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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