Hanfbastfasern in klinkerarmen Betonen

Ökologische Ansätze für Konstruktionsbaustoffe der Zukunft

Die Verwendung ökologisch-optimierter Materialien und der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen stellen einen zentralen Aspekt für zukünftiges Bauen dar. Im Forschungsprojekt wurden ein neuer Ansatz für klimafreundliche Konstruktionsbaustoffe verfolgt, indem klinkerarme, weniger CO₂-emittierende Betone mit Bewehrungselementen aus nachwachsenden Hanfbast- als Weiterentwicklung zum klassischen Stahlbetonbau- untersucht wurden. Für den Beton selbst wurde dabei das Ziel verfolgt, gezielt emissionsarme Bindemittel mit einer Zementklinkerreduktion von bis zu 73 M.-% einzusetzen und dabei nachhaltige Betone unterschiedlicher Dichte und Porosität sowie mit geringem CO₂-Fußabdruck herzustellen. Solche Betone schützen allerdings den klassischen Betonstahl nicht mehr ausreichend vor Korrosion. Der weitere Fokus des Forschungsvorhabens lag daher in der Nutzung von nicht korrosionsgefährdeten Hanfbastfasern als neuartige Bewehrung in Form von Schwind- oder Stabbewehrung. Ein erster Meilenstein im Projekt war die Bestimmung aller Materialparameter an Hanfbastfasern und Stäben. Einen weiteren wichtigen Schwerpunkt im Forschungsvorhaben bildeten die Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit im alkalischen Milieu sowohl der Fasern als auch der für die Bewehrungsstäbe notwendigen bindenden und umhülllenden Epoxidharze. Hier wurden Versuche in alkalischen Lösungen durchgeführt und der Einfluss auf die Festigkeiten und den E-Modul erforscht. Anhand der Ergebnisse zur Alkalität der drei untersuchten Betone muss eine hohe Alkalibeständigkeit der Fasern und Hanfbastfaserstäbe vor allem unmittelbar nach dem Einbau und in der ersten Nutzungsphase gewährleistet sein. In hochporosierten Betonen, wie dem eingesetzten Leichtbeton (ÖkoLB) erwiesen die Hanfbastfasern eine hohe Leistungsfähigkeit zur Minderung des plastischen Schwindens. Die im Pultrusionsverfahren hergestellten Hanfbastbewehrungsstäbe besitzen prozessbedingt zunächst eine glatte Oberfläche. Für die Übertragung der Verbundkraft zwischen Bewehrungsstab und Beton wurden die Stäbe daher nachträglich händisch profiliert, um den Verbund zwischen Stab und Beton und damit die Leistungsfähigkeit zu verbessern. Die Eignung der vier gewählten Profilierungsvarianten wurden in Pull-Out Versuchen validiert. Die Herstellung von Biegebalken als Demonstratoren für einen erfolgreichen Einsatz des neuen Konstruktionswerkstoffes BasEcoCrete rundete das Forschungsprojekt ab. Mit den Demonstratoren konnte eine ausreichende Aufnahme von Zugkräften durch die Hanfbastbewehrungsstäbe gezeigt werden. Die Nutzung des Hanfs im Bauwesen bedarf noch einiger Forschungsarbeit, verspricht aber aufgrund der vorliegenden Ergebnisse ein beträchtliches Potenzial für die Zukunft. Somit bereitet BasEcoCrete die Basis, um nachwachsende Ressourcen gezielt zu nutzen, sowie klimaschädliche Emissionen deutlich und nachhaltig zu reduzieren.