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Nachhaltig bauen mit Beton

Zusatzmittel von BASF machen Beton fließfähiger, haltbarer, druckfester - und verbessern die Umweltfreundlichkeit von Betonbauten

Das zweithöchste Gebäude Europas: The Shard in London wird bei seiner Fertigstellung 310 Meter hoch sein. Foto: Sellar Property Group

Der Kontrast könnte kaum größer sein: Einen Steinwurf von der altehrwürdigen London Bridge entfernt wird zurzeit ein gigantischer, futuristischer Wolkenkratzer gebaut. Er heißt "The Shard" ("Die Scherbe"), ist komplett verglast und hat die Form einer steilen Pyramide. Mit 310 Metern Höhe wird er bei seiner Fertigstellung im Jahre 2012 das zweithöchste Gebäude Europas sein. Beim Bau kommen speziell abgestimmte Betonzusatzmittel der BASF zum Einsatz.Sie sorgten zum Beispiel beim Gießen des Fundaments dafür, dass fast 5.500 Kubikmeter Beton in einem ununterbrochenen Guss verarbeitet werden konnten - ein Rekord in der britischen Baugeschichte.

"Das komplette Fundament wurde an einem einzigen Wochenende gegossen", erläutert Brian Williams, Southern Regional Sales Manager BASF Admixture Systems UK. "Denn mitten in London durften wir mit den Baufahrzeugen kein langes Verkehrschaos verursachen. Um in dieser kurzen Zeit die dichte Stahlarmierung des Fundaments perfekt zu umhüllen, musste der Beton besonders fließfähig sein. Dafür sorgte das speziell entwickelte BASF-Zusatzmittel Glenium SKY." Ein weiterer Vorteil des Zusatzmittels: Der Beton lässt sich mit ihm problemlos 300 Meter in die Höhe pumpen.

Ebenfalls eine große Herausforderung war die immense Menge an Beton, aus dem das Fundament gegossen wurde. Denn beim Festwerden wird Beton warm - viel Beton bedeutet also viel Wärme. Doch je wärmer Beton wird, desto schneller härtet er aus. Das kann zu einem gravierenden Problem führen: Wenn früh gegossene Schichten zu schnell aushärten, können sich die nachfolgenden nicht richtig mit ihnen verbinden. Der Beton ist dann nicht homogen und stabil genug. Bei "The Shard" verhinderte das Zusatzmittel Pozzolith ein zu frühes Aushärten des Betons und sicherte damit eine hohe, homogene Betonqualität.

Zur hohen Betonqualität gehört auch, dass das Baumaterial den gewaltigen Druck verkraftet, den die enorme Höhe des Turmes erzeugt. Dank Glenium-Zusatzmitteln hält der Beton einem Druck stand, der dem Gewicht eines Kleinwagens auf der Fläche eines großen Zehs entspricht. Diese hohe Festigkeit sichert der Betonkonstruktion eine lange Lebensdauer und erlaubt es, das Gebäude nachhaltig zu nutzen.

Glenium-Fließmittel verbessern aber nicht nur die baulichen Eigenschaften des Betons, sondern auch seine Umweltverträglichkeit. Beton ist wegen seiner Vielseitigkeit das meistverwendete von Menschen hergestellte Material.

Glenium® macht den Beton fließfähiger: Bauherren können Fundamente so in Rekordzeit gießen. Foto: Klaus Helbig

Allerdings hat er einen erheblichen Nachteil: Er verursacht große Mengen des klimaschädlichen Kohlendioxids (CO2). Das liegt daran, dass Beton zu einem großen Teil aus Zement besteht. Der wiederum enthält sogenannten Zementklinker, ein Material, das bei fast 1.500 Grad Celsius gebrannt wird und dessen Produktion enorm viel Energie benötigt. Zementklinker ist für etwa sechs bis sieben Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich.

Mit dem Betonzusatzmittel Glenium von BASF lassen sich bis zu 50 Prozent des Zementklinkers durch andere Stoffe ersetzen. Solche Stoffe sind beispielsweise Flugasche, ein Rückstand aus Kohlekraftwerken, oder Hochofenschlacke, die bei der Stahlproduktion anfällt und dann für diese Zwecke recycelt wird. Mit Glenium-Zusatzmitteln lassen sich so bis zu 60 Prozent CO2 bei der Betonproduktion einsparen. Bereits im Jahre 2008 reduzierten BASF-Betonzusatzmittel die CO2-Emissionen um 22 Millionen Tonnen. Das entspricht den Emissionen der Großstadt Berlin. Außerdem sparen Glenium-Zusatzmittel Energie, wertvolle Rohstoffe sowie Deponieraum, der sonst für Flugasche und Hochofenschlacke benötigt würde.

Glenium trägt so erheblich dazu bei, den CO2-Ausstoß bei der Zementproduktion zu verringern. Zu diesem Ziel hat sich die Zementindustrie in einem weltweiten Sektorabkommen verpflichtet. In den USA und China steht dabei eine veränderte Zusammensetzung des Zements im Vordergrund, beispielsweise durch höhere Anteile von Klinkerersatzstoffen. In Europa liegt der Fokus bei der Herstellung der genormten Komposit-Zemente eher auf verbesserter Energieeffizienz sowie alternativen Brennstoffen wie Biomasse und Müllverbrennung.

Die Perspektive

In Europa dürfen Zementersatzstoffe über die normativen Grenzen hinaus nur mit Eignungsnachweis verwendet werden - anders als in den USA. Dort hat BASF das Konzept des "Green Sense Concrete" entwickelt, zu Deutsch etwa: "Grüner Beton".

Andreas Tselebidis, BASF-Experte für Betonzusatzmittel, ist überzeugt von dem Konzept: "Dieser Beton besteht teilweise aus recyceltem Material wie Flugasche und Hochofenschlacke sowie speziellen Zusatzmitteln wie beispielsweise Glenium. Sie sorgen dafür, dass das innovative Baumaterial deutlich umweltfreundlicher ist als herkömmlicher Beton."

Wie eine Ökoeffizienz-Analyse gezeigt hat, benötigt Green Sense Concrete bei der Herstellung 30 Prozent weniger Energie, verursacht 37 Prozent weniger klimaschädliches Kohlendioxid und verbraucht 35 Prozent weniger Rohstoffe. Auch der Wasserverbrauch ist deutlich geringer: Fünf Prozent weniger Wasser benötigt der neuartige Baustoff - das entspricht einer Einsparung von 417 Litern Wasser pro Einfamilienhaus, also etwa drei Badewannenfüllungen. Außerdem kann Green Sense Concrete kostengünstig hergestellt werden. Damit leistet die BASF einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Bauwirtschaft.

Eine weitere Maßnahme ist die Etablierung der amerikanischen "Green Building"-Zertifizierung, genannt LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) - ein renommiertes Gütesiegel, mit dem nachhaltiges Bauen und Gebäudemanagement ausgezeichnet werden. In der Zertifizierung geht es um sechs Themenfelder: Umweltbelastung durch den Bau, Wasser-, Energie- und Ressourcenverbrauch, Komfort und Raumqualität. Bei Verwendung von BASF Green Sense Concrete können Punkte in mehreren Kategorien vergeben werden.

Die Infobox

Was ist Zement?

Die Hauptbestandteile von Zement sind Kalkstein und Ton. Sie werden mit Quarzsand und Eisenerz vermischt, fein gemahlen und getrocknet. Dieses Rohmehl wird anschließend bei 1.450 Grad Celsius gebrannt - die Fachleute nennen diesen Vorgang Sintern.

Dabei verschmilzt das Mehl zu etwa drei Zentimeter großen rundlichen Partikel, dem sogenannten Zementklinker. Er besteht aus chemischen Verbindungen, die später die Aushärtung des Zements ermöglichen. Dazu gehören Calcium-Silicate, Calcium-Aluminate und Calcium-Aluminium-Ferrite. Der Zementklinker wird schließlich mit Gips oder Anhydrit zu Zement vermahlen.

Was ist Beton?

Beton setzt sich im Wesentlichen aus Zement, Wasser sowie Gesteinskörnung (Sand, Kies und Splitt) zusammen. Der Zement ist dabei der Kleber, der alles zusammenhält. Wird er mit Wasser vermischt, härtet er aus und es entstehen Kristallnadeln, die sich fest miteinander verzahnen und so ein hartes Gestein entstehen lassen. Durch unterschiedliche Mischzusammensetzungen und Zusatzmittel kann man die Betoneigenschaften gezielt variieren: Gewicht, Festigkeitsgrad, geringes Schwind- und Bruchpotenzial, Korrosionsbeständigkeit etc.  Beton lässt sich gut mit Stahl sowie Kunststoff- oder Glasfasern kombinieren, was zu hoher Verformbarkeit und besseren Biegezugeigenschaften führt.

Wie wirkt ein modernes Betonfließmittel?

Die Basis moderner Fließmittel wie Glenium bilden synthetische organische Polymere wie Polycarboxylatether (PCE). Ein PCE-Molekül besteht aus einer langen Hauptkette und kürzeren Seitenketten. Die Hauptketten der PCE-Moleküle sind negativ geladen. Werden sie mit frischem Beton vermischt, lagern sie sich an den Oberflächen der im Beton enthaltenen Partikel an. Die Seitenketten der Moleküle zeigen wie die Stacheln einer Kastanienschale nach außen und halten die Partikel auf Distanz zueinander. Dadurch können sie sich leichter gegeneinanderbewegen, und der Beton wird dünnflüssiger. Indem man bei den Zusatzmitteln die Längen der Haupt- und Seitenketten variiert, lassen sich unterschiedliche Eigenschaften des Betons einstellen.

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Pressefoto
Thu, 14 Oct 2010

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