Basalt statt Stahl 23.06.2020, 06:25 Uhr

Mit dieser Methode lassen sich Betonfassaden günstig sanieren

Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, Beton in Bestandsbauten zu verstärken, ohne die beschädigten Elemente ganz entfernen zu müssen. Als neuen Baustoff setzten sie das vulkanische Gestein Basalt ein – mit sehr viel versprechenden Ergebnissen.

Betonbrücke

Beton ist eines der wichtigsten Baumaterialien, die Herstellung von Zement ist jedoch ziemlich umweltschädlich.

Foto: panthermedia.net/jamesgroup

Stahl gehört seit vielen Jahrzehnten zu den wichtigsten Materialien in der Bauindustrie. Das ist kaum verwunderlich, denn er hat interessante Eigenschaften. Unter anderem besitzt Stahl eine hohe Festigkeit und Steifheit, lässt sich aber trotzdem gut verarbeiten. Zudem ist Stahl nicht teuer. Allerdings halten Stahlbetonfassaden nicht ewig. Denn im Laufe der Jahre dringen Kohlendioxid und Wasser aus der Luft in den Beton ein. Das Gleiche gilt gegebenenfalls für die Rückstände von Streusalz, beispielsweise an Brücken. Das hat fatale Auswirkungen: Früher oder später beginnt der Stahl zu rosten, was sich auf die Verbindung zum Beton auswirkt, der schließlich abplatzt.

Forscher der Hochschule für Angewandte Wissenschaften München haben daher nach einer Alternative gesucht und nach eigenen Angaben sehr gute Erfahrungen mit Basalt gemacht. Sie haben das vulkanische Gestein für beschädigte Fassaden verwendet und ein komplettes Instandsetzungskonzept erstellt.

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Betonelemente werden saniert und nicht ersetzt

Im Fokus standen sanierungsbedürftige vorgehängte Stahlbetonfassaden sowie tragende Betonelemente, wie sie unter anderem bei Brüstungen vorkommen. Ausgestattet sind sie mit einer Verstärkung, der sogenannten Bewehrung. „Bei einer Sanierung von herkömmlichen Betonfassaden müssen die von der Schädigung betroffenen Elemente häufig komplett entfernt und durch neue ersetzt werden. Das ist aufwendig und sehr teuer“, erklärt Andrea Kustermann, Professorin an der Fakultät für Bauingenieurwesen der Hochschule München.

Mit ihrem Team testete sie als Alternative daher das vulkanische Gestein Basalt. Dass die Wahl auf Basalt fiel, war natürlich kein Zufall. Denn das Material ist verhältnismäßig leicht, kann im Gegensatz zu Stahl nicht rosten und kostet wenig, weil es in großen Mengen zur Verfügung steht. Außerdem besitzen Bewehrungen aus Basalt eine hohe Zugfestigkeit.

Basaltbewehrung besteht verschiedene Praxistests

So gut das klingt, wie bewährt sich Basalt in der Praxis? Um das herauszufinden, starteten die Wissenschaftler einen groß angelegten Test. Zunächst setzen sie ihre Basaltbewehrung an einem Fassadenelement ein, das saniert werden sollte. Nach dem Einbau brachten sie einen hoch-alkalischen Spritzmörtel auf, um den pH-Wert des Elements zu erhöhen und den Stahl auf diese Weise erneut vor Korrosion zu schützen. Zum Schluss trugen sie einen speziellen Mörtel auf, um die Sichtbeton-Oberflächen zu bearbeiten. Den Mörtel hatten die Forscher selbst entwickelt. Er ist mit Basaltfasern verstärkt.

Bohrung
Die Kernbohrung in einem instandgesetzten Fassadenelement mit Basaltbewehrung in einer Mörtelschicht.

Foto: Johannes Lesser

Bohrkern
Der eingepasste Bohrkern aus Basalt.

Foto: Johannes Lesser

Fasaltstab
Wenn Basalt Stahl umgibt, sinkt die Korrosionsgefahr.

Foto: Johannes Lesser

Im Ergebnis erfüllte das vorgehängte Beton-Fassadenelemente mit Basaltstab-Bewehrung die vorgegebenen Kriterien an Tragfähigkeit, Haltbarkeit und Ästhetik – bezogen auf eine Instandsetzung. Diese Beobachtungen rechnete das Team mit einer numerischen Simulation nach und konnte auch auf diesem Weg nachweisen, dass ihre Entwicklung tragfähig war. Weitere Einsätze in der Praxis folgten mit ähnlich guten Erfahrungen, zum Beispiel im Tunnel an der A96 bei Gräfelfing bei München, wo das Baumaterial hohen Streusalzmengen ausgesetzt ist. Auch bei der Instandsetzung einer Brücke in Dresden wird die Basaltbewehrung getestet. Als ein weiteres mögliches Anwendungsgebiet haben die Forscher Bahntrassen im Blick. Aktuell prüfen sie diese Einsatzmöglichkeit, um auch hier praktische Erfahrung zu sammeln. Grundsätzlich sehen sie dabei die hohe Tragfähigkeit und Zugfestigkeit sowie die Langlebigkeit des Basalts als wesentliche Vorteile an. Ganz zu schweigen von den günstigen Kosten.

Forscher wollen nun auch den Beton optimieren

Auch wenn Basalt-Bewehrungen ihre Tauglichkeit bereits bewiesen haben, ist die Forschungsarbeit für die Wissenschaftler damit noch lange nicht beendet. Schließlich geht es um einen idealen Verbund zwischen Basaltbewehrung und Betonmatrix. Für Neubauten würde es daher Sinn machen, auch den Beton so zu verändern, dass der Verbund an Haltbarkeit gewinnt. Die Wissenschaftler planen, dieses Konzept bis zu einer marktreifen Lösung weiterzuentwickeln.

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Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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