Umweltorientierte Optimierung der Zugtragfähigkeit von faserverstärktem UHPC

Faserverstärkter ultrahochfester Beton (UHPC) erlaubt aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften bei geringerem Ressourcenverbrauch das Erstellen entweder filigranerer oder tragfähigerer Bauteile als mit der bisherigen Stahlbeton- und Spannbetonbauweise. Dies belegen die ersten bereits aus UHPC verwirklichten Ingenieurbauwerke der letzten zehn Jahre. Inwieweit damit im Sinne der Nachhaltigkeit die herstellbedingten Umweltauswirkungen im Vergleich zu konventionellen Ausführungen reduziert werden konnten, ist jedoch bislang nicht untersucht worden. Einen zum Zement vergleichbaren großen Anteil an den herstellbedingten Umweltauswirkungen von UHPC weisen nach eige-nen Analysen die bisher zum Einsatz kommenden hochfesten Mikrostahlfasern auf. Der Einsatz von Stahlfasern im UHPC ist notwendig, um einerseits ein explosionsartiges Versagen bei Beginn der Rissbildung zu verhindern und andererseits auch im gerissenen Zustand eine Zugtragfähigkeit zu gewährleisten. Es war daher Ziel dieses Forschungsprojekts, durch ein „Material-Design for Environment“ (MDfE) den Einsatz von Stahlfasern und damit den faserverstärkten UHPC hinsichtlich des Zugtragverhaltens und der herstellbedingten Umweltauswirkungen zu optimieren und Aspekte der Nachhaltigkeit am Beispiel von Bauteilen und Bauwerken zu untersuchen. Ein Großteil der bei der DFG beantragten Untersuchungen wurde allerdings nicht bewilligt, so dass im Fokus des Projekts nun die Ermittlung von Nachhaltigkeitsaspekten bei Bauteilen und Bauwerken aus UHPC stand. Die Analyse der herstellbedingten Umweltwirkungen verschiedener Tragsysteme hat gezeigt, dass UHPC gegenüber Stahl- und Stahlverbundkonstruktionen deutliche Vorteile aufweist. Auch im Vergleich zu Normalbeton kann bei UHPC-Konstruktionen von geringeren Umweltwirkungen ausgegangen werden, wenn der Gehalt an Energie intensiven Ausgangsstoffen auf ein Minimum reduziert wird und Aspekte der Dauerhaftigkeit und damit der Lebensdauer mit ins Kalkül einbezogen werden. Verschiedene Studien belegen, dass der Gehalt an Energie intensiven Ausgangsstoffen (Zement, Mikrostahlfasern, Fließmittel) ohne Einbußen bei den mechanischen Eigenschaften oder der Verarbeitbarkeit verringert werden kann. Damit würde der Einsatz von UHPC auch unter Aspekten der Nachhaltigkeit zu erheblichen Vorteilen für den Betonbau führen.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Thorsten Stengel

Förderung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)