Einsatz von Hochleistungsbeton

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Hochleistungsbeton verdeutlicht, dass für viele Anwendungen die Dauerhaftigkeit des Betons ebenso interessant, wenn nicht von noch größerem Interesse als seine Druckfestigkeit ist. Da der Widerstand von Beton gegen äußere chemische oder mechanische Beanspruchungen wesentlich durch ein besonders dichtes und festes Gefüge bestimmt wird, unterscheiden sich hochfester Beton und Hochleistungsbeton aus betontechnologischer Sicht im Regelfall nicht.

Seit Anfang 2005 ist in Deutschland eine neue Normengeneration für den Betonbau verbindlich. DIN 1045/DIN EN 20, die wesentlich auf europäischen Grundlagen basieren, erweitern die Einsatzmöglichkeiten für Hochleistungsbetone deutlich.

Zusammensetzung

Um Hochleistungsbeton zu erhalten, ist eine Optimierung des Betongefüges erforderlich. Je nach Anwendung wird dies erreicht durch die Minimierung des Wasserzementwertes, den Einsatz leistungsfähiger Fließmittel zur Gewährleistung der Verarbeitbarkeit und die optimale Abstimmung von Gesteinskörnungs- und Zementsteineigenschaften.

Zement
Für Hochleistungsbetone können Normzemente eingesetzt werden. Die erforderlichen Zementgehalte für hochfeste Betone liegen über denen normalfester Betone, üblicherweise zwischen 380 kg/m³ und 450 kg/m³.

Gesteinskörnungen
Durch die Auswahl geeigneter Gesteinskörnungen wird die charakteristische, homogene Struktur des Hochleistungsbetons erreicht. Ziel ist es, bruchmechanische Unterschiede zwischen Gesteinskörnungen und Zementstein zu minimieren und einen optimalen Verbund zwischen Gesteinskörnungen und Zementstein zu sichern. Bei der Auswahl der Gesteinskörnungen sind Korngrößenverteilung, Oberflächenform sowie der zulässige Mehlkorngehalt zu beachten.

Zusatzstoffe
Ein weiterer charakteristischer Unterschied in der Zusammensetzung im Vergleich zu Normalbeton ist der Zusatz von silikatischen Feinststäuben, auch Silicastaub, Mikrosilica oder Nanosilica genannt. Durch Zusatz von Mikrosilica können Druckfestigkeiten von über 100 N/mm² erreicht werden. Die Dichtheit des Gefüges wird gesteigert, der Verbund zwischen Zementstein und Gesteinskörnung verbessert. Üblich ist eine Zugabemenge bis 10 M.-%. Alternativ oder ergänzend können auch andere Mikrofüller verwendet werden, z. B. Steinmehle, Carbonstaub oder Feinstzement, gemahlene Flugasche oder Hüttensand. Prinzipiell steigt die Wirksamkeit, je feiner der Füller ist. Druckfestigkeitsklassen bis C 70/85 lassen sich bei geringen Wasserzementwerten auch ohne Mikrosilica herstellen.

Zusatzmittel
Wegen des niedrigen Wasserzementwerts von hochfestem Beton sind Zusatzmittel erforderlich. Verflüssiger und Fließmittel stellen eine weiche bis fließfähige Konsistenz des Betons her und gewährleisten die sichere Verarbeitung auf der Baustelle. Selbstverdichtende Betone gehören heute zum Stand der Technik und sind bauaufsichtlich eingeführt.

Einsatzbereiche

Heute bieten sich hochfeste Betone besonders für folgende Einsatzbereiche an:

• druckbeanspruchte Bauteile, z. B. hoch beanspruchte Stützen, Wände
• biegebeanspruchte Bauteile, evtl. vorgespannt, mit großer Spannweite und Steifigkeit, z. B. Brückenträger, Balken
• Bauteile mit hoher mechanischer und Umweltbelastung, z. B. Tunnel, Industriefußböden, Recyclingflächen, Straßen, Wasser- und Abwasserbauteile, Offshore-Bauwerke
• Bauteile zum Schutz vor umweltgefährdenden Stoffen, z. B. Auffangwannen, Chemikalienlager
• chemisch hoch beanspruchte Bauteile, z. B. Kühltürme, landwirtschaftliche Bauteile beim Angriff von Gär- und Futtersäuren, Abwasserrohre für aggressive Medien)
• Verbundkonstruktionen, z. B. stahlummantelte Stützen, Verbunddecken und -träger
• Spezialkonstruktionen, z. B. Containments, Behälter, Vorpressrohre, Tresore, Schraubpfähle.

Hochbau

Die Vorteile des Hochleistungsbetons wachsen mit steigender Gebäudehöhe – im Hochhausbau gestatten es hochfeste Betone, dem bis in die 1970er Jahre dominierenden Stahlskelettbau wirtschaftliche Stahlbetonlösungen entgegenzusetzen. In den Petronas Towers in Kuala-Lumpur kommt hochfester Beton B75 z. B. für aussteifende Kerne und bei den Stützen der unteren Geschosse zum Einsatz.

Daneben gestatten im Wohn- und Gewerbebau hochfeste Betone neue konstruktive und gestalterische Lösungen. Beim Musikgymnasium in Weimar z. B. ermöglichen schlanke Stützen aus B 85 (C70/85) die Ableitung der Lasten aus dem Obergeschoss. Das Erdgeschoss ist nur eingeschoben und trägt nicht mit. Sehr filigrane Bauteile werden erst durch hochfeste und fließfähige Betone ermöglicht.

Brücken

Im Brückenbau baute man in Deutschland seit 1997 zunächst vergleichsweise kleine Stahlbeton- und Spannbetonbrücken in hochfestem Beton, um Erfahrungen mit Bemessungskonzepten, Konstruktionsdetails, dem Vergabeverfahren, der Betonherstellung sowie der Bauausführung zu sammeln. Zwischenzeitlich setzt sich die Entwicklung hin zu Großbrücken fort, z. B.:

• Muldebrücke in Glauchau (2.600 m³ C70/85)
• Havelbrücke in Brandenburg
• Rheinbrücke bei Kehl.

Straßenbau

Im Straßenbau sind die Anforderungen an den Hochleistungs¬beton etwas anders gelagert: Gefordert ist hier insbesondere eine hohe Frühfestigkeit (man spricht auch von "frühhochfestem Beton"), um die Sperrfristen bei der Instandsetzung von Straßen oder Flughäfen möglichst kurz zu halten. Weitere positive Effekte beim Einsatz von hochfestem Beton: Die Dicke der Decke kann reduziert werden, bzw. die Tragfähigkeit bei gleich bleibender Dicke wird erhöht. Der Belag weist einen hohen Taumittelwiderstand bei hoher Griffigkeit auf, es entstehen weniger Abrieb und keine Spurrillen. Bei der Verarbeitung ist allerdings zu beachten, dass die notwendige Oberflächenebenheit erreicht wird, hierzu kommen Längs- und Querglätter zum Einsatz.

Offshore-Bauwerke

Seit ca. 20 Jahren kommt Beton bei Tragwerkskonstruktionen für Ölplattformen zum Einsatz. Diese Offshore-Bauwerke unterliegen extremen dynamische Beanspruchungen durch Meerwasser, Strömungen und Wellengang. Die Vorteile gegenüber Stahl oder normalfestem Beton liegen vor allem in der Dauerhaftigkeit gegenüber extremen Beanspruchungen durch Meer und Wetter, im hohen Widerstand gegen Chlorideindringung und im verringerten Eigengewicht des Konstruktion.

Ausblick

Mörtel und Betone mit Druckfestigkeiten zwischen 150 N/mm² und 800 N/mm² und Biegezugfestigkeiten bis 50 N/mm² (sogenannte Ultrahochfeste Betone oder Pulverbetone, engl.: reactive powder concrete) befinden sich in der praktischen Erprobung. Über die wirtschaftliche Nutzung über Experimentalbauten ¬hinaus (2005 wurde eine Fußgängerbrücke in Kassel gebaut) wird der Baumarkt der Zukunft entscheiden. Beim Einsatz von Hochleistungsbetonen sollte aber immer bedacht werden, dass konstruktiver, betontechnologischer und ausführungstechnischer Sachverstand unabdingbar ist, um diese Betone erfolgreich einzusetzen.