Keine Betonnester mehr im Tunnelfirst
VDI nachrichten, Freiberg, 25. 11. 05 – Der in Japan entwickelte selbstverdichtende Beton (SVB) kam bislang weitgehend nur im Hochbau zum Einsatz. Jetzt will man auch beim bergmännischen Tunnelbau auf Stampfer und Rüttelflasche verzichten. In einem Versuchsstollen des ehemaligen Erzbergwerks Freiberg wird der selbstverdichtende Beton getestet.
Der vor zwei Jahrzehnten von Japanern entwickelte selbstverdichtende Beton (SVB) weckt weltweites Interesse. Einer der Interessenten, die den selbstverdichtenden Beton in den Dienst einer neuen Aufgabe stellen wollen, ist die Deutsche Bahn. So steht in einem Versuchsstollen in 160 m Tiefe des ehemaligen Erzbergwerks Freiberg ein Tunnelsegment, das mit Schalwagen und Messeinrichtungen bestückt ist.
Die TU Bergakademie Feiberg untersucht hier den Einsatz des SVB unter den besonderen Bedingungen im Berg. Tatsächlich bietet der selbstverdichtende Beton dem bergmännischen Tunnelbau neue Chancen, und zwar nicht zuletzt hinsichtlich der Qualitätssicherung, da es beim Einsatz von Normalbeton im First- und unteren Wandbereich immer wieder zu Mängeln bei der Verdichtung kommt.
Das Rütteln von eingebautem Normalbeton ist mühselig. Die Arbeit erweist sich um so beschwerlicher, je trockener man das Gemisch aus Zement, Zuschlagstoffen und Wasser zubereitet. Mit erdfeuchtem Beton wird aber das Optimum an Festigkeit erzielt. Um Nester und mangelnde Überdeckung von Bewehrungsstahl zu vermeiden, müssen die Betonbauer bei erdfeuchtem Mischgut sorgfältig und zeitaufwändig verdichten, und zwar weit mehr, als dies bei einem feuchteren, also fließfähigeren Beton notwendig wäre.
Da ließen sich in den 1980er Jahren japanische Spezialisten etwas einfallen. Unter Einsatz chemischer Fließmittel änderten sie die Konsistenz des Frischbetons derart, dass überhaupt nicht mehr verdichtet werden muss.
In der Tat spricht vieles für den Einsatz dieses Spezialbetons. Da ist vor allem der problemlose Einbau in Bauteile mit dichter Stahlbewehrung zu nennen, wobei sich der SVB besonders für vertikale Bauteile wie Stützen und Wände eignet. Das fließfähige Mischgut erreicht mühelos schwer zugängliche Stellen, sodass die Gefahr der Bildung von Nestern gebannt ist. Das Ergebnis: angenehmeres Arbeiten, verbesserte Betonqualitäten und gute Sichtbetoneigenschaften aufgrund der relativ glatten und gleichmäßigen Oberfläche.
Das Mischen eines SVB dauert allerdings erheblich länger, als man dies bei Normalbeton gewohnt ist. Entsprechend kostet in Deutschland der SVB etwa doppelt so viel wie vergleichbarer konventioneller Beton.
Um das hohe Fließvermögen des selbstverdichtenden Betons zu gewährleisten, sind auf den ersten Blick etwas ungewöhnliche Rezepturen erforderlich. So beschränkt man sich bei den Zuschlägen häufig auf maximale Körnungen von 12 mm bis 20 mm. Überdies muss für die Einstellung der SVB-Eigenschaften der Feinanteilgehalt angehoben werden. Entsprechend sind Sandgehalt (rund 50 %) und Gesamtanteil an Feinstteilen (Durchmesser kleiner als 0,125 mm) über 500 kg/m³ höher als bei Normalbeton. Auch wieder abhängig vom Größtkorn enthalten selbstverdichtende Betone eine Zementleimmenge von 350 l/m³ bis 400 l/m³. Typisch auch: der niedrige Wasser-/Zementgehalt.
Im Freiberger Bergwerk geht es nun vor allem darum, wie der SVB auch über längere Strecken zum Einbauort geschafft werden kann. Grundsätzlich sei selbstverdichtender Beton zwar genauso pumpbar wie Normbeton, weiß Jürgen Kronenberg, Sprecher des Betonpumpenanbieters Putzmeister, allerdings müssten die Ansprüche an seine Druckfestigkeit „im Rahmen“ bleiben. Sinnvoll sei ein Beton C25/30. Würden bei einem SVB jedoch wesentlich höhere Festigkeiten verlangt, mache sich der Einfluss der im SVB enthaltenden chemischen Zusatzmittel (Fließmittel und Stabilisatoren) „unangenehm bemerkbar“. Das Pumpen würde schwieriger, denn die Konsistenz sei nicht mehr leicht fließend und sämig, sondern zäh-klebrig – ähnlich einem Kleber oder Honig.
„Die SVB-Versuche im Bergwerk Freiberg sollen nun Aufschluss geben hinsichtlich der günstigsten Förder- und Einbautechnologien,“ erläutert Uwe Adlunger, Sprecher der Deutschen Doka, die für den Versuch die komplette Schalungstechnik zur Verfügung stellt. Auch ginge es um das Materialverhalten während des Betonierens. Überdies erarbeitet das Freiberger Institut für Bergbau Empfehlungen für die Mindestbewehrung und die Rissbreitenbeschränkung für SVB im Tunnelbau. Dazu werden Temperaturverläufe während des Erhärtungsprozesses, Elastizitätsmodule, Dehnungen im Beton sowie Rissbreiten und Rissverläufe in situ gemessen und dokumentiert. Projektleiter Frank Dahlhaus, Professor für Baukonstruktion und Massivbau am Freiberger Institut für Bergbau: „Der selbstverdichtende Beton bietet dem Tunnelbau höhere Qualitätsmerkmale.“ Bei in Normalbeton vor Ort erstellten Betonschalen würden immer wieder Schwachstellen bei der Verdichtung festgestellt, und zwar im First- und unteren Wandbereich.
Das Tunnelsegment, das den Schalwagen und die erforderlichen Messeinrichtungen aufnimmt, ist 4 m hoch, 5 m lang und 5,4 m breit. Es hat damit den gleichen Querschnitt wie ein Fluchtstollen der Deutschen Bahn. Hierdurch ließen sich die Versuchsergebnisse unmittelbar auf die Praxis übertragen, betont der Doka-Sprecher. Die 6 m lange Schalungseinheit sei speziell für den Forschungseinsatz konzipiert worden, erläutert Adlunger. So habe man die insgesamt 12 t schwere Schalung in Einzelelementen von maximal 600 kg zerlegen müssen. Schließlich wurden alle Komponenten – nur unter dem Fahrkorb hängend – auf 160 m unter Tage transportiert. E. WALLERANG
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