Kasseler Wissenschaftler entwickelt Berechnungsmethoden für Transportprozesse in Baustoffen

Der Beton ist immer in Bewegung

Detlef Kuhl

Kassel. Bei Bauvorhaben geht es nicht nur um den Transport von Beton, Stahlträgern und anderem Material auf die Baustelle. Auch die Transportvorgänge kleiner Teilchen in den Baustoffen gilt es zu berücksichtigen – und zwar lange bevor die Bagger anrücken. Denn wenn beispielsweise Wasser oder Schadstoffe in Beton eindringen, kann das zu Rissen und beschleunigter Alterung führen.

An der Uni Kassel erforscht Prof. Detlef Kuhl das langfristige Verhalten von Beton und anderen Baustoffen. „Nur wenn man das versteht, kann man auch besser bauen“, sagt der Leiter des Fachgebiets Baumechanik und Baudynamik. Um die Prozesse und deren Dauer besser vorherzusagen, entwickelt er spezielle Modelle und Berechnungsmethoden. Bei Regen dringt beispielsweise in Gebäudewände immer Wasser ein und lässt den Beton leicht anschwellen. Beim Trocknen schrumpft der Beton und es kann zu Spannungen kommen, die zu Schwindrissen führen. „Das ist nichts anderes als bei Erdböden, wenn es erst stark regnet und dann die Sonne draufscheint“, erklärt Kuhl.

Solche Prozesse gelte es schon beim Entwurf von Bauwerken zu berücksichtigen. Denn zu problematischen Rissen kommt es nur, wenn der Beton fest eingespannt ist. Können sich Wände oder Brückentragwerke geringfügig bewegen und den inneren Verformungen im Beton nachgeben, bleibt ein Schaden hingegen aus.

Das Wasser im Beton bringt weitere Probleme. „Es ist eine Art Autobahn für Schadstoffe“, sagt Kuhl. Wenn darin gelöste Ionen (geladene Teilchen) in den Beton gelangen, kommt es zu chemischen Reaktionen mit Zuschlagstoffen wie Kieselsteinen, die die Qualität des Baustoffs beeinträchtigen.

Stahl darf nicht rosten

Auch die Korrosion von im Beton enthaltenem Bewehrungsstahl müssen Bauexperten im Blick haben. Weil sich rostender Stahl ausdehnt, kann der Beton aufplatzen - im Innern sieht man dann den rostigen Stahl. Anhand von Berechnungen kann Kuhl auch bei komplexen Baukonstruktionen vorhersagen, wie dick die Betonschicht über den eingelassen Stahlteilen sein muss, damit die schädlichen Stoffe nicht bis zu ihnen vordringen, oder wann Schäden zu erwarten sind.

Das Wasser bringt aber nicht nur Schadstoffe, es raubt dem Beton auch kleinste Bestandteile, indem sie mit dem Wasser herausgeschwemmt werden. Erkennbar ist das an der Betonoberfläche, wenn sich dort beispielsweise Kalk ablagert. Auf sehr lange Sicht kann der schleichende Auflösungsprozess die Stabilität beeinflussen.

„Zu Problemen kann das bei Bauwerken mit einer Lebensdauer von mehreren Hundert Jahren kommen“, erklärt Kuhl. Bei Staudämmen oder Kühltürmen von Kraftwerken beispielsweise ist es daher wichtig, im Vorhinein zu berechnen, wie lange ein Baustoff Bestand haben wird.

Weitere Anwendung finden die Modelle und Berechnungen des Baumechanikers bei der Ausbreitung von Schadstoffen im Boden - etwa nach einer Ölkatastrophe - oder der Wärmeleitung in Metallen bei der industriellen Produktion.

Von Katja Rudolph

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