Ultrahochleistungsbeton

Hochleistungsbeton oder Ultrahochleistungsbeton (UHPC) wird für Bauwerke oder Bauteile verwendet, die neben einer hohen Tragfähigkeit einen großen Widerstand gegen physikalische oder chemische Einwirkungen aufweisen müssen. Entscheidend dafür, dass der Baustoff den hohen Anforderungen gerecht wird, ist das dichte Gefüge, das aber mit einer guten Verarbeitbarkeit einhergehen muss. Mit Hochleistungsbeton können Bauteile bei gleicher Tragfähigkeit deutlich filigraner gestaltet werden, sodass sich Material und damit auch Energie einsparen lassen.

Gallerie

Klassifizierung
Bis zu einer Druckfestigkeitsklasse von C50/60 handelt es sich um Normbetone, es folgen bis C80/95 die hochfesten Betone. Für Betone mit höheren Druckfestigkeitsklassen sind allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen oder Zustimmungen im Einzelfall erforderlich. Der aktuelle Entwurf der DAfStb-Richtlinie „Ultrahochfester Beton“ sieht für den Baustoff eine charakteristische Zylinderdruckfestigkeit von mindestens 130 N/mm² vor.  

Herstellungsmethoden
Die Rezeptur von Hochleistungsbetonen zeichnet sich aus durch

  • einen höheren Bindemittelgehalt: Zur Verminderung von Poren und um eine höhere Dichtigkeit zu erreichen, liegt der Zementgehalt bei etwa 400 kg/m³ und damit etwas höher als bei Normbetonen,
  • einen reduzierten Wasserzementwert (w/z-Wert) zwischen 0,2 und 0,3,
  • die Verwendung von Fließmitteln auf der Basis von Polycarboxylaten, um die Verarbeitbarkeit zu gewährleisten,
  • Körnungen mit eher geringem Korndurchmesser (zu beachten sind dabei Korngrößenverteilung, Oberflächenform sowie der zulässige Mehlkorngehalt sowie Festigkeit/Dichte des Gesteins),
  • die Zugabe von Silikastaub und/oder anderen Mikrofüllern wie Flugasche, Hüttensand, Carbonstaub etc. (nötig für Druckfestigkeiten von über 100 N/mm²)

Entscheidend ist, dass alle Faktoren zusammenwirken und die Inhaltsstoffe präzise austariert sein müssen. Von besonderer Bedeutung für die Festigkeitsentwicklung ist auch die sorgfältige Nachbehandlung des Betons.

Ultrahochfester faserbewehrter Beton (UHFB)
Die Zugabe von Fasern ist beim Einsatz von Ultrahochleistungsbetonen in der Praxis inzwischen die Regel. Grund ist die gerin­ge Duktilität des Baustoffs, die durch die Fasern ausgeglichen wird. In der Regel werden Stahlfasern in einem Anteil von bis zu fünf Volumenprozent zugegeben. Der Baustoff wird meist als faserverstärkter UHPC oder ultrahochfester faserverstärkter Beton bezeichnet. Üblich ist die Abkürzung UHFB. Bei der Verwendung von Stahlfasern haben sich Faserdurchmesser von 0,10 bis 0,20 mm bewährt.

Entwicklung und Anwendung
Die Entwicklung von Hochleistungsbetonen basiert auf Forschungen der 1980er-Jahre, die zunächst in Dänemark und später vor allem in Frankreich durchgeführt wurden; eine erste Bezeichnung für den neuen Baustoff lautete „Reaktionspulverbeton“. Frankreich ist heute bei der Anwendung von Ultrahochleistungsbetonen führend, was durch entsprechende Normen zum Baustoff und zur Ausführung von Bauwerken ermöglicht wird. In der Schweiz wurde 2016 das Merkblatt SIA 2052 „Ultra-Hochleistungs-Faserbeton (UHFB) – Baustoffe, Bemessung und Ausführung“ veröffentlicht.

In Deutschland wurde UHPC im Rahmen eines DFG-Forschungsprogramms (SSP1182 „Nachhaltiges Bauen mit Ultra-Hochfestem Beton“, 2005-2012) intensiv untersucht. Aufgrund fehlender Normen und bauaufsichtlicher Genehmigungen wird der Baustoff hierzulande aber bisher nur selten verwendet. Von der DAfStb ist ein Sachstandsbericht zur Bauweise erschienen, eine Richtlinie ist in Arbeit und soll in Kürze verabschiedet werden. Die Richtlinie gliedert sich in die zwei Teile Bemessungsgrundlagen sowie Anforderungen an den Ultrahochfesten Beton.

Anwendung im Brückenbau
Der Baustoff kommt vor allem bei der Sanierung und Verstärkung von Brückenbauwerken zum Einsatz. Durch die Verwendung von UHFB lassen sich schlankere Bauteile bei gleicher Tragfähigkeit erreichen, gleichzeitig können Eigenlasten minimiert werden. Die Möglichkeiten reichen von einer Verstärkung der Fahrbahnoberfläche bis hin zum Ersatz des gesamten Überbaus durch ein Bauteil aus dem Hochleistungsbaustoff. Bei der Verwendung von Trägern ist die Kombination mit vorgespannter Bewehrung in der Haupttragrichtung sinnvoll. Ein deutsches Pilotprojekt ist die Gärtnerplatzbrücke in Kassel (2006), deren Überbau als Stahl-UHPC-Verbund ausgeführt wurde. Auf den Stahlfachwerkbindern liegen die vorgespannten Bauteile aus UHFB auf, die Platten sind nur rund 8 cm stark. Auf der Grundlage einer UHPC-Trockenmischung entstand 2019 der Fertigteil-Überbau einer Eisenbahnbrücke der Tegernsee-Bahn in Gmund am Tegernsee. Eine weniger technische Variante eines Bauwerks aus dem Material stellt die Fußgängerbrücke in Vrapice dar, die aus schwarz eingefärbtem faserverstärktem UHPC erstellt wurde.

Anwendung im Hochbau
Ultrahochleistungsbeton findet im Hochbau vor allem in europäischen Nachbarländern bei filigranen Fassadenelementen oder bei tragenden Bauteilen Anwendung. Beispiele sind etwa das Mucem in Marseille oder die Galerie Foksal in Warschau (siehe Objekte zum Thema). Als Dachpaneele wurden UHPC-Fertigteilelemente beim TGV-Bahnhof in Montpellier verwendet. Eine tragende Funktion übernehmen Bauteile aus UHPC etwa bei der Fernwärmezentrale Waldau in St. Gallen.

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