Die Zukunft des Betons ist fließend

Prof. Dr.-Ing. Harald Garrecht

Grau, allgegenwärtig und schon vor 2 000 Jahren von den Römern genutzt: opus caementitium. Ein Gemisch aus hydraulisch erhärtendem Kalk, Sand, Bruchstein und Wasser, das zu beachtlicher Fes-tigkeit führte und beständig war. Das Wissen der Römer ging im
Mittelalter verloren. Erst im 19. Jahrhundert wurde der heutige Portlandzement entdeckt, der mit Wasser und Gesteinskorn zu einem festen Beton erhärtet. Bahnbrechend im Zeitalter der Industrialisierung, gießfähige Massen mischen und in Schalungen beliebiger Geometrie einfüllen zu können, die nach der Hydratation des Zements
zu einem druckfesten Baukörper führten. Anfänglich nur für druckbeanspruchte Bauteile verwendet, zeigte sich rasch, dass mit dem Einlegen von Eisen ein biege- und zugbeanspruchbarer Materialverbund entsteht. Empirisches Handeln wich Anfang des 20. Jahrhunderts dem Bauen nach Bemessungs- und Konstruktionsregeln. Heute verfügen Planer und Ausführende über einen Werkstoffverbund, den Stahlbeton und Spannbeton, der Betonbauwerke bis in große Höhen ragen, weit spannen und tief gründen lässt und außergewöhnlich
widerstandsfähig ist.

Ein Werkstoff mit soliden Eigenschaften und Potenzial für die Zukunft

Bis in die 1990er-Jahre widmete sich die Forschung dem Betonverhalten. Mit dem Aufkommen neuer und besonders leistungsfähiger Fließmittel wurde die Entwicklung einer neuen Generation von Betonen angestoßen. Seither unterstützen jüngere Erkenntnisse zum Einfluss der Packungsdichte auf die Eigenschaften von feinkornreichen Betongemischen wie auch zum Einfluss der Verwendung feinster reaktiver und inerter Zusatzstoffe die faszinierenden Entwicklungen. Schon heute werden mit ultrahochfesten und selbstverdichtenden Betonen neue Einsatzbereiche erschlossen. Durch Zugabe von Fasern oder das Einlegen von textilen Geweben verbessert sich das Zug- und Biegetragverhalten enorm. Forschungen zum Carbonbeton geben Hoffnung, dass künftig ein neues Kapitel des leichten und ressourcenschonenden Bauens aufgeschlagen werden kann. Auch mit Hohlkörperbauweisen und einer Gradierung der Betone lassen sich neuartige gewichts- und ressourcenoptimierte Konstruktionen herstellen.

Ein Werkstoff für die Welt von morgen

Weltweit wird der Bedarf an Betonen zur Schaffung von neuem Lebensraum und fehlender Infrastruktur weiter zunehmen. Dem stehen limitierte Ressourcen gegenüber. Primärrohstoffe sind zunehmend durch Sekundärrohstoffe zu ersetzen und die stoffliche Verwertung beim Rückbau wird ein Muss. Die Entwicklung umweltfreundlicher Betone ist zu intensivieren, um den Einsatz von Zementklinker zu reduzieren. Schon heute werden alternative Bindemittel gesucht und verschiedenste reaktive sowie inerte Stoffe mit Portlandzement kombiniert und in ihrer Granulometrie optimiert. Doch ist die Wechselwirkung zwischen Strukturbildung und Eigenschaften auf der Nanoebene noch nicht verstanden. Grundlegende Forschungen können hier die Basis für Betone der nächsten Generation schaffen. Nanoskalige Betonzusätze werden dazu beitragen, die Dispergierbarkeit und das Reaktionsverhalten auf molekularer Ebene zu verbessern.

Optimierungen führen aber zu sensibleren Betongemischen, deren Herstellung und Verarbeitung immer komplexer werden. So kommt dem rheologischen (fließtechnischem) und reaktiven Verhalten der an Fein(st)stoffen und chemischen Zusätzen reichen Stoffgemische eine große Bedeutung zu, um eine zielsichere Mischprozessführung und Pumpförderung sicherzustellen. Lassen sich gleichförmige Frischbetone am Einbauort übergeben, können die Betone künftig mit innovativen Verfahren der additiven Fertigung, so den Extrusionsverfahren (3D-Druck) und den automatisierten Spritztechnologien, ohne Schalung ausgeformt werden. Visionen freigeformter Betonstrukturen und Gebäudehüllen lassen sich so in die Baupraxis überführen, um den Bedarf an nachhaltigen Betonbauwerken zum Nutzen unserer Gesellschaft und Umwelt zu decken, die uns in ihrer Erscheinung und Leistungsfähigkeit begeistern werden.