Gradientenbeton (2018-11)¶

„Leichtbau – eine Forderung unserer Zeit“ postulierte Fritz Leonhardt bereits im Jahre 1940 und mahnte das Bauwesen, die zur Verfügung stehenden Ressourcen materialsparend und zweckmäßig einzusetzen [1]. Leitete sich diese Notwendigkeit aus der damaligen wirtschaftlichen Situation in Deutschland ab, die kriegsbedingt durch einen akuten Ressourcenmangel geprägt war, so ist die Forderung nach Leichtbau heute und zukünftig notwendiger denn je [2]. Denn das Bauwesen steht weltweit für 50 % des Ressourcenverbrauchs [3], 40 bis 45 % des Energieverbrauchs [3], 30 % der CO2-Emissionen [4] und – zumindest in Deutschland – für über die Hälfte des Massenmüllaufkommens [5]. Bauen wir bei stetigem Bevölkerungswachstum und zunehmendem Wohlstand in weiten Teilen der Erde weiter wie bisher, so werden bald Absolutwerte von unvorstellbarer Größenordnung erreicht, die mit den derzeit zur Verfügung stehenden Technologien nicht zu bewältigen sind, ohne unsere Umwelt dauerhaft und gravierend zu schädigen. Das damit einhergehende Ressourcenproblem macht sich schon jetzt bei der Beschaffung scheinbar einfacher Rohstoffe bemerkbar. Beispielsweise wird der für die Betonherstellung benötigte Sand für Bauprojekte im arabischen und asiatischen Raum vom Meeresboden vor der australischen Küste abgetragen, da der in der Region vorhandene Wüstensand durch Winderosion zu rundkörnig und deshalb für die Betonherstellung nicht geeignet ist [6]. Die Auswirkungen auf die Flora und Fauna in den Meeren und die Emissionen durch den Transport mit Schiffen, welche mit Schwerölen betrieben werden, sind immens. Zur Senkung des Rohstoff- und Energieverbrauchs des zukünftigen Bauschaffens ist daher ein Leichtbau für alle gefragt. Dieser beinhaltet neben der Suche nach der leichtestmöglichen Konstruktion auch die Minimierung der auf fossilen Energieträgern basierenden Energie und eine rezyklierbare Bauweise [2]. Hierzu sind dringend bautechnische Innovationen in allen Bereichen des Bauwesens zu entwickeln; dies gilt insbesondere für den weltweit meistverbrauchten Werkstoff, nämlich Beton [7]. Es stellt sich daher die Frage nach „Masse oder Qualität im Betonbau?“ [8], um es mit den Worten Robert Maillarts zu formulieren. Mögliche Antworten auf diese Frage wurden mit dem im Jahre 2011 gestarteten DFG-Schwerpunktprogramm 1542 – Leicht Bauen mit Beton – erarbeitet, das Grundlagen für das zukünftige Bauschaffen mit dem Werkstoff Beton erforschte [9]. Im Rahmen dieses Programms wurde auch die von Werner Sobek entwickelte Technologie des Gradientenbetons zur Gewichtsminimierung von tragenden Betonbauteilen weiterentwickelt. Dieser technologische Ansatz basiert auf der bewussten Gestaltung des Bauteilinnenraums mit dem Ziel einer Homogenisierung der Spannungsfelder und damit verbunden einer signifikanten Masseneinsparung am Bauteil unter der stetigen Berücksichtigung einer rezyklierfähigen Bauweise.