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Experiment der Woche: Was kann man an Beton besser machen?

Beton

Beton stellt einen der wichtigsten Baustoffe dar. Er kommt in weichem, formbarem Zustand auf die Baustelle und bekommt durch das Einfüllen in eine Schalung seine Form. Die mechanischen Eigenschaften des Betons, die er für seine tragende Funktion benötigt, entwickeln sich während des Erhärtens, der Hydratation, im Bauteil beziehungsweise Bauwerk. Aus diesem Grund haben neben der Zusammensetzung des Betons, das Bauverfahren und die Gegebenheiten auf der Baustelle einen großen Einfluss auf die Eigenschaften des Bauwerks.

Die Eigenschaften eines Betons ließen sich bis vor nicht allzu langer Zeit noch mit einem 3-Stoff-System bestehend aus Zement, Wasser und Gesteinskörnung (Sand und Kies) beschreiben. Um den steigenden statischen und architektonischen Anforderungen moderner Bauwerke gerecht werden zu können, müssen Betone heutzutage höhere Anforderungen erfüllen. Dementsprechend wurde die Betontechnologie weiterentwickelt. Durch die Verwendung weiterer Betonausgangsstoffe, den sogenannten Betonzusatzstoffen und –mitteln, können heute sowohl Frischbetoneigenschaften wie auch die Festbetoneigenschaften in vielfältigster Weise gesteuert werden. Unter Berücksichtigung der im Beton enthaltenen Luft wird daher bei den heutigen Hochleistungsbetonen vielfach von einem 6-Stoff-System gesprochen. Die jeweilige Zusammensetzung hat dabei sowohl Auswirkungen auf die Verarbeitungseigenschaften als auch auf die Festigkeit und die Dauerhaftigkeit.

Bedingt durch immer höhere Bauwerke bei der gleichzeitigen Forderung nach immer schlankeren tragenden Bauteilen wie beispielsweise Stützen und Wänden, müssen die einzelnen Bauteile immer größere Kräfte bei immer kleineren Querschnitten aufnehmen können. Dieses ist nur durch den Einsatz von Betonen mit sehr hohen Festigkeiten möglich. Um solche Eigenschaften zu erreichen, müssen die Bestandteile einer Betonzusammensetzung möglichst gut aufeinander abgestimmt werden. Das heißt zum Beispiel, dass die Hohlräume zwischen groben Kieskörnern durch feinere Stoffe wie den Sand aufgefüllt und ebenfalls die zwischen den Sandkörnern verbliebenen Hohlräume wieder durch feine Gesteinsmehle, Zement und andere Betonzusatzstoffe gefüllt werden müssen. Je höher die Anforderungen an einen Beton sind, desto weiter und genauer muss diese Abstimmung sein, sodass bei Betonen mit extremen Festigkeiten Stoffe mit Korngrößen im Nano-Bereich eingesetzt werden. Weiterhin ist durch die Verwendung moderner Fließmittel eine Reduktion des Wassers und somit deutlich dichtere, porenärmere Struktur des Festbetons realisierbar. Diese beiden Ansätze stellen den Anfang von umfangreichen Optimierungsmaßnahmen dar, an deren Ende Betone mit sehr hohen Druckfestigkeiten und sehr großer Dauerhaftigkeit, aber auch mit extremen Fließfähigkeiten stehen.

Hochfeste Betone und Mörtel kommen nicht nur in den Bauwerken des klassischen Hoch- und Tiefbaus zum Einsatz, sondern werden auch für wichtige Verbindungselemente bei Offshore-Windenergieanlangen eingesetzt. Diese Verbindungen sind sehr hohen dynamischen Belastungen aus Wind, Welle und Rotorbetrieb ausgesetzt. Dadurch kommt es zu Materialermüdung, die im Vorfeld aufwändig ermittelt und beschrieben werden muss, um eine ausreichende Lebensdauer der Anlagen gewährleisten zu können.

Neben den gestiegenen mechanischen Anforderungen an den Beton, sind auch die Anforderungen an die Verarbeitbarkeit und die Oberflächeneigenschaften gestiegen. In der aktuellen Architektur geht die Entwicklung zu immer filigraneren und scharfkantigeren Bauteilen. Um diese Bauteile fehlerfrei betonieren zu können, kommen vielfach fließfähige und selbstverdichtende Betone zum Einsatz. Um zusätzlich noch eine reproduzierbare, gleichmäßige und glatte Oberfläche realisieren zu können, muss das komplizierte Zusammenspiel von Betonzusammensetzung, Schalmaterial, Trennmittel, Einbauverfahren und Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit verstanden werden.

Auf diesen Gebieten wird am Institut für Baustoffe der Leibniz Universität Hannover intensive Forschungsarbeit geleistet. Neben der Grundlagenforschung im Bereich der ultrahochfesten Betone, sind gerade im Bereich der Betontechnologie immer wieder Anknüpfungspunkt zu finden, um die gewonnenen wissenschaftlichen Ergebnisse in robuste, praxisnahe Lösungen zu überführen. Durch die universitäre Kombination aus Forschung und Lehre an den Instituten fließen die aktuellen Erkenntnisse aus der Forschung in die Lehre ein.

Weitere Informationen zu den Studiengängen finden Sie auf den Seiten der Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie (FBG).