. Neben der hohen Druckfestigkeit zeichnen sich Hochfeste Betone auch durch noch bessere Dauerhaftigkeit und durch günstige Verformungseigenschaften aus. Daher wird dieser Beton auch als Hochleistungsbeton bezeichnet.
Betone mit Druckfestigkeiten über 150 N/mm² nennt man Ultrahochleistungsbetone (englisch Ultra High Performance Concrete = UHPC) oder Ultrahochfester Beton (UHFB). Die Vorteile eines ultrahochfesten faserbewehrten Betons UHPC bezüglich Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit konnten jüngst beim Bau einer Eisenbahnbrücke über den Dürnbach bei Gmund unter Beweis gestellt werden. Die zukünftige DAfStb-Richtlinie „Ultrahochfester Beton“, die derzeit im Entwurf vorliegt, wird einer breiten Anwendung in der Baupraxis den Weg ebnen.
Fakt ist:
1.
Innovative Technologien wie Gradientenbeton, Infraleichtbeton und 3D-Druck eröffnen der Betonbauweise Einsatzbereiche für weitere große Ideen.
2.
Beton legt die Basis für nachhaltiges Bauen: Energetisch aktivierte Betonbauteile tragen zur Energieeffizienz und zum Klimaschutz bei.
Infraleichtbeton ermöglicht wärmedämmende Außenwände in Sichtbeton
Foto: Haus Thalmair / InformationsZentrum Beton / Peters
Passivhausstandard mit wärmedämmendem Infraleichtbeton und ohne Wärmedämmung: Die Betonoase in Berlin
Foto: Betonoase / HeilbergCement AG / Steffen Fuchs
Beton überzeugt mit hohem Wärmespeichervermögen. Deshalb eignet er sich sehr gut als Speicher-, Puffer- und Transportmedium für Wärme. Bei der Bauteilaktivierung kommen diese Vorzüge besonders zum Tragen.
Foto: Behnisch Architekten / David Matthiessen
Leicht, tragfähig, nachhaltig
Schlanke Betonbauteile mit enormer Tragfähigkeit, geringem Eigengewicht und hoher Dauerhaftigkeit auch bei extremen Umgebungsbedingungen. Diese Möglichkeiten bietet der Textilbeton, der damit einen wichtigen Beitrag zum nachhaltigen Bauen leisten kann: Schlankes Bauteil bedeutet geringer Baustoffbedarf und damit Schonung natürlicher Ressourcen und geringe Emissionen bei der Baustoffherstellung.
Beton ist ein Baustoff mit sehr hoher Druckfestigkeit. Die für viele Aufgaben erforderliche große Biegezugfestigkeit verleiht ihm jedoch erst eine Bewehrung. Im klassischen Stahlbeton ist dies eine Bewehrung aus Stahl. Der Beton sorgt hier bei ausreichend großer und dichter Betondeckung der Bewehrung für den Korrosionsschutz, ohne den der Stahl rosten würde. Die Bewehrung eines Textilbetons aus Hochleistungsfaserstoffen wie z. B. Carbon dagegen rostet nicht. Hier kann mit sehr viel geringeren Betondeckungen gearbeitet werden. Carbon hat zudem eine deutlich höhere Zugfestigkeit als Stahl. Das Zusammenwirken von schlanken Bauteilen mit geringem Eigengewicht und hoher Tragfähigkeit erlaubt filigrane Bauteile und Schalentragwerke. Der wesentliche Unterschied des Textilbetons zu den schon seit Jahrzehnten eingesetzten faserbewehrten Betonen ist, dass die Fasern mit Methoden und Geräten der Textiltechnik zu textilen Strukturen verbunden werden und als Gelege damit in Kraftrichtung im Betonbauteil ausgerichtet werden können.
Die weltweit erste Brücke, die ausschließlich mit Carbon bewehrt ist, ist die 2015 fertiggestellte Fußgängerund Radwegbrücke in Albstadt-Ebingen. Die Brücke kommt mit einer nur 90 mm dicken Bodenplatte und 70 mm dicken Trogwänden aus. Die Brücke wurde in einem Betonfertigteilwerk witterungsunabhängig unter optimalen Bedingungen gefertigt, zur Baustelle transportiert und eingehoben. Dabei wirkte sich das geringe Eigengewicht sehr positiv aus. Mit nur 14 t wiegt die Carbonbetonkonstruktion etwa die Hälfte einer vergleichbaren Stahlkonstruktion.
Foto: BetonBild
Harte Schale – weicher Kern
Die Verwendung von Gradientenbeton ermöglicht die Optimierung der Betoneigenschaften in einem Querschnitt. Beton in tragenden Bauteilen wird nicht über den gesamten Bauteilquerschnitt gleich stark und in gleicher Weise beansprucht. Bei der herkömmlichen Betonherstellung wird dem nicht Rechnung getragen: Der Beton weist dabei zum Beispiel über den ganzen Querschnitt einer Außenwand die gleichen Festigkeitsund Wärmedämmeigenschaften auf. Dabei wäre es sinnvoll, wenn der Beton im Wandkern eine hohe Porosität mit hohen Wärmedämmwerten und außen ein dichtes Gefüge mit hoher Tragfähigkeit aufweisen würde. Innovative Werkstofftechnologie und Herstellungsverfahren eröffnen hier mit dem sogenannten Gradientenbeton ganz neue Möglichkeiten. Die Herstellung mit leichten, porösen Gesteinskörnungen nur im Kern ermöglicht schlanke Wandquerschnitte, die sowohl die Anforderungen an die Tragfähigkeit als auch an den baulichen Wärmeschutz erfüllen. So wird auch der Wunsch der Architekten nach einschaligen, tragenden und wärmedämmenden Wänden in Sichtbetonqualität realisierbar.
Mit Gradientenbeton können eine deutlich höhere Materialeffizienz sowie eine signifikante Reduktion des Ressourcenverbrauchs, der Emissionen und des Energieverbrauchs erreicht werden. In ersten Versuchen und Hochrechnungen zu funktional gradierten Geschossdecken aus Beton am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart konnten eine Massenersparnis von mehr als 50 % und eine deutliche CO2-Reduktion im Vergleich zur Produktion herkömmlicher Flachdecken nachgewiesen werden.
Große Freiheit 3D
Weitere architektonische Freiheiten ermöglicht der 3D-Druck mit Beton. Frei von den Zwängen einer standardisierten formgebenden Schalung können in dem sogenannten additiven Fertigungsverfahren (auch Additive Manufacturing = AM) kreativste Formen in hoher Qualität hergestellt werden. Dabei bringt ein computergesteuerter Roboter einen zementgebundenen Trockenmörtel zusammen mit einer Reaktionsflüssigkeit kontinuierlich auf, bis das Bauteil – auch großformatig – fertiggestellt ist. Aufwändige Schalarbeiten entfallen dabei.
Das erste 3D gedruckte Betongebäude in Europa Foto: PERI
Fakt ist:
Betonkernaktivierung: Effizient Heizen und Kühlen
Energetisch aktivierte Betonbauteile sind heute wichtige Bausteine für energieeffiziente Bauwerke und moderne Energiekonzepte.
Das hohe Wärmespeichervermögen eines Betonbauwerks lässt sich auch als so genannte Betonkernaktivierung für das Heizen und Kühlen nutzen. Studien belegen, dass die Betonkernaktivierung für den Heizund Kühlbedarf größerer Büro- und Verwaltungsgebäude im Normalfall die effizienteste und wirtschaftlichste Lösung ist. In den Betondecken oder gelegentlich auch in den Betonwänden werden dabei Rohrleitungen verlegt, durch die meist Wasser als Heiz- bzw. Kühlmedium fließt. Im Heizbetrieb wird aus Umweltenergie über Wärmepumpen Wärmeenergie gewonnen und über das Rohrsystem durch die Betondecken und -wände geleitet. Die Bauteile erwärmen sich gleichmäßig und geben über ihre große Fläche eine angenehme Wärmestrahlung ab. Umgekehrt im Kühlbetrieb. Der „thermische Kraftschluss“ zwischen Rohren und Beton ist besonders intensiv, da der frische Beton beim plastisch-flüssigen Einbau die Rohre vollständig umschließen kann.
Bildnachweis (von oben): Klemens Werner | Nolting | Haus Thalmair / InformationsZentrum Beton/Peters