• 25.06.2020

Basalt statt Stahl: nachhaltige Instandsetzung von Betonfassaden

Jahrzehntelang bauten und gestalteten Architekten und Bauingenieure mit Stahlbeton. Leider haben Stahlbetonfassaden häufig eine begrenzte Lebenszeit. Kohlendioxid und Wasser aus der Luft sowie Streusalzrückstände dringen in den Beton ein. Die chemische Zusammensetzung verändert sich, der Stahl beginnt zu rosten und Betonteile platzen ab. Forscher der Hochschule München haben als Alternative jetzt basaltbewehrten Beton geprüft – mit sehr positiven Ergebnissen.

Im Projekt FASALT – »Instandsetzung vorgehängter Sichtbetonfassaden durch dünnwandige Fassadenergänzungen aus basaltbewehrtem Beton« – haben das Team um die Professoren Andrea Kustermann, Christoph Dauberschmidt und Christian Schuler von der Fakultät für Bauingenieurwesen der Hochschule München die Materialeigenschaften des neuen Baustoffs erforscht, optimiert und für die Eignung von Fassaden geprüft.

Herausgekommen ist ein Instandsetzungskonzept für geschädigte vorgehängte Stahlbetonfassaden und tragende Betonelemente, wie man sie beispielsweise von Brüstungen kennt. Die neuen, aus Basalt bestehenden Verstärkungselemente im Beton – in der Fachsprache »Bewehrung« genannt – haben mehrere Vorteile: Sie sind leicht, verfügen über eine hohe Zugfestigkeit, rosten nicht und kosten nicht viel, weil das Ausgangsmaterial – der Basalt – ein vulkanisches Gestein, reichlich vorhanden ist.


Ergänzung statt Abriss

Kustermann erläutert: »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.« In einem Großversuch an der Hochschule München wies das Team jetzt nach, dass vorgehängte Beton-Fassadenelemente mit Basaltstab-Bewehrung alle Ansprüche an Tragfähigkeit, Haltbarkeit und Ästhetik erfüllen können, die für eine Instandsetzung notwendig sind. Zur Erprobung testeten die Forscher das Instandsetzungskonzept mit Basaltbewehrung an einem bestehenden Fassadenelement.

Nach Einbau der neuen Bewehrung wurde durch Aufbringen eines hoch alkalischen Spritzmörtels der Altbeton »realkalisiert«, um den Stahl wieder vor Korrosion zu schützen. Zur Bearbeitung der Sichtbetonoberflächen entwickelte und testete das Team neue, mit Basaltfasern verstärkte Mörtelrezepturen.

Begleitend zu allen empirischen Untersuchungen wurde die Konstruktion mithilfe numerischer Simulation nachgerechnet und die Tragfähigkeit der Konstruktion nachgewiesen. Auch in der Praxis gibt es bereits erfolgreiche Anwendungsbeispiele, vor allem in Bereichen, in denen eine hohe Chloridexposition durch Streusalz vorliegt, z.B. auf Brücken an viel befahrenen Straßen oder dem Tunnel an der A96 bei Gräfelfing bei München.


Alternative zu Stahlbewehrung

Die in Tests nachgewiesene Zugfestigkeit ermöglicht eine hohe Tragfähigkeit bei der Instandsetzung und auch beim Neubau. Schon jetzt wird die neue Materialkombination mittels Basaltbewehrung und einer dünnen Spritzbetonschicht in der Praxis erprobt, z.B. bei der Instandsetzung einer Brücke in Dresden. Eine weitere Anwendung könnten Schwellen an Bahntrassen mit Basaltbewehrung sein, die gerade auf ihre Eignung untersucht werden. Auch hier erweisen sich die hohe Trag- und Zugfestigkeit sowie die Langlebigkeit als Vorteile.


Machbarkeit erwiesen

Die Machbarkeit für den Einsatz der Fassadenergänzungen aus basaltbewehrtem Beton wurde in umfangreichen Tests erwiesen. Im nächsten Schritt gilt es, den Verbund zwischen Basaltbewehrung und Betonmatrix auch von der betontechnischen Seite her zu optimieren. Die Forscher sind zuversichtlich, dass das Konzept bis hin zu einer marktreifen Lösung weiterentwickelt werden kann und überall dort zum Einsatz kommt, wo Langlebigkeit gefragt ist und die bisherigen Konstruktionen aus Stahl und Beton an ihre Grenzen stoßen.


Das Projekt wurde von der Fakultät für Bauingenieurwesen an der Hochschule München durchgeführt und im Rahmen des Programms »Forschung an Fachhochschulen« vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert (FKZ 03FH059). Unterstützt wurde das Projekt FASALT von den kooperierenden Unternehmen Josef Pfaffinger Bauunternehmung GmbH, STO SE & Co. KGaA, Deutschland, fischerwerke GmbH & Co. KG, dem Sachverständigen Dr. Ralf Kimmel und dem Verein der Freunde des Stahlbaus e.V.


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