Anwendungsberichte
Flugasche als Betonzusatzstoff
Flugasche ist ein mehlfeiner Mineralstoff, der in Kohlekraftwerken erzeugt, in Trockensilos gesammelt und in der Bauwirtschaft als hochwertiger und vielseitiger Baustoff eingesetzt wird.
Seit Jahrzehnten hat sich Flugasche als Betonzusatzstoff bei der Herstellung und Verarbeitung von Beton bewährt. Verbesserungen der Verarbeitbarkeit, des Gefüges und der Dauerhaftigkeit von Beton werden mit Flugasche erzielt.
Flugasche wird in nahezu allen Betonen genutzt. Für Beton, Stahlbeton und Spannbeton nach DIN EN 206-1 / DIN 1045-2 sowie für Bohrpfahlbeton nach DIN EN 1536 / DIN SPEC 18140 und für Schlitzwandbeton nach DIN 4126 wurden Anwendungsregeln erstellt.
Qualitätssicherung: Flugasche wird als zertifiziertes Bauprodukt regelmäßig eigen- und fremdüberwacht. CE-Zeichen und Leistungserklärung bestätigen die Übereinstimmung mit DIN EN 450-1.
Nachhaltigkeit: Durch den Einsatz von Flugasche als Betonzusatzstoff können natürliche Rohstoffe eingespart und CO2-Emissionen reduziert werden. Ein Wiederverwertbarkeit von Beton mit Flugasche als Recyclingzuschlag ist gegeben. Die Ökobilanz von Betonen wird mit Flugasche deutlich verbessert.
Wirtschaftlichkeit: Die betontechnologischen und technischen Vorteile führen zu einem deutlichen betriebswirtschaftlichen und volkswirtschaftlichen Nutzen.
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Hochfester Beton mit Flugasche
Nach DIN EN 206-1/DIN 1045-2 ist hochfester Beton ein “Beton mit einer Festigkeitsklasse über C 50/60 im Falle von Normalbeton oder Schwerbeton und einer Festigkeitsklasse über LC 50/55 im Falle von Leichtbeton“. Wie bei normalfesten Betonen empfiehlt sich auch für hochfesten Beton der Einsatz von Flugasche als Zusatzstoff in besonderem Maße.
Flugasche ermöglicht bekanntlich die erforderlichen betontechnologischen Optimierungen und ist zugleich ein umweltfreundlicher und wirtschaftlicher Betonzusatzstoff.
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Selbstverdichtender Beton (SVB) mit Flugasche
Flugasche nach DIN EN 450-1 hat sich insbesondere durch ihre positive Wirkung auf das Fließverhalten und die Verarbeitbarkeit als hervorragender Ausgangsstoff für die zielsichere Herstellung von selbstverdichtendem Beton erwiesen.
Selbstverdichtender Beton (SVB) ist Hochleistungsbeton mit hohem Mehlkorngehalt und weicher Konsistenz und mit einem Setzfließmaß um 700 mm zum Zeitpunkt des Einbaus, der ohne Entmischung und ohne Sedimentation bis zum Niveauausgleich fließt.
SVB entlüftet und "selbstverdichtet" unter Eigengewicht und Schwerkraft selbständig und gewährleistet eine vollständige Hohlraumfüllung und eine lunkerfreie Umhüllung der Bewehrung und der Einbauteile, dessen Oberfläche ein besonders genaues Abbild der Schalhaut ist.
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Kesselsand – als Leichtzuschlag
Die Anforderungen an Beton sind so vielfältig wie seine Einsatzgebiete. Er soll aber immer tragfähig sein, dauerhaft, bauphysikalisch vorteilhaft und wirtschaftlich.
Kesselsand kann hier als leichte Gesteinskörnung für Beton in vielen Fällen einen wichtigen Beitrag zur Lösung der gestellten Aufgaben leisten. Kesselsand ist ein umweltverträglicher mineralischer Rohstoff, der in Steinkohlekraftwerken als Nebenprodukt hergestellt wird und durch seine porige Struktur eine geringe Rohdichte aufweist. Der Einsatz von Kesselsand in Beton verbessert die Wärmedämmeigenschaften und verringert das Eigengewicht des Frisch- und Festbetons. Die guten Wärmedämmeigenschaften haben dazu geführt, dass sich der Einsatz von Kesselsand bei der Produktion von Leichtbeton-Mauerwerk und Leichtmörtel seit Jahrzehnten bewährt hat.
Als leichte Gesteinskörnung in konstruktivem Leichtbeton sorgt Kesselsand für ein geringes Eigengewicht der Konstruktion, die dann entsprechend mehr Verkehrslast aufnehmen bzw. größere Spannweiten überbrücken kann.
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Kesselsand als Ausgangsstoff für Kultursubstrate
Damit Pflanzen auf begrünten Dächern von Häusern und Garagen gedeihen oder Bäume und Sträucher in Bürgersteigen an viel befahrenen Straßen wachsen können, werden an die Böden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Umweltverträglichkeit, Durchlässigkeit, Speichervermögen und Stabilität gestellt.
Unter Verwendung von Vegetationssubstraten mit Kesselsand sind diese technischen und nachhaltigen Aspekte besonders gut zu erfüllen. Er gewinnt als mineralisches Substitut wegen seiner geringen Schüttdichte, seines hohen Wasserspeichervermögens und seiner hohen Tragfähigkeit als Ausgangsstoff für Kultursubstrate im Garten- und Landschaftsbau immer größere Bedeutung.
Kesselsand ist umweltverträglich und ressourcenschonend, er weist ein hohes Porenvolumen für die erforderliche Wasserspeicherung auf und verzahnt durch seine kantige Oberfläche erosionssicher. Damit wird eine gute Trittfestigkeit gewährleistet. Kesselsand hat einen hohen Widerstand gegen nachträgliche Verdichtung und ermöglicht eine dauerhaft luftführende Versorgung des Wurzelwerks.
Durch den Einsatz von Kesselsand werden natürliche Ressourcen geschont, Energie gespart und zusätzliche CO2-Emissionen vermieden, die bei vergleichbaren Baustoffen zur energieintensiven Gewinnung, Produktion oder Aufbereitung benötigt würde.
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Elbphilharmonie - Ein Klangkörper aus REA-Gips
Die Begeisterung für dieses grandiose Konzerthaus mit seinem wunderbaren Klang hat die Negativschlagzeilen über Bauzeitverlängerungen und Kostensteigerungen längst verdrängt. Möglich wurde dieses „Amphitheater der Tonkunst“ – so der damalige Bundespräsident Joachim Gauck – durch eine umsichtige Planung und eine „Weiße Haut“ aus Gipsfaserplatten mit REA-Gips im Konzertsaal.
Damit der Konzertsaal nicht nur durch seine einzigartige Nähe zu den Künstlern beeindruckt, sondern auch durch seine Akustik, widmeten die Architekten der akustischen Planung hohe Aufmerksamkeit. Der Raumklang des Großen Saals wurde mit Hilfe komplexer 3-D-Modelle im Computer entwickelt und im Modell im Maßstab 1:10 getestet. Aufgrund dieser Ergebnisse wurden hochverdichteten Gipsfaserplatten mit REA-Gips als Verschalung für Wände und die Decken eigens für die Elbphilharmonie produziert
Teilweise wurden die Platten mehrschichtig verbunden, so dass unterschiedlich hohe Elemente bis zu 18 cm Dicke und mit Flächengewichten bis zu 150 kg/m² entstanden. Das hohe Flächengewicht ist für eine gute Schallreflexion erforderlich. Anschließend wurden mit CNC-Fräsen über eine Million 5 bis 9 cm tiefe „Muscheltäler“ in diese Elemente eingearbeitet, so dass 10 287 Platten entstanden, von der keine der anderen gleicht. Der für die Platten verwendete Werkstoff besteht zu 90 % aus einer Mischung von REA-Gips und Naturgips und aus 10 % Zellulosefasern. Für den Einsatz bei der Elbphilharmonie wurde die Mischung so angepasst, dass die Platten gegenüber der Serienproduktion heller wurden. Das Material weist eine hohe Tragfähigkeit bei sehr guter Verarbeitbarkeit aus.
„REA-Gips ist ein mineralischer Rohstoff, der bei der Rauchgasentschwefelung in Kohlekraftwerken entsteht“, erklärt Thomas Kaczmarek, WIN-Geschäftsführer. „Er sorgt für die Schonung der natürlichen Ressourcen in der Gipsindustrie und wird ohne weitere Nachbehandlung ebenso wie Naturgips zur Herstellung von Gipsbaustoffen eingesetzt“.
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Testturm in Rottweil – Aufwärts mit Flugasche
Die kurze Bauzeit des 246 m hohen Fahrstuhl-Testturms der thyssenkrupp Elevator AG in Rottweil war nur durch das Erstellen des Turmschafts in Gleitbauweise möglich. „Die betontechnologischen Vorteile der Flugasche haben einen wichtigen Beitrag geleistet, so dass die hohen Anforderungen an den Beton zuverlässig erfüllt werden konnten“, erklärte WIN-Geschäftsführer Thomas Kaczmarek bei einer Führung in Rottweil. So musste die Hydratationswärmeentwicklung des Betons der 2 m dicken Fundamentplatte in einem verträglichen Rahmen gehalten werden.
Der Turmschaft wurde in einer Gleitschalung hergestellt. Der Beton muss bei diesem Bauverfahren bereits frühzeitig eine hohe Grünstand-Festigkeit aufweisen, die ein Ziehen der Schalung erlaubt, gleichzeitig muss der Beton aber noch abreibbar bzw. glättbar sein. Verschärft wurden die Anforderungen an den Gleitbeton durch die hohen Außentemperaturen, die zum Zeitpunkt der Bauausführung herrschten. Für bestimmte Bauteile musste der Beton zudem sehr weit und hoch gepumpt werden.
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Elbphilharmonie – Hohe Betonqualität mit Flugasche
Als die Hamburger Elbphilharmonie kürzlich eröffnet wurde, dachte kaum jemand an die besonderen Aufgabenstellungen beim Bau des Konzerthauses in Hamburg. Dafür musste zunächst der Altbau komplett entkernt und die Gründung durch 620 zusätzliche Stahlbetonpfähle für das zusätzliche Gewicht ertüchtigt werden. „Insgesamt kamen 63.000 m³ Beton zum Einsatz, der mit ca. 4.000 t Steinkohlenflugasche hergestellt wurde“, erklärt WIN-Geschäftsführer Thomas Kaczmarek im Interview. Die Bauteile aus Beton mit ihrer hohen Masse bilden den schwingungstechnisch günstigen Kern des Konzerthauses.
Auch die logistische Meisterleistung durch die Insellage der Baustelle, enge Zufahrtsstraßen und wenige Brücken wurde gelöst. Immerhin mussten 18.000 m³ Abraum abtransportiert und dann aus zwei mobilen Transportbetonwerken über 12.000 m³ Beton allein für das Fundament der Elbphilharmonie eingebaut werden.
Bei der massigen, bis zu 3 m dicken Fundamentplatte musste die Hydratationswärme des Betons in einem verträglichen Rahmen gehalten werden, weil sonst auftretende Zwangsspannungen zu Rissen führen, die z.B. die Wasserundurchlässigkeit gefährden können. Mit Flugasche als Zusatzstoff im Beton- und Bindemittelgemisch konnte das zuverlässig verhindert werden. Auch die Vorteile einer Pumpfähigkeit von Beton führten bei den neuen Wänden und Decken dazu, dass eine Betonzusammensetzung mit Flugasche zum Einsatz kam.
Über das Betontechnische Konzept und die Herausforderungen bei der Pumpbarkeit des Betons sowie über die hohe Qualität des ebenfalls eingebauten Sichtbetons informiert der neue Anwendungsbericht.
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Beton mit Flugasche im Tunnelbau – Nicht nur überirdisch gut
Der effektive Einsatz von Flugasche im Tunnelbau sichert ein gewünschtes Ergebnis. Neben der langen Nutzungsdauer von über 100 Jahren werden weitere Anforderungen an den Beton gestellt oder besondere Eigenschaften erwartet, die eine Verwendung von Flugasche als Betonzusatzstoff erforderlich machen. Aus Gründen des Brandschutzes werden Tunnelbauwerke überwiegend ohne Tunnelwandverkleidungen errichtet und sollen zunehmend Sichtbetonqualität aufweisen. Durch das Beimischen von Mikrofasern aus Polypropylen in den Beton kann das Brandverhalten deutlich reduziert werden. Zudem muss der verwendete Beton oft weiteren extremen Beanspruchungen widerstehen und absolut wasserdicht sein.
In vielen Bauwerken wird der Beton chemischen Angriffen ausgesetzt. Die besonderen Eigenschaften des Flugaschebetons werden für den Frischbeton, Spritzbeton aber auch für die Tübbinge als Fertigteile erläutert. Die geforderten Eigenschaften wie hoher Widerstand gegen Frost-/Tausalz-Einflüsse, gegen Angriffe von Sulfat, Chlorid oder anderen kalklösenden Säuren zeigen den effektiven Einsatz von Flugasche in der Betonbindemittelmatrix, wie ihn kaum ein anderer Zusatzstoff erfüllen kann.
Der Anwendungsbericht enthält Erläuterungen zu vier Tunnelbauwerken und einem Stollenbau in der Schweiz. Hier waren aus hydraulischen Gründen glatte, nahezu luftporenfreie und dichte Oberflächen erforderlich. Dies führte zum Einsatz eines Selbstverdichtenden Betons mit Flugasche als Betonzusatzstoff.
