"Luftig" bauen mit Gradientenbeton

Der sparsame Umgang mit Rohstoffen ist angesichts der wachsenden  Weltbevölkerungzahl und knapper werdenden Ressourcen eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Da das Bauwesen zu mehr als der Hälfte des globalen Ressourcenverbrauchs beiträgt, wird mit Hochdruck daran gearbeitet, durch ökologische Materialauswahl, Wiederverwendbarkeit von Baustoffen und ressourcensparende Architektur das Bauen nachhaltiger zu machen.

Ökologisches und ökonomisches Potenzial steckt aber auch in der Anwendung von Leichtbaukonstruktionen. Diese Bauweise diente früher der Überbrückung großer Spannweiten oder zum Erreichen großer Höhen. Heute geht es auch darum, die Masse der Bauteile im Vergleich zu konventionellen Bauweisen zu reduzieren, um so Ressourcen einzusparen und nicht rezyklierbare Abfälle zu vermeiden. Ein Beispiel für den Leichtbau ist der Holzmodulbau, der in den letzten Jahrzehnten stark vorangetrieben wurde und heute als ausgereift gilt. Durch solche Konstruktionen kann ein großer Anteil an Material eingespart werden, während z. B. die Zwischenräume der Module platzeffizient für eine Dämmung genutzt werden können. Das Holz ist von Natur aus ein leichter und stabiler Baustoff, allerdings wird die Holzrahmenbauweise aus statischen Gründen bevorzugt für  niedrige  Gebäude  eingesetzt. Wird höher oder komplexer gebaut – z. B. im Geschosswohnungsbau oder Ingenieurbau, dann greift man gerne zum Beton als Massenbaustoff, der jedoch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit nicht mit Bestnoten glänzt. Der Betonbau hat sich nämlich in seiner klassischen Anwendung der Vor-Ort-Fertigung in den letzten 100 Jahren kaum verändert, sodass vermehrt Anstrengungen unternommen werden, um den Ressourcenverbrauch und die CO2-Emissionen zu reduzieren.

Eine der neuesten Entwicklungen in diesem Bereich ist die Technologie des Gradientenbetons, bei dem erstmals an einer Optimierung des Bauteilinnenraums gearbeitet wird. Die Idee dahinter: Massive Bauteile aus Beton, deren einzelne Bereiche nur wenig bis gar nicht beansprucht werden, gewichtsreduziert auszuführen. Der innere Aufbau der Bauteile wird durch das Einbringen von porösen Leichtzuschlägen oder durch die gezielte Verteilung von mineralischen Hohlkörpern an die jeweiligen Beanspruchungen und Belastungen angepasst. Die Materialeigenschaften werden also innerhalb der Betonbauteile stufenlos „gradiert“, sodass dichte und schwere Bereiche fließend in porösere Bereiche übergehen.

Werner Soben hat diesen technologischen Ansatz Ende der 1990er Jahre erfunden und dadurch eine Möglichkeit geschaffen, tragende Bauteile aus Beton leichter bauen zu können. Seitdem forscht das Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) intensiv am Thema Gradientenbeton. Trotz des enormen Potenzials ist das Material immer noch im Entwicklungsstadium. Als mögliche Einsatzbereiche könnten in der Zukunft Bauteile für Decken und Außenwände in Frage kommen – so ließe sich ihr Gewicht Berechnungen zufolge um 30 bis 45 % verringern, was auch eine Reduzierung der Material- und Energiekosten nach sich zöge.

(Autor: Paul Deder)

Weitere Artikel:

Trend
Thermoskanne für die Wand
Thermoskanne für die Wand
Thermoskanne für die Wand

Deutschlands Gebäudefassaden erzählen eine stille Geschichte des Energieverlusts. Rund 21 Mio. Gebäude prägen den Bestand – und der Großteil davon gelten energetisch als sanierungsbedürftig. Etwa 35 % des gesamten deutschen Endenergieverbrauchs entfallen auf den Gebäudesektor – vor allem für Heizen und Warmwasserbereitung. Gleichzeitig stagniert die energetische Sanierungsrate seit Jahren bei rund 1 % – viel zu wenig, um die Klimaziele zu erreichen. 

Trend
Asphalt aus Plasikmüll
Asphalt aus Plastikmüll
Asphalt aus Plasikmüll

Ohne Straßen läuft nichts. Sie sind unverzichtbar, weil sie nahezu alles verbinden, was wir im Alltag brauchen. Und sie bestehen vor allem aus Asphalt: einem Gemisch aus rund 95 % Gesteinskörnung und etwa 5 % Bitumen. Damit der Fahrbahnbelag eine möglichst lange Lebensdauer erreicht, werden dem Material seit geraumer Zeit spezielle Kunststoffe beigemischt. Diese erhöhen die Flexibilität des Asphalts und reduzieren dadurch die Rissbildung.

Trend
Zweite Chance für WDVS-Abfälle
Zweite Chance für WDVS-Abfälle
Zweite Chance für WDVS-Abfälle

Seit den 1960er-Jahren werden in Deutschland Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) im großen Stil eingesetzt. Sie bestehen aus mehreren schichtweise verbundenen Materialien, wobei als Dämmstoff überwiegend expandiertes Polystyrol (EPS) verwendet wird. Trotz wiederkehrender Kritik an EPS-Systemen bleibt der vergleichsweise günstiger  Dämmstoff sowohl im Neubau als auch in der Sanierung weit verbreitet, auch wenn seine Marktanteile allmählich zurückgehen. Da die Menge an WDVS-Abfällen stetig zunimmt, wächst der Druck, umweltfreundliche und wirtschaftliche Entsorgungsmöglichkeiten zu entwickeln.

Trend
Gebäude auf Knopfdruck
Gebäude auf Knopfdruck
Gebäude auf Knopfdruck

Mit dem Großraumroboter Instatiq P1 bringt das Putzmeister-Spin-off Instatiq eine neue Dimension des Bauens auf die Baustelle. Das robotergestützte 3D-Druckverfahren fertigt tragende Wände direkt vor Ort aus Normbeton – schnell, präzise und ohne konventionelle Schalungen. So werden Bauprozesse effizienter, nachhaltiger und sicherer. Eingesetzt wird das System derzeit vom Bauunternehmen Züblin beim Neubau von Mehrfamilienhäusern in Metzingen-Neugreuth.

Trend
Mauern ohne Muskelkraft
Mauern ohne Muskelkraft
Mauern ohne Muskelkraft

Mauern ohne Hilfsgeräte wie Versetzkrane kann für Facharbeiter auf der Baustelle äußerst ermüdend sein. Doch selbst mit maschineller Unterstützung bleibt die Produktivität im Vergleich zur industriellen Fertigung in der Fabrik verbesserungswürdig. Hinzu kommt: Fachpersonal ist auf Baustellen heute Mangelware, denn körperlich schwere und monotone Arbeiten unter freiem Himmel schrecken viele potenzielle Arbeitskräfte ab. Aus diesem Grund hält die Robotik zunehmend Einzug auf der Baustelle. Viel Potenzial bietet dabei ein Seilroboter, der in der Lage ist, eigenständig Mauern zu errichten. Anfang des Jahres wurde diese Technologie Vertretern aus Politik und Presse präsentiert.

Trend
Dämmplatte mit Rezyklatanteil
Dämmplatte mit Rezyklatanteil
Dämmplatte mit Rezyklatanteil

Energie ist teuer, Rohstoffe werden knapper – und was nach dem Rückbau eines Gebäudes übrig bleibt, landet noch immer viel zu häufig auf der Deponie. Vor dem Hintergrund von Klimakrise, Ressourcenschonung und dem Wandel hin zur Kreislaufwirtschaft rücken daher Rezyklatanteile in Baustoffen zunehmend in den Fokus. So lassen sich heute bei der Betonherstellung – je nach Expositionsklasse und Betontyp – bereits bis zu 45 % der natürlichen Gesteinskörnung durch rezyklierte Materialien ersetzen. Auch in der Asphaltproduktion kommen Altasphalt und in der Gipskartonplattenfertigung Recyclinggips zum Einsatz. Besonders sticht Stahl hervor: Mit seinem hohen Anteil an Sekundärrohstoffen ist er ein Paradebeispiel für zirkuläres Wirtschaften.

Trend
Haselnussschalen als Baustoff?
Haselnussschalen als Baustoff?
Haselnussschalen als Baustoff?

Auch wenn Deutschland derzeit in einer Bau-Rezession steckt, gilt Bausand – global betrachtet und nach Süßwasser der meistverwendete Rohstoff – zunehmend als Mangelware. Derzeit verbraucht die Menschheit etwa doppelt so viel Sand, wie alle Flüsse der Erde jährlich nachliefern können: Rund 50 Mrd. t werden weltweit jedes Jahr benötigt. Haupttreiber sind massive Infrastrukturinvestitionen in China, der Bauboom in Indien durch eine rapide wachsende Mittelschicht sowie milliardenschwere Großprojekte im Nahen Osten, mit denen sich die Region vom Öl unabhängig machen will. Und es ist nur eine Frage der Zeit, bis auch die Metropolen Afrikas ihre Bauwirtschaft deutlich ausweiten. Da Wüstensand – vom Wind rundgeschliffen – für den Einsatz im Bauwesen weitgehend ungeeignet ist, braucht es dringend einen verantwortungsvolleren Umgang mit nutzbarem Bausand sowie die Entwicklung nachhaltiger Alternativen. Nur so lässt sich eine langfristig drohende Knappheit bewältigen und der wachsende Bedarf mit den ökologischen und gesellschaftlichen Herausforderungen in Einklang bringen.

Trend
Wärme aus dem Abwasser
Wärme aus dem Abwasser
Wärme aus dem Abwasser

Energie ist teuer – das ist uns spätestens seit dem Ukrainekrieg bewusst, der die Preise für Strom, Gas und Öl auf Rekordhöhen schnellen ließ. Energie zu sparen, sei es aus Kostengründen oder im Sinne des Klimaschutzes, ist daher heute wichtiger denn je. Während Altbauten energetisch saniert und Neubauten nach strengen  Effizienzstandards errichtet werden, bleibt eine wertvolle Energiequelle oft ungenutzt: die im Abwasser enthaltene Wärme.

Trend
Bio-Bindemittel für den Holzbau
Bio-Bindemittel für den Holzbau
Bio-Bindemittel für den Holzbau

Als natürlich nachwachsender Baustoff ist Holz bei nachhaltiger Forstwirtschaft nahezu unbegrenzt verfügbar. Während seines Wachstums bindet es CO2,  was es zu einem besonders klimafreundlichen Baumaterial macht. Darüber hinaus erfordert die Herstellung, Verarbeitung und der Transport von Holz weniger Energie als klassische Baustoffe wie Stahl oder Beton. Aus diesem Grund werden Holzwerkstoffe wie Spanplatten, OSB, Sperrholz oder Faserwerkstoffe in der Bauindustrie in großen Mengen als nachhaltige Baumaterialien eingesetzt.