Projekt FASALT: Nachhaltige Instandsetzung von Betonfassaden mit Basaltbewehrung anstatt Stahl

(15.10.2020) Jahrzehntelang bauten und gestalteten Architekten und Bauingenieure mit Stahlbeton. Allerdings haben Stahlbetonfassaden in der Regel eine begrenzte Lebenszeit. Denn Kohlendioxid und Wasser aus der Luft sowie Streusalzrückstände dringen in den Beton ein, so dass sich seine chemische Zusammensetzung verändert: Der Stahl beginnt zu rosten und Betonteile platzen ab. Forscher der Hochschule München haben als Alternative jetzt basaltbewehrten Beton geprüft - mit vielversprechenden Ergebnissen.

Fassadenelement mit Basaltstäben (Fotos © Johannes Lesser) 

Im Projekt FASALT „Instandsetzung vorgehängter Sichtbetonfassaden durch dünnwandige Fassadenergänzungen aus basaltbewehrtem Beton“ haben das Team um die Professoren Andrea Kustermann, Christoph Dauberschmidt und Christian Schuler von der Fakultät für Bauingenieurwesen der Hochschule München die Materialeigenschaften des Baustoffs erforscht, optimiert und für die Eignung an Fassaden geprüft. Herausgekommen ist ein Instandsetzungskonzept für geschädigte vorgehängte Stahlbetonfassaden und tragende Betonelemente, wie man sie beispielsweise von Brüstungen kennt. Die neuen, aus Basalt bestehenden Verstärkungselemente im Beton haben mehrere Vorteile: Sie ...

• sind leicht,
• verfügen über eine hohe Zugfestigkeit,
• rosten nicht und
• kosten vergleichsweise wenig, weil das Ausgangsmaterial Basalt - ein vulkanisches Gestein -, reichlich vorhanden ist.

Ergänzung statt Abriss

Frau Prof. Kustermann erklärt: „Bei einer Sanierung von herkömmlichen Betonfassaden müssen die von der Schädigung betroffenen Elemente häufig komplett entfernt und durch neue ersetzt werden. Das ist aufwändig und sehr teuer.“ In einem Großversuch in der Hochschule München wies ihr Team nun nach, dass vorgehängte Beton-Fassa­denelemente mit einer Basaltstab-Bewehrung alle Ansprüche an Tragfähigkeit, Haltbarkeit und Ästhetik erfüllen können, die für eine Instandsetzung notwendig sind. (Zur Erinnerung: Basaltstäbe sind stranggezogen und bestehen aus einem assemblierten Faserbündel, das aus Endlosbasaltfasern hergestellt wird.)

Bohrung in einem Fassadenelement mit Basaltbewehrung und einer Mörtelschicht 

Zur Erprobung testeten die Forscher ihr Instandsetzungskonzept an einem bestehenden Fassadenelement. Nach Einbau der neuen Bewehrung wurde durch Aufbringen eines hoch-alkalischen Spritzmörtels der Altbeton „realkalisiert“, um den Stahl wieder vor Korrosion zu schützen. Zur Bearbeitung der Sichtbeton-Oberflächen entwickelte und testete das Team neue, mit Basaltfasern verstärkte Mörtelrezepturen.

Begleitend zu allen empirischen Untersuchungen wurde die Konstruktion mit Hilfe numerischer Simulation nachgerechnet und die Tragfähigkeit der Konstruktion nachgewiesen. Auch in der Praxis gibt es bereits erfolgreiche Anwendungsbeispiele, vor allem in Bereichen, in denen eine hohe Chlorid-Exposition durch Streusalz vorliegt, z.B. auf Brücken an viel befahrenen Straßen oder dem Tunnel an der A96 bei Gräfelfing bei München.

Alternative zu Stahlbewehrung

Die in Tests nachgewiesene Zugfestigkeit ermöglicht eine hohe Tragfähigkeit bei der Instandsetzung und auch beim Neubau. Schon jetzt wird die neue Materialkombination mittels Basaltbewehrung und einer dünnen Spritzbetonschicht in der Praxis erprobt - z.B. bei der Instandsetzung einer Brücke in Dresden. Eine weitere Anwendung könnten Schwellen an Bahntrassen mit Basaltbewehrung sein, die gerade auf ihre Eignung untersucht werden. Auch hier erweisen sich die hohe Trag- und Zugfestigkeit sowie die Langlebigkeit als Vorteile.

Machbarkeit erwiesen

Die grundsätzliche Machbarkeit für den Einsatz der Fassadenergänzungen aus basaltbewehrtem Beton ist also dank Tests erwiesen. Im nächsten Schritt gilt es, den Verbund zwischen Basaltbewehrung und Betonmatrix von der betontechnischen Seite her zu optimieren. Die Forscher sind zuversichtlich, dass das Konzept bis hin zu einer marktreifen Lösung weiterentwickelt werden kann und überall dort zum Einsatz kommt, wo Langlebigkeit gefragt ist und die bisherigen Konstruktionen aus Stahl und Beton an ihre Grenzen stoßen.

Das Projekt wurde von der Fakultät für Bauingenieurwesen an der Hochschule München durchgeführt und im Rahmen des Programms „Forschung an Fachhochschulen“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert (FKZ 03FH059. Unterstützt wurde das Projekt FASALT von den kooperierenden Unternehmen Josef Pfaffinger Bauunternehmung, Sto, Fischerwerke sowie dem Sachverständigen Dr. Ralf Kimmel und dem Verein der Freunde des Stahlbaus e.V.