Werkstoffe 03.06.2005, 18:38 Uhr

Glasfasergewebe macht Betonbrücke zum Leichtgewicht  

Das Bauwerk wiegt nur ein Fünftel einer vergleichbaren Konstruktion aus Stahlbeton.

Schon lange arbeitete die TU Dresden an der Entwicklung einer textilbewehrten Brücke. Doch jetzt tritt sie in Oschatz mit dem Prototyp einer solchen Konstruktion an die Öffentlichkeit. Es handelt sich um eine der drei Brücken, die auf dem Gelände der 4. Sächsischen Landesgartenschau vom 22. April bis 8. Oktober 2006 die Döllnitz überqueren.

Die Leichtgewichtigkeit einer Betonkonstruktion, deren Bewehrung nicht mehr aus Stahl, sondern aus einem textilen Gelege besteht, resultiert aus der gefahrlosen Möglichkeit, die Betonüberdeckung der Bewehrung geringer ausfallen zu lassen als dies bei einer Stahlbetonkonstruktion der Fall ist. Im Gegensatz zu Stahl ist bei Glasfasern keine Betondeckung zum Schutz vor Korrosion erforderlich. Indes: Stahl ist und bleibt zur Bewehrung von Betonkonstruktionen der ideale Werkstoff. Er besitzt den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie Beton und wird durch die alkalische Wirkung des Gemischs aus Zement, Wasser und Zuschlagstoffen (z.B. Sand und Kies) sicher gegen Korrosion geschützt.

Stahleinlagen in Betonkonstruktionen übernehmen die bei Belastung im Bauwerk auftretenden Zugkräfte, da sich eine unbewehrte Betonkonstruktion rein statisch nur durch hohe Druckfestigkeit auszeichnet. Ein unbewehrter Betonbalken würde schon bei geringer Belastung, und zwar beim Auftreten von Zugkräften im unteren Bereich des Balkens, brechen. Ohne Stahleinlagen – ob vorgespannt oder schlaff bewehrt – wäre also der Bau großer Gebäude, weit gespannter Hallen und Brücken nie möglich geworden.

Doch es gibt eine Schwachstelle bei Stahl- und Spannbetonbauten: Ist die Stahlbewehrung nicht genügend mit Beton überdeckt, droht durch das Eindringen von Feuchtigkeit Korrosion. Und damit geht die Wirkung, Zugkräfte aufzunehmen, in dramatischer Weise verloren. Deshalb bleibt für die Stahlbewehrung eine ausreichend dicke Betonüberdeckung unabdingbar, was die Bauteile entsprechend massiv und schwergewichtig ausfallen lässt.

Dieses Wissen veranlasste die Wissenschaftler der TU Dresden zur Entwicklung einer Betonbewehrung, die von keinen Korrosionssorgen mehr getrübt wird. Textile Bewehrung heißt die neue Betoneinlage, so Prof. Dr.-Ing. Manfred Curbach, Sprecher des Sonderforschungsbereichs 528 des Otto-Mohr-Labors der TU Dresden, was bedeute, dass aufgrund geringerer Überdeckung, die Betonkonstruktion erheblich leichtgewichtiger ausfällt. Überdies lässt sich textile Bewehrung auf einfache Weise auf Textilmaschinen zu entsprechenden Gelegen verarbeiten.

Nur 3 cm dick sind Bodenplatte und Wände der Fußgängerbrücke auf der Landesgartenschau in Oschatz, die Curbach zusammen mit den Sächsischen Betonwerken Oschatz entwickelte. Bei einer Spannweite von 9 m wiegt die Brücke gerade mal 5 t. „Eine herkömmliche Stahlbetonüberführung wäre fünfmal so schwer ausgefallen“, rechnete Curbach vor.

Im nächsten Jahr können sich die Besucher der „Lago2006“ von der neuartigen Brücke ein Bild machen. Doch zuvor muss das Bauwerk noch einige Belastungsproben bestehen. Deshalb ist der Prototyp derzeit im Otto-Mohr-Labor an der TU Dresden installiert.

„Wir tragen eine Einzellast über einen einzelnen Druckzylinder ein“, erläutert im Labor Brückenbauer Dirk Jesse. Die Einzellast werde sowohl in Längs- als auch in Querrichtung der Brücke jeweils in vier Achsen verteilt, so dass letzten Endes vier mal vier, also 16, Lasteinleitungspunkte auf die Brücke wirken, und so annähernd eine flächige Lasteinwirkung entstehe. Wenn der Zylinder auf die Brücke drückt, komme das einer realen Belastung mit Passanten gleich. 500 kg/m2, entsprechend fünf Personen á 100 kg, müsse die Brücke verkraften können. „Ausgehalten hat sie im Test das Dreieinhalbfache“, so Curbach. Man habe eigentlich vorgehabt, 24 t aufzubringen, um damit den Nachweis einer zweifachen Sicherheit zu erbringen. Tatsächlich kam jetzt aber eine Belastung von 38 t auf die Brücke, und sie hielt stand.

Mit einer Breite von 2,5 m ist die Brücke für Fußgänger und Fahrradfahrer ausgelegt. Der Textil-Beton habe jedenfalls seine Bewährungsprobe bestanden, und man plane bereits weitere Anwendungen für den neuen Werkstoff. Curbach denkt etwa an dünnwandige Rohre oder an filigrane Fassadenplatten und schalenartige Tragwerke im Hochbau. E. WALLERANG/WOP

http://baublog.twoday.net/stories/620609

Beton und Stahl: eine Ehe, die schon lange hält

– Der mit Stahl bewehrte Beton wurde zufällig im 19. Jahrhundert in Frankreich erfunden. Der Gärtner Joseph Monier (* 8.11.1832, † 12.3.1906) hatte Stahldrähte in die Wandungen seiner Betonpflanzenkübel gelegt, um sie schlanker und trotzdem stabiler zu gestalten. Trotz Temperaturschwankungen im Freien gab es keine Risse.

– Bauwissenschaftler stellten fest, dass Beton den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie Stahl besitzt . Auch verhindert er dessen Korrosion.

– Es schlug die Geburtsstunde des Stahlbetons.In Dankbarkeit an den Erfindergeist des französischen Gärtners hieß auch in Deutschland die Betonbewehrung lange Zeit „Moniereisen“.

– Gefahr von Korrosion: Festgestelle Risse im Beton oder zu geringe Betonüberdeckungen bringen die Stahlbewehrung ein wenig in Verruf. Die Qualitätssicherung bei der Ausführung nimmt einen hohen Stellenwert ein.

– Suche nach korrosionsfreien Werkstoffen zur Bewehrung von Beton. Einer davon: textile Bewehrung.  E.W.

 

Ein Beitrag von:

  • Elmar Wallerang

    Redakteur VDI nachrichten. Fachthemen: Hoch- und Tiefbau, Bautechnik.

  • Wolfgang Pester

    Ressortleiter Infrastruktur bei VDI nachrichten. Fachthemen: Automobile, Eisenbahn, Luft- und Raumfahrt.

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