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Ultra-Hochleistungsbeton – UHPC »ultra high performance concrete«

Visionäre und neuartige Brückenkonstruktionen
Ultra-Hochleistungsbeton

Die Betontechnologie hat in den letzten Jahren bemerkenswerte Fortschritte gemacht. Endeten die Druckfestigkeitsklassen für Beton nach DIN 1045 aus dem Jahr 1998 noch bei B 55, enthält die heutige DIN EN 206/DIN 1045–2 bereits die Betonfestigkeitsklasse C 115. Ultra-Hochleistungsbetone, kurz UHFB (ultrahochfester Beton) beziehungsweise UHPC (»ultra high performance concrete«) genannt, erreichen dagegen noch weit höhere Festigkeiten. Ihre Druckfestigkeit von etwa 200 N/mm² entspricht derjenigen von Stahl (Bild 3). Mit feinen, 6–17 mm langen Stahl- oder hochfesten Kunststofffasern bewehrt, wird der Beton duktil und erreicht eine Zugfestigkeit von über 15 N/mm² und eine Biegezugfestigkeit von mehr als 35 N/mm². Dadurch kann er Zugkräfte aufnehmen, in vielen Fällen wird eine herkömmliche Bewehrung überflüssig. Aber nicht nur die Festigkeit ist bedeutend höher: UHFB hat gegenüber normalfesten Betonen ein so dichtes Gefüge (Bilder 1, 2), dass er praktisch nicht mehr korrodiert und selbst auf Brücken ohne zusätzlichen Schutz vor Chlorid oder Frost-Tausalz-Schäden verwendet werden kann.

Höhere Festigkeit und undurchlässiges Gefüge bedeuten, dass schlankere, materialsparende und dennoch besonders dauerhafte Konstruktionen gebaut werden können, etwa leichte Brücken mit einer wesentlich größeren Spannweite, dünne Platten und Schalen mit hoher Tragfähigkeit und Hochhäuser schätzungsweise bis zu 900 m Höhe.
Der Vorteil von UHFB liegt in seiner Zusammensetzung. Der zum Beispiel an der Universität Kassel entwickelte Werkstoff enthält neben besonders festen, regional verfügbaren Gesteinskörnungen, hochfestem Zement und Wasser auch gezielt ausgewählte mikrofeine mineralische Feinststoffe, wie etwa Quarzmehl und Silika-staub. Die Stoffe werden in optimierten, genau aufeinander abgestimmten Mengen in Hochleistungsmischern gemischt. Zusammen mit sehr wirksamen Polycarboxylatether-Fließmitteln entsteht ein leicht verarbeitbarer, nahezu selbstverdichtender Beton mit einer sehr hohen Packungsdichte der Feinststoffe und einem praktisch porenfreien Zementstein. Während in anderen Ländern schon vereinzelt Brücken aus UHFB realisiert wurden, etwa die Sherbrooke-Brücke im kanadischen Quebeck oder eine Fußgängerbrücke in Seoul, entstanden im letzten Jahr auch in Deutschland erste Prototypen aus UHFB mit wissenschaftlicher Unterstützung der Universität Kassel, etwa eine Fußgängerbrücke in der Gemeinde Niestetal bei Kassel: Die 12 m lange und etwa 3 m breite, frei gespannte Brücke ist nur 10 cm dick und wurde als monolithisches Fertigteil im Werk hergestellt, mit einem Tieflader zur Baustelle gefahren und dort innerhalb von etwa zwei Stunden mit einem Kran auf die Widerlager versetzt. Danach konnte sie sofort für den Verkehr freigegeben werden. Die Brücke war so kostengünstig und schnell fertig gestellt, dass inzwischen ebenfalls in Niestetal drei weitere Fuß- und Radweg- brücken folgten. Die Spannweiten liegen jeweils zwischen 8 –18 m, die Dicke der Brückenplatten zwischen 4 – 8 cm. Drei der Brücken wurden als Fertigteile hergestellt, bei einer liegen die Fertigteilplatten auf Längsträgern aus Stahl auf. Als erstes größeres Brückenbauprojekt mit UHFB in Deutschland wird derzeit die 140 m lange Gärtnerplatzbrücke über die Fulda in Kassel gebaut (Bild 5). Die Unterkonstruktion der für Fahrzeuge bis 5 Tonnen bemessenen Fußgänger- und Radbrücke bildet ein Raumfachwerk aus Stahl. Die beiden Obergurte und das Brückendeck bestehen aus UHFB-Fertigteilen. Die Obergurte werden nachträglich über die volle Brückenlänge vorgespannt, die Fertigteilplatten des Brückendecks sind bereits in Querrichtung vorgespannt. Trotz der für Radbrücken höheren Bemessungslast sind sie in der Mitte nur etwa 8 cm dick (Bild 4). Als weitere Innovation wird bei diesem Bauwerk die hohe Oberflächenfestigkeit des UHFB ausgenutzt, um, weltweit erstmalig, tragende Betonteile auf der Baustelle mit einem Epoxidharzkleber kraftschlüssig miteinander zu verkleben. Die Fertigstellung der Brücke ist noch in diesem Jahr geplant.
~Michael Schmidt, Carsten Geisenhanslüke

Zukunftsträchtig

Glasfaserverstärkte Kunststoffe

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