Beton wird heute gestrickt

Beton umgibt uns – teils wortwörtlich – von allen Seiten. Aber wo kommt er her, und wie werden wir ihn künftig verwenden?

1. Aller Anfang ist hart

Beton in der Antike

Seit gut 2.000 Jahren wird Beton verwendet, um monumentale Gebäude zu schaffen. 

Ein besonders beeindruckendes Beispiel ist das Pantheon in Rom: Es trumpft mit einer Kuppel auf, die mit ihren 43 Metern Durchmesser bis heute die größte unbewehrte Betonkuppel der Welt ist.

 

Auch das größte Amphitheater der Welt, das Kolosseum in Rom, wurde mit dem römischen Baustoff unsterblich gemacht. Das Opus Caementum, wie der römische Beton hieß, war widerstandsfähiger, druckfester und härter als der heutige Beton. Das liegt an speziellen Aluminium-Tobermorit-Kristallen, die wohl im Tuff und in der Vulkanasche vorkamen, die dem Beton beigemischt wurden.

Wie so viele interessante Entdeckungen der Antike fiel auch der Beton im Mittelalter der Vergessenheit anheim und wurde erst um 1700 wiederentdeckt.

Übrigens: Bohren in Beton haben wir Ihnen jetzt ganz leicht gemacht – mit dem Diamantbohrsystem DD150.

 

2. Hochfest, lichtdurchlässig, filigran

 

Heute muss Beton nicht nur widerständig sein. Er muss auch leicht sein, einfach und schnell verarbeitet werden können – und soll für manche Projekte sogar lichtdurchlässig sein:

Transluzenter Beton

Eine ganz besondere Entwicklung in der Beton-Technologie der letzten Jahre ist der lichtdurchlässige Beton. Dabei wird zwischen Schichten aus Feinbeton ein Spezialgewebe aus gleichmäßig angeordneten, lichtleitenden Fasern eingesetzt. Je mehr dieser Schichten abwechselnd eingesetzt werden, desto mehr Licht dringt durch den Betonblock.

Und weil die lichtleitenden, optischen Fasern das Licht verlustfrei durch den Beton leiten können, kann selbst eine sehr dicke Wand „durchsichtig“ genug sein, um Licht, Schatten und Farben durch sie hindurch zu erkennen. Die Einsatzmöglichleiten sind vielfältig: Denn dieser Beton erreicht trotz des Verbunds mit den Gewebeflächen die Festigkeit von hochfestem Beton. So können selbst fensterlose Räume, zum Beispiel Büros, Wellnessbereiche oder Sporthallen mit Tageslicht versorgt werden.

Und was bringt die Zukunft? Einer der wichtigsten Trends 2020 ist sicher der selbstheilende Beton. Lesen Sie mehr darüber in unserem Artikel „5 Trends im Baugewerbe ab 2020“.

Selbstverdichtender Beton

Er zeichnet sich durch sehr gute Fließeigenschaften aus und verdichtet sich dank der Schwerkraft einfach selbst. Das ermöglicht ganz neue Konstruktionen, zum Beispiel bei einer komplexen oder „ungünstigen“, also spitzwinkligen oder runden Form eines Bauobjekts.

Außerdem spart selbstverdichtender Beton Zeit im Bauablauf, weil auf das zeitraubende Rütteln und das schichtweise Eingießen verzichtet werden kann – und Zeit ist in der Baubranche ein wahrhaft kostbares Gut.

Hochleistungsbeton

Hochfester Beton weist eine besonders hohe Druckfestigkeit auf, ist dichter und so im Regelfall auch widerständiger gegen chemische Beanspruchungen. Außerdem punktet er neben einer hohen Belastbarkeit auch mit einer hohen Lebensdauer. Als wahrer Tausendsassa unter den Betonen spart er beim Brücken-, Straßen- und Tunnelbaus Material und damit Zeit und Kosten. Selbst die Betonteile bei Offshore Objekten halten den rauen Umwelteinflüssen stand. Aus architektonischer Sicht ist Hochleistungsbeton besonders interessant: Durch die hohe Belastbarkeit eröffnet er ganz neue, hauchdünne Gestaltungsmöglichkeiten.

Weg also mit der Vorstellung vom Betonklotz des Brutalismus: Beton ist heute filigran.

Übrigens: Je filigraner der Beton, desto weniger Platz bleibt für Befestigungen. Eine Lösung bieten unsere Ankerschienen HAC-CP so wie Cast-In Einlegeteile.

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3. Drucken und Stricken

Neue Methoden der Betonverarbeitung

So kennt man die Betonverarbeitung: in einen Rahmen gegossen oder in Schalung geschüttet. 

Allerdings erlebt die Baubranche gerade, wie Beton durch innovative Techniken einfacher und vielseitiger verwendet werden kann. Zwei neue Verarbeitungsmethoden stehen dabei besonders im Fokus: Das Drucken und das Stricken.

 

Beton Drucken

Dass das 3D-Drucken in beinahe jedem Wirtschaftszweig eine immer höhere Bedeutung bekommt, wussten Sie vielleicht. Aber dass jetzt selbst das Drucken ganzer Gebäude möglich ist, dürfte den einen oder anderen doch überraschen. Die erste industrielle 3D-Druckerei in Europa wurde im Januar 2019 in Eindhoven, NL offiziell eröffnet. Hört sich wie Science-Fiction an, hat aber handfeste Vorteile: Was das Drucken von Beton so interessant macht, ist, dass weniger Arbeit anfällt – zum Beispiel entfallen die Schalungen, die normalerweise aufgebaut werden müssen. In einem termingetriebenen Gewerbe wie dem Bau ist das ein wichtiger Punkt.

Außerdem sinkt die benötigte Menge Beton beim 3D-Druck-Verfahren gegenüber der Verarbeitung in Gussteilen – und damit die CO2-Emissionen, die bei diesem Baustoff eigentlich sehr hoch sind. Aus architektonischer Sicht ist interessant, dass rechte Winkel endlich kein Muss mehr in der Gestaltung mit Beton sind. Das wird im Eindhovener Pilotprojekt ganz besonders deutlich: Eine ganze Siedlung wird hier gedruckt, und das völlig ohne Ecken und Kanten.

 

 

Beton Stricken und Flechten

Beton Stricken – diese zwei Worte, die bisher selten im gleichen Atemzug genannt wurden, beschreiben heute gleich zwei unterschiedliche, vielversprechende Möglichkeiten, Beton zu verarbeiten. Erstens entwickelte Mariana Popescu an der ETH Zürich die „KnitCrete“ Methode, bei der ein nach einem Algorithmus gestricktes Textilgewebe als Schalung für eine Betonkonstruktion dient – sehr viel leichter, einfacher herzustellen und materialsparender als herkömmliche Betonschalungen.

 

KnitCandela im Museo Universitario Arte Contemporáneo
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KnitCandela im Museo Universitario Arte Contemporáneo

Gestrickte Schalung
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Gestrickte Schalung

Das KnitCandela im Museo Universitario Arte Contemporáneo (MUAC) in Mexico City ist eine 5 Tonnen schwere Betonkonstruktion, die von einer nur 55 Kilo schweren Schalung aus Strickgewebe und gespannten Stahlseilen gehalten wird.

 

Aber man kann „Beton Stricken“ auch ganz wörtlich nehmen:

In einer Materialstudie der Kunsthochschule Weißensee in Berlin hat die Studentin Anne-Kathrin Kühner unter der Betreuung von Prof. Christiane Sauer ein Garn konzipiert, das aus einem Betonverbund besteht. Dieser kann wie ein Textilgarn verarbeitet werden.

Der Clou: Der hochfeste Beton bleibt in einem Textilschlauch elastisch, bis er gewässert wurde. Dann erst härtet er zu dem innovativen Betongarn aus. Durch diese Technik verbinden sich die Druckkraft des Betons mit den Zugkräften eines Textilgewebes. Durch unterschiedliche Verarbeitungsmethoden wie Weben, Stricken oder Knüpfen können sowohl formstabile als auch flexible Strukturen hergestellt werden. Ein anschauliches Beispiel ist ein beweglicher Betonteppich.

Übrigens: Sie müssen natürlich auch weiterhin nicht stricken, um Beton in Form bringen. Bei der traditionellen Methode unterstützen Sie Produkte für den Schalungsbau von Hilti.

 

4. Klimasünder?

Die Suche nach einem Öko-Beton

Neben Kies, Sand und Wasser besteht Beton hauptsächlich aus Zement, der den Materialmix zusammenhält. Dieser Baustoff macht den Beton zu einer wahren CO2-Schleuder. Die Herstellung von Zement vereinigt gleich zwei emissionsstarke Prozesse: Zum einen das Brennen von Kalkstein zu Zementklinker bei extrem hohen Temperaturen von 1450° C. Allein die Bereitstellung solcher Temperaturen setzt enorme Mengen des Treibhausgases frei. Zum anderen entsäuert der Kalkstein beim Brennen und setzt so noch mehr CO2 frei. Insgesamt ist die weltweite Zementproduktion für ebenso viel CO2-Ausstoß verantwortlich wie Indien, das Land mit den dritthöchsten CO2-Emissionen.

Was kann man also tun, um das dringend benötigte und vielfältig einsetzbare Baumaterial Beton klimaneutraler herzustellen? Gerade im Hinblick auf den in den nächsten Jahrzehnten zu erwartenden Bauboom in Afrika und Asien wird diese Frage nach der Klimaverträglichkeit eine zentrale Rolle spielen.
 

Diese 4 Ansätze sind vielversprechend:

Neues Herstellungsverfahren

Forscher am MIT (Massachusetts Institute of Technology) teilen den Kalkstein in hochkonzentriertes CO2 und kohlenstofflosen Löschkalk auf. Der Löschkalk wird im Brennofen mit Sand vermischt und in Zement umgewandelt, ohne dass dabei noch einmal CO2 freigesetzt wird. Das hochkonzentrierte CO2 aus dem ersten Schritt kann zu synthetischem Treibstoff, Trockeneis oder Kohlensäure weiterverarbeitet werden ohne in die Atmosphäre zu gelangen. Wird für die Teilungs- und Brennprozesse grüne Energie eingesetzt, wäre das Verfahren sogar nahezu emissionsfrei.

Das Verfahren ist vielversprechend. Moment arbeiten die Forscher mit Hochdruck daran, die Methode im großen Stil industriell anwendbar zu machen. Langfristig bietet es einen soliden Weg aus der „Klimafalle“ Zement.

Neue Mischung

Forscher an der Far Eastern Federal University in Russland beschäftigen sich ebenfalls mit der Frage, mit welchen Stellschrauben eine weniger umweltbelastende Betonproduktion möglich werden kann. Sie nutzten Erkenntnisse aus der Geologietechnik, kurz Geonik, um die Mischung der Materialien zu optimieren: Also welche Steine, Kiese und Sände in welchem Abbaugebieten welche Eigenschaften mitbringen. Außerdem wird statt Wasser ein spezielles Fließmittel beigemischt.

Eine zusätzliche Stellschraube fanden die Forscher beim Anmischen des Betons: Dank extrem schnelldrehenden Betonmischern wird die Mischzeit verkürzt. Das spart ca. 70% der Energiekosten ein.

Im Ergebnis ist der von ihnen entwickelte Beton nicht nur umweltfreundlicher, sondern weist bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt auch eine deutlich verbesserte Widerstandskraft und Stärke auf.

Beton aus Plastikmüll

Können gebrauchte Plastikflaschen Beton verstärken? Zwei Studenten des MIT (Massachusetts Institute of Technology) haben bewiesen: Das geht.

Im Rahmen ihres Forschungsprojekt haben sie gewöhnliche PET-Flaschen mit harmloser Gammastrahlung behandelt. Das veränderte die Polymermoleküle ausreichend, um das Material zu stabilisieren. Pulverisiert und mit Zement vermengt entstand ein Beton, der bis zu 20% stabiler ist als herkömmlicher Beton. Mit einer solchen Mischung könnte man Fundamente, Brücken oder Gehwege künftig langlebiger bauen. Gleichzeitig verringert diese Methode das Problem mit Plastikmülls. Und weil ein Teil der Masse durch das Plastikpulver ersetzt wird, wird weniger Zement benötigt, der ja der eigentliche Klimasünder im Beton ist. So wird eine Menge CO2 eingespart.

Beton-Recycling

Was aber tun mit dem Beton, der nun mal schon da ist? Eine Studie unter der Führung von Prof. Andrea Kustermann an der Hochschule München soll herausfinden, ob sich Abrissbeton zu 100% recyceln lässt. Als Forschungsobjekt bietet sich dabei der Abbruch der Bayernkaserne in München an: 300.000 Tonnen Beton-, Ziegel-, und Mörtelmasse lässt der Abbruch hier zurück. ­Die Herausforderung ist, dass die Trennung der verschiedenen Materialien im Bauschutt sich zeitaufwändig und kompliziert gestaltet. Beim Recycling dieser Materialmischung muss daher sehr genau auf die jeweilige Zusammensetzung und die sich daraus ergebenden Einsatzgebiete für den recycelten Beton geachtet werden.

Ansätze gibt es also genügend – es bleibt zu hoffen, dass angesichts des künftigen Baubooms und dem zu erwartenden Klimawandel umweltschonende Technologien zügig zur Marktreife gebracht und genutzt werden können.

Übrigens: Auch Hilti arbeitet beständig daran, den CO2-Fußabdruck der Firma zu verringern. Wie das gelingen kenn, lesen sie hier.

 

5. Zum Abschluss

Beeindruckendes aus Beton

Heute zählen Betongebäude zu den architektonisch spannendsten Gebäuden der Welt. Auf diesem Bild finden Sie eine Auswahl der schönsten, interessantesten und gewagtesten Betongebäude aus aller Welt.

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