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Mikrobewehrter Hoch­leistungsbeton

Neue Perspektiven für Baukonstruktionen

• Vergleich Ducon-Treppe mit einer Stahlbetontreppe...

  Foto: Ducon

• Die Faltwerktreppe mit einer Bauteilstärke von nur...

  Foto: Ducon

• Bei tragenden Strukturen wie gewellten...

  Foto: Ducon

• Dank seiner Eigenschaften ermöglicht...

  Fotos (6): Ducon

• Sprengversuche zeigen die enorme...

  Quelle: Ducon

• Die dargestellten Lastverformungskurven...

  Quelle: Ducon

• Das Innenleben des Ducon Hochleistungsbetons...

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  Autor
  
  Dr.-Ing. Stephan Hauser, ist geschäftsführender Gesellschafter der Ducon GmbH in...

Hochleistungsbeton

Der Begriff „Hochleistungsbeton“ entwickelte sich aus der Bezeichnung „hochfester Beton“ und macht deutlich, dass für die Anwendun­gen die Dauerhaftigkeit der betonierten Bauteile von mindestens ebenso großem Interesse ist wie deren Druckfestigkeit. Für die jeweiligen Verarbeitungs- und Nutzungsanforderungen wie Undurchlässigkeit, Selbstverdichtung, hoher Widerstand gegen physikalische oder chemische Einwirkungen oder andere Spezialanforderungen wird das Betongefüge optimiert, wie durch die Minimierung des Wasserzementwertes, den Einsatz leistungsfähiger Fließmittel und die Feinabstimmung der Gesteinskörnungs- und Zementsteineigenschaften. Durch die Auswahl geeigneter Gesteinskörnungen wird die charakteristische, homogene Struktur des Hochleistungsbetons erreicht. Ein weiterer charakteristischer Unterschied zur Zusammen­setzung von Normalbeton ist der Zusatz von Feinststäuben (Silicastaub, Mikrosilica oder Nanosilica). Durch den Zusatz von Mikrosilica können Druckfestigkeiten von über 100 N/mm² erreicht werden. Sie steigern die Dichtheit des Gefüges und verbessern den Verbund zwischen Zementstein und Gesteinskörnung. Zusätzlich oder stattdessen können auch andere Mikrofüller verwendet werden, wie Steinmehle, Carbon­staub oder Feinstzement, gemahlene Flug­asche oder Hüttensand. Die Wirksamkeit steigt, je feiner das Füllmaterial ist. Bei ge­ringen Wasserzementwerten lassen sich Druck­festigkeitsklassen bis C 70/85 auch ohne Mikrosilica herstellen. Grundsätzlich sind wegen des niedrigen Wasserzementwerts von hochfestem Beton Zusatzmittel erforderlich. Verflüssiger und Fließmittel ermöglichen als „Weichmacher“ eine bessere Verarbeitung des Betons auf der Baustelle. Selbstverdichtende Betone gehören heute zum Stand der Technik und sind bauaufsichtlich eingeführt.

Mikrobewehrter Hochleistungsbeton

Zum Schutz gefährdeter Gebäude und Bauteile wurde ein Hochleistungsbeton mit Mikrobewehrung entwickelt. DUCON^® heißt der patentierte Hochleistungsbeton, der Druckfestigkeiten von 100 - 200 N/mm² und Biegezugfestigkeiten von 16 - 75 N/mm² erreicht. Der Name DUCON steht für Ductile Concrete und bezieht sich auf ein wesentliches Leistungsmerkmal dieses Werkstoffes: die hohe Duktilität und die damit verbundene hohe Energieabsorption. Ein Zuschlag im Korn­größenbereich 0-4 mm und die miteinander räumlich verknüpften feinen Stahlmatten im Betonbauteil führen dazu, dass das Material unter Einwirkung äußerer Kräfte nicht reißt oder bricht, sondern sich plastisch und dauerhaft verformt. Diese Fähigkeit (Duktilität) ermöglicht die Lastaufnahme selbst bei großen Verformungen und verhindert ein schlagartiges Versagen von tragenden Bauteilen. Die Eigenschaft ist zudem die wesentliche Grundlage für den erfolgreichen Einsatz des Baustoffs als Stützenverstärkung in Erdbebengebieten. Andere Produkteigenschaften, wie die hohe Druckfestigkeit, die außergewöhnliche Abrieb- und Verschleißfestigkeit und seine ästhetische Optik machen das Material zu einem idealen Beton für Fassadenplatten, Schutzmauern, Industriefußböden oder Dichtflächen.

Breites Anwendungsspektrum

Die Materialeigenschaften von mikrobewehr­tem Hochleistungsbeton in Verbindung mit der Möglichkeit einer schlanken Ausführung eröffnen ein breites Anwendungsspektrum für die Architektur. Die Anwendungen er­strecken sich von Explosions- und Erdbebenschutzmaßnahmen über nachträgliche Bauteil- und Gebäudeverstärkungen, hoch belast­bare Industrieböden bis hin zu filigranen architektonischen Sonderbauteilen. Das Material verfügt durch seine hohe Duktilität über einen hohen Widerstand gegenüber hochdynami­schen Lasten, wie Explosionen, Beschuss, Lastanprall und Erdbeben. In Versuchen wurde zudem die hohe Durchbruchhemmung nachgewiesen und zertifiziert. Als Faustformel gilt: Der mikrobewehrte Hochleistungsbeton verfügt im Vergleich zu Stahlbeton über mindestens die doppelte Leistungsfähig­keit und kann mit halber Bauteilstärke und mit halbem Gewicht ausgeführt werden. Darüber hinaus ist der Baustoff weitgehend splitterfrei. Der Baustoff wird aufgrund seiner hohen Schutzwirkung vorwiegend zum Schutz von gefährdeten Einrichtungen und kritischen Infrastrukturen eingesetzt. Dabei kommt das Material in Form von Schutzwänden, Fassadenplatten, Trümmerschutzdecken und Stützenverstärkungen zum Einsatz. Materialeigenschaften wie Dichtigkeit, Abriebfestigkeit, Rissbreitenbeschränkung und Dauerhaftigkeit bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit sind Voraussetzung für die Instandsetzung und Ertüchtigung von geschädigten und maroden Bauwerken. Eine der Stärken von mikrobewehrtem Hochleistungsbeton ist der Einsatz für die Instandsetzung von Industrieflächen, Verschleiß- und Dichtschichten und die Ertüchtigung von bestehenden Strukturen durch Decken- und Stützenverstärkungen. Bei der Instandsetzung von geschädigten Flächen und Deckenverstärkungen wird die Mikroarmierung auf dem geschädigten Untergrund ausgelegt und mechanisch mit dem Bestand verbunden. Anschließend wird weitgehend fugenlos der selbstnivellierende, hoch­feste Beton aufbetoniert. Die Mikroarmierung gewährleistet neben der höheren Lastaufnah­mefähigkeit die Aufnahme von Temperaturdehnungen und somit die Überbrückung bestehender Risse des Untergrundes. Die Schicht­stärken von Ducon betragen je nach statischer Anforderung zwischen 25 und 60 mm. Durch dieses Verfahren wird anstelle des Abbruchs und Neubaus einer Fläche diese dauerhaft verstärkt durch eine zusätzlich aufgebrachte Schicht mikrobewehrten Betons. Der große wirtschaftliche Vorteil des Verfahrens liegt in der Minimierung der Abbruch- und Entsorgungskosten bei gleichzeitig kurzen nutzungsbedingten Ausfallzeiten.

Neue Perspektiven für freie Formen

Für alltägliche Bauaufgaben wie die Sanierung von hochbelasteten Industrieböden eignet sich der Hochleistungsbeton ebenso wie für anspruchsvolle Architektur, wie zum Beispiel die 4,3 m lange freitragende Faltwerktreppe, die über 15 Stufen spannt und über­­-all eine Bauteilstärke von nur 8 cm aufweist. Die hohe Leistungsfähigkeit in Kombination mit den durch die Mikrobewehrung möglich gewordenen geringen Materialstärken ab 15 mm eröffnen für Architekten gestalterische Vielfalt und Freiheit. Realisierbar sind filigrane Tragwerke, wie dünne begehbare Platten für Balkone und Laufstege, monolithische Eingangsportale oder Schalentragwerke mit Membrantragfähigkeit (z. B. Hyparschalen). Auch tragende Betonfertigteile können verblüffend filigran ausgebildet werden, wie zum Beispiel gewellte Fassadenplatten und Trägerprofile für Pfosten-Riegel-Konstruktionen. Die Mikroarmierung passt sich dem geschwungenen Oberflächenverlauf an und sichert dieTragfähigkeit der Konstruktion. Optisch ermöglicht der Hochleistungsbeton eine hochwertige, porenfreie Oberfläche von spiegelnd bis matt. Die Beispiele geben einen Eindruck von dem gro­ßen Potential und der Vielfältigkeit der Einsatzgebiete für mikrobewehrten Hochleistungsbeton. In Bezug auf nachhaltiges Bauen tragen die schlanke Ausführung und der damit verbundene geringere Materialverbrauch sowie die hohe Lebensdauer des Werkstoffs im Vergleich zu Stahlbeton zur Schonung der Umwelt und der Ressourcen bei.

Dr.-Ing. Stephan Hauser, Mörfelden-Walldorf