Forschung

Der Baustoff (Stahl)beton dominiert nach wie vor die weltweite und deutsche Baubranche. Bei der Herstellung von einer Tonne des für Beton benötigten Zementes werden 0,61 t CO₂ freigesetzt. Allein im Hochbau werden weltweit etwa 2,5 Mrd. Tonnen Zement verbraucht. Davon entfallen allein 55 % und somit ca. 1,4 Mrd. Tonnen Zement und 0,83 Mrd. Tonnen CO₂ auf Decken und Fundamente im Hochbau.

Eine Lösung zur Reduktion des Betoneinsatzes in Decken und Fundamenten bieten Hohlkörper mit einem Einsparpotenzial an Material und CO₂ von bisher ca. 25 % gegenüber massiven Betondecken. Nachteil bisheriger Hohlkörper-Systeme ist jedoch die deutliche Reduktion der Querkrafttragfähigkeit gegenüber Betonmassivdecken, sodass sich der effektive Einsatzbereich auf ca. 60 % der Decken- bzw. der Fundamentfläche verringert. Dadurch weist die Leichtbauweise mit Hohlkörpern bisher häufig Kostennachteile gegenüber massiven Decken/Fundamenten auf. Trotz der Umweltvorteile von Hohlkörpersystemen wird daher weiterhin der weitaus größte Teil der Decken und Fundamente in massiver Bauweise ausgeführt.

Zentrales Ziel des Projektes ist es, die Querkrafttragfähigkeit von zweiachsig gespannten Hohlkörperdecken und -fundamenten um 50 % zu steigern und auf diese Weise das Einsatzgebiet der Hohlkörper­technologie sowie das Einsparpotenzial hinsichtlich Material und CO₂ zu maximieren. Dieses Ziel soll erreicht werden durch ein neues geometrisches Prinzip der Hohlkörpertechnologie. Es handelt sich um kegelstumpfförmige Hohlkörper, die mit der „spitzen“ Seite alternierend nach oben und nach unten eingebaut werden und so exakt den Kraftfluss in Decken/Fundamenten abbilden. Durch die erhöhte Querkrafttragfähigkeit der neuen Hohlkörper-Technologie wird der Einsatz auch in Bereichen nahe von Wänden und Stützen ermöglicht. Dadurch erhöht sich der Einsatzbereich auf bis zu 80 % der gesamten Decken-/Fundamentfläche. Über diesen Ansatz werden bis zu 40 % des eingesetzten Betons in Decken und Fundamenten eingespart. Zudem sollen sie erstmals auch klare Kostenvorteile gegenüber Massivdecken aufweisen, so dass sie flächendeckend in die Anwendung überführt werden können und eine schnelle, akute und hohe Umweltwirkung erzielen.

Das Verbundprojekt ‚air-Kon-Matrizen: Aufblasbare, individuell geformte, ressourcendschonende und konfektionierbare Hohlkammer-Matrizen für die Herstellung von Leichtbaufundamenten‘ wurde im Zuge der Initiative ‚Technologietransfer-Programm Leichtbau‘ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) bewilligt.

Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung maßkonfektionierter, aufblasbarer Hohlkammermatrizen, die in die Schalung von Fundamenten zwischen den Bewehrungslagen eingelegt werden und den Beton an den Stellen verdängen, an denen er für die Tragfähigkeit nicht benötigt wird. Ähnlich wie bei den bereits gängigen Hohlkörperdecken sollen dadurch bis zu 40 Prozent der Betonmenge eingespart werden. Durch die Verringerung des eingesetzten Betons kann der für die Herstellung und den Transport erforderliche Energieverbrauch erheblich reduziert und somit der damit einhergehende CO₂-Ausstoß signifikant gesenkt werden.

Stahlbetonbauteile sind während ihrer Nutzungsdauer neben den eigentlichen Lasteinwirkungen zusätzlich Zwangeinwirkungen unterworfen. Diese ergeben sich immer dann, wenn ein Bauteil infolge von Betonschwinden oder infolge von Temperatureinwirkungen das Bestreben hat, sich zu verlängern oder zu verkürzen, durch seine Auflagerung aber an derartigen Verformungen gehindert wird. Die beschriebenen Zwangkräfte können rechnerisch nur mit erheblichem Aufwand exakt bestimmt werden und werden deshalb in der Praxis üblicherweise auf der sicheren Seite liegend abgeschätzt. Dadurch ergibt sich eine immense Verschwendung von Bewehrungsstahl. Ziel des Forschungsprojektes ist es ein einfach handhabbares Verfahren für eine wirklichkeitsnahe Abschätzung der Zwangkräfte in Stahlbetondecken zu entwickeln.