DIE ENTWICKLUNG DER NEUEN BAUSTOFFE IN DEUTSCHLAND UND RUSSLAND

Tobolev Pavel Dmitrievich

Student des dritten Studienjahres des Instituts für Bauwesen und Architektur der Nationalen Forschungsuniversität MGSU,

RF, Moskau

Pavlyuchko Irina Petrovna

Kand. der philol. Wissenschaften, Doz. des Lehrstuhls fürFremdsprachen und Fachkommunikation der Nationalen Forschungsuniversität MGSU.

RF, Moskau

Wie bekannt, innovative Baustoffe und Bautechnologien prägen die Zukunft des Bauens. Trotzdem bemühen sich die Wissenschaftler und Technologen nicht nur neue Baustoffe und Bautechnologien zu erforschen, sondern auch traditionelle bewährte Baustoffe weiter zu entwickeln. Sie müssen langlebig, leistungsfähig, nachhaltig und ohne Risiko sein. Ziel ist es, die Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit zu steigern. Neue Baustoffe ermöglichen weitere Versuche, die Architektur zu revolutionieren und den Städten eine neue Gestalt zu geben. Das Ziel dieses Artikels besteht darin, zu erschließen, wie die neuen Bautechnologien mit den alten auskommen. Dazu brauchen wir die Situation auf dem modernen deutschen Baumarkt zu erschließen.

Und wie immer, bleibt hohe Materialersparnis von großer Bedeutung. In Mannheim errichtete man das erste in der Welt Gebäude mit kompletter Textilbeton-Sandwichfassade. Das geschaffene Gebäude wurde zum Musterbeispiel für filigranes, leichtes und schlankes Bauen und soll die Eigenschaften von Carbonbeton demonstrieren. So enthält die dünne Außenschale nur 2 Tonnen alkaliresistente Glasfasertextilmatten. Eine klassische Stahlbetonfassade hätte knapp 8 Tonnen Stahl benötigt.

Die Wissenschaftler aus der Abteilung Architektur der technischen Hochschule von Zürich arbeiteten auch hochbelastbare, aber leichte Elemente aus, die nur 2 Zentimeter dick, aber 70 Prozent leichter als traditioneller Beton sind. Dabei wird auch die 3D-Druckertechnologie verwendet. Ihre gewölbte Form erinnert an Kathedralen und sie benötigen keine Stahlverstärkung. Durch diese Form erreicht man maximale Belastbarkeit. Dabei wurden die Bauelemente nicht aus Beton, sondern aus Sand in Kombination mit einem Bindemittel hergestellt [1, S. 2].

Unser Leben stellt vor uns immer neue Probleme und Aufgaben. Gegenwärtig sind hochaktuell Baumaterialien, die im Fall von Erdbeben oder Explosion durch ihr hohes Energieabsorptiosvermögen Stoßwellen dämpfen können. Das ist Polymerbeton, der neben porösen organischen Füllstoffen Fasern zur Verstärkung enthält. Durch das hohe Porenvolumen reduziert dieser Baustoff die zerstörende Wirkung von Detonationen.

Die Forscher aus der Schweiz haben einen äußerst umweltfreundlichen innovativen Baustoff „Holzbeton“ ausgearbeitet. Feingeschliffenes Holz ersetzt den entsprechenden Kies- und Sandgehalt, sein Volumenanteil beträgt über 50 Prozent Holz [1, S. 2]. Traditionell wird beim Bau der Hochhäuser Stahlbeton gebraucht. Heute hat man festgestellt, dass das Bauen von Hochhäusern aus Brettsperrholz viel billiger und schneller ist, dabei sind die Holzbauten in Bezug auf Stabilität und Feuerfestigkeit gar nicht schlechter als die traditionellen Betonkonstruktionen. Dabei ist der Stoff umweltfreundlich. Mit extremer Festigkeit zur Kohlendioxid-Abscheidung, bietet Brettsperrholz Vorteile: ein weniger teures Fundament ist erforderlich.

Die Zusammenarbeit zwischen Bauwirtschaft und Biologie hat besonders erstaunliche Tatsachen hervorgerufen. Da kann man Pilze als Alternative zu Kunststoff, Styropor oder Sperrholz nennen. Am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen werden zur Zeit Verfahren entwickelt, mit denen man den unterirdischen Teil von Pilzen – Myzel genannt, zu Dämmmaterial oder Baustoff weiterverarbeiten kann. Das US-amerikanische Start-up Ecovative hatte bereits ein schaumartiges Material aus Myzelien hergestellt. Dank den beigemischten Nebenprodukten kann es nicht nur als ein Isolationsmaterial, sondern auch als ressourcenschonendes Baumaterial auftreten [1, S. 3].

Der Einsatz von Membranen als Baustoff ist sehr spezifisch und zielgerichtet. Damit lassen sich leichte und freitragende Bauten realisieren, die vergleichbaren Glaskonstruktionen in Preis und Flexibilität überlegen sind. Als Beispiel kann man Allianz-Arena anführen. Das Geschäftsprojekt „Bauen mit Membranen“ ist in der Bauwissenschaft Deutschlands sehr populär.

Nanotechnologie verbessert im Bereich Architektur und Bauwesen viele Eigenschaften. Dank den Nanotechnologien werden mechanische, energetische, hygienische, auch ästhetische Eigenschaften der Baumaterialien verbessert. Dazu gehören einerseis die Beimischung der Nanopartikeln zu den Werkstoffen, um die Energieeffizienz und die Langlebigkeit von zementgebundenen Werkstoffen zu erhöhen. Es trägt zur Verbesserung des Innenraumklimas, des Komforts und der Sicherheit in Gebäuden bei, erhöht die Haltbarkeit von Gebäudeelementen (z.B. Fassaden, Fenster, Türen, Dächer), reduziert den Energieverbrauch aufgrund nanotechnologischer Effekte, verbessert die Energieeffizienz und Haltbarkeit von Zementmaterialien und erhöht die Haltbarkeit von Straßenbelägen, schafft ultrafesten Beton mit Zementkomponenten aus Nanopartikeln, die das Gewicht reduzieren und die Stabilität erhöhen.

Andererseits spricht man über das Aufbringen der Nanomaterialien als Beschichtung, das sind zum Beispiel Brandschutzbeschichtungen, selbstreinigende Dachziegel und Fassadenanstriche mit photokatalytischen Nanoteilchen aus Titandioxid, die Schmutz bei Sonnenlicht besteigen, das Produzieren von chemisch und mechanisch beständigen Innen- und Außenflächen auf Basis keramischer Folien, auch von Dachziegeln mit Nano-Effektpigmentplättchen, die das Hausdach je nach Lichteinfall in verschiedenen Farben erscheinen lassen, schaltbar selbsttönenden (elektrochromen) Fenstern mit nanoporösen Schichten [3, S. 211].

In unserer wachsenden Infrastruktur werden die Forderungen nach langlebigen Bauwerken immer größer. Die Eigenschaften des traditionellen Betons werden verbessert und diesen Baustoff verwendet man auch weiter beim Errichten verschiedener Bauobjekte. Dass Ultrahochfester Beton (UHFB) ein hohes Potenzial in Bezug auf seine Festigkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften aufweist, zeigten Forschungsergebnisse vor mehr als 20 Jahren. Als Beispiel kann man das deutsche Pilotprojekt Wildbrücke Völkermarkt anführen. Die Fertigteilsegmentbögen dieses Pilotprojektes vereinigen das hohe Potenzial von UHFB mit einer materialgerechten Tragwerksausbildung, mit einem effektiven Bauverfahren und einer passenden Fügetechnik. Die Druckfestigkeiten von UHFB liegen in der Regel zwischen 150 und 259 Mpa. Diese Eigenschaften werden durch die Zugabe von Fasern und sehr steifen Zuschlagstoffen erreicht. Aufgrund der extrem dichten Struktur weist UHFB eine sehr geringe Porosität auf. Einige Arbeiten bestätigen bereits den hohen Widerstand gegen das Eindringen von Chloriden, Gasen, Flüssigkeiten sowie gegen chemische Angriffe und Abwitterung infolge Frost- und Frost-Tausalz-Beanspruchung. Der Karbonatisierungsfortschritt von UHFB ist gegenüber hochfestem Beton nochmals deutlich verlangsamt [2, S. 760-762].

Die genannten Eigenschaften lassen auf eine Vielzahl an Vorteilen gegenüber Normalbeton schließen. Eine solch hervorragende Dauerhaftigkeit des Werkstoffes führt zu Bauwerken mit geringem Wartungsaufwand und längerer Lebensdauer.

Falls wir über neue Bautechnologien und verbesserte Baustoffe sprechen, sollen wir die Forschungstätigkeit der Moskauer Staatlichen Universität für Bauingenieurwesen nicht außer acht lassen.

Die Nationale Forschungsuniversität "Moskauer Staatliche Universität für Bauingenieurwesen" ist eine der führenden wissenschaftlichen Institutionen Russlands auf dem Gebiet des Bauingenieurwesens und der modernen Forschungen in der Bauindustrie. Die Abteilung "Die Technologie der Bindemittel und Betone" (Die TVViB-Abteilung) der Moskauer Staatlichen Universität für Bauingenieurwesen realisiert ihre wissenschaftliche Tätigkeit in folgenden Forschungsbereichen: 1. Die Abhängigkeit der Eigenschaften des Betons von seiner Struktur; 2. Die Verbesserung der Wasserbeständigkeit von Beton in einem feuchtheißen Klima; 3. Die Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Wasserbauwerken aus Stahlbeton in einem feuchtheißen Klima; 4. Die Verbesserung der Gebrauchseigenschaften von Wasserbetonen durch Änderung ihrer Struktur mittels eines komplexen Zusatzstoffes; 5. Die Erschließung der Struktur und der Eigenschaften von großformatigen keramischen Bauprodukten und deren Herstellungstechnologie.

Man erforscht dabei den Einsatz von Blähzementen für dispersionsverstärkten Spritzbeton bei dem Bau von unterirdischen Strukturen der U-Bahn und die Hauptfaktoren des Einflusses der Materialexpansion nach dem Mischen mit Wasser. Man untersucht den Einfluss der Ausdehnung von Bauteilen auf die Festigkeitseigenschaften und volumetrische Verformungen des Spritzbetons. Man hat die Erfahrung der Verwendung der Fibrospritzbetonbindemittel mit struktureller Ausdehnung zusammengefasst und die Verbesserung der technologischen, physikalisch-mechanischen Leistungsmerkmale des produzierten Spritzbetons bewiesen [5, S. 334].

Um die Rissfestigkeit von Stahlbetonkonstruktionen wirksam zu lösen, haben die Wissenschaftler der TVViB-Abteilung die Verwendung von expandierenden Zementen (expanding cement), bei deren Aushärtung chemische Energie freigesetzt wird, entwickelt. Die freigesetzte Energie reicht aus, um Beton aufgrund der Vorspannung der in der Körperstruktur vorgespannten Bewehrung zu komprimieren [4]. In der Baupraxis werden solche Strukturen selbstspannende Stahlbetonkonstruktionen genannt. Besonders effektiv ist es, wenn man Beton oder Mörtel unmittelbar auf der Baustelle herstellt, indem man den Portlandzement mit expandierenden Komponenten mischt.

Diese Methode der Herstellung von expandierendem Beton ist der einfachste und günstigste Produktionsweg und erzeugt großes Interesse in vielen Ländern [5, S. 334].

Die TVViB-Abteilung unterhält seit vielen Jahren professionelle Kooperationen mit zahlreichen Unternehmen der Bauwirtschaft Russlands, darunter auch MC-BAUCHEMIE (Deutschland).

Wie wir sehen, der Progreß am Baumarkt folgt dem Trend, das bewährte Alte zu verbessern und weiter zu entwickeln.

Bibliographie:

1. Jan Westphal — Neue Baustoffe in der Bauindustrie [Электронный ресурс] – режим доступа. - URL: https://www.bauma.de/messe/branchentrends/neue-baustoffe/index.pdf, S.1-4.
2. M.Reichel/L.Sparowitz/B.Freytag - Wildbrücke Völlkermarkt - vorgespanntes Bogentragwerk aus UHFB-Segmentfertigteilen. In: Beton- und Stahlbetonbau 106 (2011), Heft 11, S. 760 – 769.
3. Москалева А.А. Применение нанотехнологий в строительстве. Дни студенческой науки [Электронный ресурс] : сборник докладов научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ студентов ИФО НИУ МГСУ (13–17 марта 2017 г.) / под общ. ред. О.А. Ковальчука ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — Электрон. дан. и прогр. (7,19 Мб). — Москва: Изд-во Моск. гос. строит. ун-та, 2017. — Режим доступа: http://mgsu.ru/resources/izdatelskayadeyatelnost/izdaniya. С.210-212.
4. Литвер, С.Л. и др. Производство расширяющегося цемента на строительной площадке через применение расширяющихся добавок // Опыт и перспективы применения расширяющегося бетона в строительстве. М., 1992. С. 4–11.
5. Харченко И.Я., Харченко А.И., Алексеев В.А., Баженов Д.А, Применение расширяющихся цементов для фибронабрызгбетона при строительстве подземных сооружений — Вестник МГСУ, том 12, выпуск 3 (102). DOI:10.22227/1997-0935.2017.3.334-340. S. 334-340