10.09.2018

Hochfester Beton für schlankere Bauten

Neues Baumaterial ist dank einer hohen Dichte fast so stabil wie Stahl.

Auf der Strecke der Tegernsee-Bahn bei Gmund ist die erste Eisenbahn­brücke in Deutschland aus ultrahoch­festem Beton in Betrieb genommen worden. Der neuartige Hochleistungs­beton ermög­lichte eine besonders schlanke Bauweise. Inge­nieure der Technischen Univer­­sität München TUM haben das Projekt geplant und wissen­schaftlich begleitet. Der ultrahoch­feste Beton ist fast so widerstands­fähig wie Stahl, hat eine lange Lebensdauer und ermöglicht schlanke Bauwerke. Trotz seiner positiven Eigen­schaften wird er in Deutschland jedoch kaum eingesetzt.

Abb.: Bau der ersten Eisenbahnbrücke aus ultrahochfestem Beton in Deutschland am Tegernsee. (Bild: U. Benz, TUM)

„Es handelt sich um ein neues Material, das sich anders verhält als der herkömm­liche Beton“, erklärt Oliver Fischer vom Lehrstuhl für Massivbau. „In Deutsch­land existiert noch kein eingeführtes Regel­werk für seinen Einsatz.“ Das Material wird inter­national bereits seit Jahren erforscht. Das Besondere: Durch seine Zusammen­setzung ist der Werkstoff besonders dicht, besitzt also kaum Hohlräume, in die Nässe oder Salze eindringen können, die das Material schädigen. Auch hält es im Vergleich zum konven­tionellen Beton, der derzeit im Brückenbau verwendet wird, dem vier- bis fünffachen Druck stand.

Für die 6,50 Meter lange Eisenbahn­brücke über den Dürnbach bei Gmund ist das Material ideal. Denn der Abstand des Baches zur Unterkante der neuen Brücke sollte für den Fall eines Hochwassers so groß wie möglich sein. Durch das Material sowie flachere Bahn­schwellen konnten mehr als 25 Zentimeter Bauhöhe einge­spart werden. Das neue Brücken­teil aus ultra­hochfesten Beton ist relativ leicht, sodass die von der vorherigen Brücke vorhandenen Unter­bauten weiter genutzt werden konnten. Das vergleichs­weise geringe Eigen­gewicht erleichterte den Transport und die Verlegung des Bauwerks erheblich, weshalb das Gleis nur für einen relativ kurzen Zeitraum gesperrt werden musste. „Eine intensive Machbarkeits­prüfung zur Anwendung des neuen Werkstoffes ergab für das Pilotprojekt wesent­liche konstruk­tive Vorteile. Wir freuen uns daher, dass wir die TU München in der Erstan­wendung für eine Bahnbrücke unter­stützen können und dass wir einen weiteren, wichtigen Beitrag, auch für das Oberland, leisten zu können“, sagt Heino Seeger von der Tegern­see-Bahn TBG. 

Die Forscher erhoffen sich durch Messungen während des laufenden Betriebs wichtige Erkennt­nisse, die unter anderem in ein zukünf­tiges Regelwerk für die Anwendung des Materials einfließen sollen, zum Beispiel auch für die Verstärkung bestehender Brücken. Die ersten Ergebnisse bestätigen die vorher gemachten Berech­nungen. Die hohe Dichte und Festigkeit erhält der ultrahoch­feste Beton durch ein genau abgestimmtes Verhältnis von Zement­partikeln, feinen Zusatz­stoffen und abgestuften Gesteins­körnungen. Ein weiterer wichtiger Bestand­teil des ultrahoch­festen Betons sind Mikro­stahlfasern. Sie sorgen für eine höhere Zugfes­tigkeit.

In einem nächsten Schritt wollen die Inge­nieure die Zug­festigkeit des ultrahoch­festen Betons noch weiter erhöhen: zum Beispiel durch Karbon­kurzfasern aus dem 3D-Drucker. Diese können zum einen leichter in eine bestimmte Richtung im Beton ausge­richtet werden, zum anderen vernetzen sie sich besser mit dem Material und ermög­lichen eine noch höhere Trag­fähigkeit sowie eine längere Lebens­dauer.

TUM / JOL

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