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HS München und FH Kiel entwickeln nachhaltige und langlebige Brückenkappen

Mehr Nachhaltigkeit durch weniger Ressourcenverbrauch

25.03.2021 - München

HS München und FH Kiel entwickeln nachhaltige und langlebige Brückenkappen

Die Hochschule München und die Fachhochschule Kiel entwickeln gemeinsam mit den Industriepartnern Deutsche Basalt Stab GmbH und Erdtrans GmbH nachhaltige und dauerhafte Brückenkappen. Diese sollen aus Recyclingbeton und einer nichtmetallischen und deshalb nichtrostenden Bewehrung aus Basaltfasern bestehen. Die Vorteile: Längere Haltbarkeit bei weniger Ressourcenverbrauch.

Etwa 39.500 Brücken gibt es im Netz der Bundesfernstraßen, die meisten von ihnen wurden im Zeitraum von 1965 bis 1985 gebaut. Viele dieser Bauwerke sind in einem schlechten Zustand. Die Kosten der dringendsten Instandsetzungen von rund 5.200 Brückenbauwerken beziffert die Bundesregierung auf rund 9,3 Mrd. Euro.

Neben dem stetig wachsenden Schwerlastverkehr setzt den Brücken vor allem die Bewehrungskorrosion des Betonstahls zu. Aufgrund des Tausalzeintrages in den Frostperioden sind die seitlichen Brückenkappen besonders anfällig. Auf ihnen sind Geh- oder Radwege, Geländer, Leitplanken und Lärmschutzeinrichtungen untergebracht. Die Brückenkappen müssen deswegen rund alle 25 Jahre ausgetauscht werden.

Längere Haltbarkeit mit Basaltfasern

Langlebiger könnten Betonbauteile sein, die nicht mit Stahl, sondern mit nichtrostender Bewehrung aus Basaltfasern bewehrt sind. Solche Bewehrungsstäbe hat die Deutsche Basalt Stab GmbH entwickelt. Die Stäbe bestehen aus hochfesten Basaltfasern, die aus aufgeschmolzenen Basaltgestein gewonnen werden.

Die Fasern aus dem vulkanischen Gestein, erklärt Stefan Burgard, Geschäftsführer der Deutsche Basalt Stab GmbH, weisen viele Vorteile auf: „Basalt ist in ausreichendem Maße vorhanden, die Fasern lassen sich vergleichsweise kostengünstig herstellen und weisen Festigkeiten von etwa dem Vierfachen von konventionellem Betonstahl auf.“

Im vorangegangenen Forschungsprojekt „Fasalt“ konnte bereits am Institut für Material- und Bauforschung der Fakultät Bauingenieurwesen an der Hochschule München mit Basaltfaserstabbewehrung erfolgreich die Möglichkeit der Instandsetzung von Betonfassadenelementen nachgewiesen werden.

Neben dem Angriff auf den Betonstahl ist bei Brückenkappen auch der Beton durch die kombinierte Einwirkung aus Frost und Tausalzbelastung einem korrosiven Angriff ausgesetzt. Dies stellt auch an den Beton einen hohen konstruktiven und betontechnologischen Anspruch um die Brückenkappen gegen die vorherrschenden Expositionen ausreichend widerstandsfähig zu machen.

Prüfung von Basaltbewehrungsstab im Beton (Foto: Judith Lindermayer) 
Prüfung von Basaltbewehrungsstab im Beton (Foto: Judith Lindermayer)

Mehr Nachhaltigkeit durch weniger Ressourcenverbrauch

Die Projektpartner der Hochschule München, Prof. Dr. Andrea Kustermann und Prof. Dr. Christoph Dauberschmidt, stellen sich dieser betontechnologischen und konstruktiven Herausforderung: Einerseits soll nichtmetallische Bewehrung in Brückenkappen eingesetzt werden und andererseits soll der Beton möglichst mit 100 Prozent rezyklierter Gesteinskörnung hergestellt werden. „In ersten Praxisversuchen konnten wir RC-Beton mit 100% rezyklierter Gesteinskörnung Festigkeiten über 30 N/mm² erreichen und dennoch akzeptable Dauerhaftigkeitseigenschaften aufzeigen“.

Überdies wird versucht, den bisher überwiegend deponierten rezyklierten Sand aufzubereiten und als Zusatzstoff den Zement teilweise zu substituieren. Gemeinsam mit der Erdtrans GmbH, einem Abbruchunternehmen aus Zossen bei Berlin, soll ein sehr ressourcenschonender und damit klimafreundlicher Beton hergestellt werden.

Für die gleichbleibende Qualität des Betonabbruchs wollen die ForscherInnen ein spezielles Aufbereitungsverfahren entwickeln. Aktuell ist der zulässige Einsatz an rezyklierter Gesteinskörnung in Beton in Deutschland auf maximal 45 Prozent der gesamten Körnung begrenzt und die tatsächliche projektbezogene Anwendung noch sehr gering.

Prof. Dr. Stephan Görtz von der Fachhochschule Kiel beschäftigt sich seit längerem mit den Einsatzmöglichkeiten von Betonbauteilen mit nichtmetallischer Bewehrung. So hat er beispielsweise die erste Anwendung von Bewehrung aus glasfaserverstärktem Kunststoff in Deutschland bei einer Tunnelbaugrube im Zuge der Erstellung des U-Bahnhofs Brandenburger Tor in Berlin begleitet.

Am Institut für Bauwesen hat er die Tragfähigkeit von Betonbauteilen mit den Stäben der Deutschen Basalt Stab GmbH untersucht: „In Voruntersuchungen konnten wir die generelle Tragfähigkeit des Verbundbaustoffs bestätigten. Die Bauteile weisen sowohl eine gute Tragfähigkeit als auch eine gute Verformungsfähigkeit aus.“

Gemeinsam wollen die Partner Brückenkappen entwickeln, die sowohl dauerhaft als auch - vor allem im Hinblick auf den Ressourcenverbrauch - sehr nachhaltig sind. Die Wissenschaftler streben danach, dieses Konzept auch auf andere Bauteile zu übertragen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das zweijährige Forschungs- und Transfer/Entwicklungsprojekt mit einer Gesamtsumme von 880.000 Euro.

Quelle: Hochschule München und Fachhochschule Kiel; © Fotos: Christoph Dauberschmidt; Görtz/FH Kiel; Judith Lindermayer; Julia Bergmeister

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