RM Rudolf Müller
Stahlersatz: Bewehrungsstäbe in Beton aus korrosionsfreiem Basalt.  Foto: Johannes Lesser

Stahlersatz: Bewehrungsstäbe in Beton aus korrosionsfreiem Basalt.  Foto: Johannes Lesser

Forschung, Technik und Trends
16. Februar 2021 | Artikel teilen Artikel teilen

Betonbewehrung: Basalt statt Stahl?

Das Gestein Basalt ist ein altbekanntes Material in der Welt der Baustoffe. Es findet breite Anwendung im Straßen- und GaLaBau, fließt aber zum Beispiel auch in die Herstellung von Steinwolle ein. In Zukunft könnte es sogar noch viel wichtiger werden. Auf der Suche nach Alternativen zu den Stahlarmierungen in Betonbauteilen gilt nämlich auch Basalt als geeigneter Kandidat. Tatsächlich lassen sich aus dem Gestein sowohl Faser- als auch Stabbewehrungen herstellen.

Basalt ist ein weltweit häufig zu findender Naturstein und daher relativ preisgünstig. Auch in Deutschland gibt es große, oberflächennahe Vorkommen des dunkelgrauen bis schwarzen Gesteins. Das Material ist druckfest, UV-stabil, temperaturunempfindlich, nicht brennbar und allgemein sehr widerstandsfähig.

Im Vergleich zu Stahl haben aus Basalt hergestellte Betonbewehrungen den großen Vorteil, dass sie weder rosten noch elektrisch leiten. Außerdem sind sie leichter, aber trotzdem zugfester, und haben zudem eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Verglichen mit Kohlenstofffasern, die man unter anderem für Carbonbeton verwendet, sind Basaltfasern vor allem günstiger.

Vom Stein zur Faser

Zu den Pionieren auf dem noch relativ jungen Markt für Basaltfasern gehört die Deutsche Basalt Faser GmbH (DBF) aus Sangerhausen in Sachsen-Anhalt. Seit 2008 betreibt der Anbieter die nach eigenen Angaben erste Produktionsanlage für kontinuierlich gezogene Basaltfasern in der Europäischen Union. Dabei wird Basaltbruchgestein bei etwa 1.400 °C geschmolzen und durch kleine Düsen zu Endlosfasern geformt.

Diese Basaltfasern erreichen höhere Zugfestigkeiten als zum Beispiel Glasfasern, die unter anderem als Bestandteil glasfaserverstärkter Kunststoffe (GFK) eine wichtige Rolle im Bauwesen spielen. Basaltfasern sind auch zugfester als Polypropylenfasern, die in manchen Faserbetonen zum Einsatz kommen.

In Kooperation mit verschiedenen Partnern fertigt DBF aus den Gesteinsfasern unterschiedliche Produkte wie etwa textile Gewebe und Geflechte oder auch Zwirnfasern, die aus zwei oder mehreren „Fäden“ zusammengedreht sind. Auch Dämmstoffvliese aus Basaltfasern gehören zum Angebot.

Für den Einsatz in Beton hat das Unternehmen Fasern mit einer speziellen Beschichtung entwickelt, die das Gestein resistent gegen alkalische Stoffe macht. Das ist wichtig, denn der Zement in Beton hat einen hohen pH-Wert, ist also stark alkalisch.

Bewehrungsstäbe aus Basalt

Doch DBF stellt nicht nur lose Fasern und Gewebe, sondern auch massive Stäbe aus Basalt her. Diese kommen als Betonbewehrung vor allem bei Industriefußböden sowie im Tunnel- und Betonstraßenbau zum Einsatz. Nach Angaben des Herstellers haben die Stäbe eine dreimal höhere Zugfestigkeit und sind viermal leichter als vergleichbare Bewehrungen aus Stahl.

Die unter der Marke „Basalt Rebar“ vertriebenen Stäbe fertigt DBF übrigens im Strangziehverfahren (Pultrusion) aus Basaltfasern. Als Bindemittel kommen Kunstharze zum Einsatz. Die gefertigten Stäbe werden anschließend profiliert und besandet. Das soll den Verbund zum Beton verbessern.

„Rebars“ gibt es in verschiedenen Durchmessern von 4 bis 16 mm. In jedem Fall sind die Stäbe so elastisch, dass sie sich problemlos aufrollen lassen. Das ist auch notwendig, weil DBF die Produkte in Lieferlängen bis zu 800 m vertreibt! Die Waren müssen also zwingend als Rollenware transportiert werden. Nach dem Ausrollen nimmt das Material wieder seine ursprüngliche Form an und lässt sich auf die gewünschte Länge zuschneiden.

Da Bewehrungsstäbe aus Basalt beständig gegen Korrosion sind, werden filigranere Betonbauteile möglich. Während nämlich bei Stahlarmierungen zum Feuchteschutz eine beidseitige Betonüberdeckung von etwa 4 cm notwendig ist, reicht bei einer alkalisch beständigen Basaltbewehrung schon eine 1 cm dicke Betonschicht auf beiden Seiten. Man kann also dünner bauen und spart auch noch Beton.

Basaltbewehrte Fassadenergänzung

Forschungsprojekt FASALT: Bohrung in einem Fassadenelement mit Basaltbewehrung und einer Mörtelschicht. Foto: Johannes Lesser

Forschungsprojekt FASALT: Bohrung in einem Fassadenelement mit Basaltbewehrung und einer Mörtelschicht. Foto: Johannes Lesser

Mit basaltbewehrtem Beton beschäftigte sich auch das dreijährige Forschungsprojekt FASALT, das die Fakultät für Bauingenieurwesen an der Hochschule München im September 2019 abgeschlossen hat. Dabei ging es um die Eignung der Technologie für vorgehängte Sichtbetonfassaden. Die Forschenden untersuchten, ob sich alte Stahlbetonfassaden, bei denen die Bewehrung zu rosten begonnen hat und Betonteile abplatzen, mithilfe dünnwandiger Fassadenergänzungen aus basaltbewehrtem Beton nachhaltig instand setzen lassen.

Die Ergebnisse sind vielversprechend. Das Team um die Professoren Andrea Kustermann, Christoph Dauberschmidt und Christian Schuler entwickelte ein komplettes Instandsetzungskonzept für geschädigte Stahlbetonfassaden. Vorteil dieses Konzepts ist, dass die von der Schädigung betroffenen Elemente nicht abgerissen und ersetzt werden müssen. Stattdessen wird die Altfassade einfach durch vorgehängte Betonelemente mit Basaltstab-Bewehrung ergänzt.

Im ersten Schritt hängt man die Stabbewehrung vor die Altfassade, dann wird ein hoch-alkalischer Spritzmörtel aufgebracht. Letzterer sorgt nicht nur dafür, dass die Fassade wieder wie neu aussieht, sondern unterbindet auch die Stahlkorrosion im Altbeton. Ergänzend entwickelten die Münchner Forschenden übrigens auch mit Basaltfasern verstärkte Mörtelrezepturen für die Sichtbeton-Oberflächen.

Die Machbarkeit für den Einsatz der Fassadenergänzungen aus basaltbewehrtem Beton wurde in umfangreichen Tests erwiesen. Im nächsten Schritt soll das Konzept zu einer marktreifen Lösung weiterentwickelt werden. Dabei geht es unter anderem darum, den Verbund zwischen Basaltbewehrung und Betonmatrix zu optimieren.


Über den Autor Roland Grimm ist seit Februar 2013 freier Journalist mit Sitz in Essen und schreibt regelmäßig Fachwissen-Artikel für BaustoffWissen. Zuvor war er rund sechs Jahre Fachredakteur beim Branchenmagazin BaustoffMarkt und außerdem verantwortlicher Redakteur sowie ab 2010 Chefredakteur der Fachzeitschrift baustoffpraxis. Kontakt: freierjournalist@rolandgrimm.com

 

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