Ultra High Performance Concrete

Hochleistungsbeton - Neue Technologien Teil 3

Beton als Baumaterial und Werkstoff hat eher ein langweiliges Image. Beton ist nicht high tech wie Carbonfasern, oder sexy wie Titan, sondern überall präsent und hält scheinbar keine Überraschungen bereit. Das stimmt jedoch nicht ganz. In den letzten zehn Jahren gab es wichtige Entwicklungen beim Beton hin zu einem High-Tech-Werkstoff. Baustoffentwickler sind dabei, Beton mit immer höherer Druckfestigkeit zu entwickeln. Dieser Beton wird als Hochleistungsbeton oder "Ultra High Performance Concrete" (UHPC) bezeichnet und hat besondere Eigenschaften, wie Dichtheit und besseren Widerstand gegen chemische und mechanische Belastungen. (Quelle: www.beton.org)

Die Professoren M. Schmidt und E. Fehling erläutern die Eigenschaften von UHPC folgendermaßen: (zitiert nach: "Ultra-Hochfester Beton - Perspektive für die Betonfertigteilindustrie" bei six4.bauverlag.de) Hochleistungsbeton besitzt kaum noch Kapillarporen. Mit geeigneten Verflüssigern kann er von erdfeucht bis selbstverdichtend hergestellt werden  Die besonderen Eigenschaften des Hochleistungsbetons beruhen auf folgenden Faktoren:

• einem niedrigen Wasser-Zement-Verhältnis zwischen 0,20 und 0,30,
• einem hohen Feststoffgehalt des Zementsteins durch Zugabe geeigneter mineralischer Zusatzstoffe,
• einer hohen Packungsdichte des Feststoffs, verbunden mit einem niedrigen Wasseranspruch des Frischbetons und einer besonders niedrigen Porosität des Festbetons,
• geeigneten Maßnahmen für eine ausreichende Duktilität bei Druck-, Zug- oder Biegezugbeanspruchung.

Mit Hochleistungsbeton können hoch tragfähige und gleichzeitig besonders leichte und filigrane Bauwerke errichtet werden. Aufgrund des geringen Eigengewichtes sind weitere Spannweiten möglich, z. B. bei Brücken (siehe Abbildung).

 Abbildung: Brücke über die Fulda aus Hochleistungsbeton (Quelle: Wikimedia Commons)

Über die Funktionalisierung der Oberfläche von Hochleistungsbeton berichtete kürzlich Dr.-Ing. Patrick Fontana in der GIT Labor-Fachzeitschrift (8, 2016, Seiten 36-38). Darin erklärt er unter anderem, dass die hohe Packungsdichte und die besonderen Eigenschaften des Frischbetons eine Funktionalisierung der Oberfläche ermöglichen. Nahezu beliebige Mikrostrukturen können an der Oberfläche von UHPC erzeugt werden. So werden zum Beispiel Fassadenelemente aus Hochleistungsbeton bereits bei der Herstellung im Betonfertigteilwerk mit selbstreinigenden Oberflächen ausgestattet. Dabei wird der wasserabweisende Effekt von Pflanzenblättern imitiert. Dieser sogenannt Lotuseffekt beruht darauf, dass durch eine spezielle Mikrostruktur auf der Oberfläche in Kombination mit einer chemischen Hydrophobierung die Benetzbarkeit mit Wasser so gering wird, dass Wassertropfen sehr leicht abperlen und dabei Schmutzpartikel von der Oberfläche aufnehmen und entfernen. Eine Publikation die dieses Verfahren dokumentiert finden Sie hier: M. Horgnies, J.J. Chen, "Superhydrophobic concrete surfaces with integrated microtexture" Cement and Concrete Composites, 52 (2014) 81-90.
Weiter erläutert  Patrick Fontana, dass die Verwendung von technischen Textilien, die in die Betonschalung eingelegt werden, eine sehr viel einfachere Methode für die Mikrostrukturierung darstellt. Dabei wird ebenfalls eine selbstreinigende Betonoberfläche erzeugt. (K. Malaga, A. Lundahl, M. A. Kargol: Use of technical textile to obtain sustainable easy to clean concrete surface. Proc. Hydrophobe VI, 6th Int. Conf. on Water Repellent Treatment of Building Materials, Rome 2011, pp. 181-188.) Diese Methode wird in dem von der EU geförderten Forschungsprojekt H-House ("Healthier Life with Eco-Innovative Components for Housing Constructions") weiter verfolgt.

 Weiterführende Links:

• Hochleistungsbeton bei www.beton.org
• Ultrahochfester Beton bei Wikipedia 
• Maschinenbauteile aus Ultra High Performance Concrete bei durcrete.de 
• Maschinenbauteile aus UHPC bei Sudholt-Wasemann