Betonelemente mit Carbonbewehrung

Veröffentlicht am 29. November 2024 von
Matthias Fischer

Nach kurzer Montagezeit ist das Innovationslabor Grüze in Winterthur eröffnet worden. Der Pavillon aus extradünnen Betonelementen wird in den nächsten fünf bis zehn Jahren als vielseitiger Treffpunkt im aufstrebenden Quartier Grüze dienen.

Verzicht auf Stahl

Im Vorzeigeprojekt Innovationslabor Grüze kommen erstmals wiederverwendbare Betonelemente mit Carbonbewehrung im Hochbau zum Einsatz. Dank der Technologie «Carbon Prestressed Concrete» (CPC) lassen sich CO₂- und Materialeinsparungen von rund 75 Prozent realisieren, während vollständig auf den Einsatz von Stahl verzichtet wird. Parallel dazu erprobt das Innovationslabor neue Geschäftsmodelle wie das Leihen von Bauteilen, um deren Wiederverwendung zu fördern. Unter dem filigranen Dach des Innovationslabors lädt die Stadt Winterthur künftig dazu ein, gemeinsam über nachhaltige Lösungen für die Städte von morgen zu reflektieren.

Innovationslabor Grüze in Winterthur in der Montagephase | Bilder © Holcim Schweiz

Nachhaltiges Bauen mit Beton

Nachhaltiges Bauen muss alle Lebensphasen eines Gebäudes berücksichtigen – von der Baustoffherstellung über die Planung, den Bau und die Nutzung von Gebäuden bis hin zum Rückbau. Im Vordergrund stehen dabei Strategien zur Abfallvermeidung, Materialeinsparung sowie die Wiederverwendung und das Rezyklieren von Baustoffen. In allen Bereichen sucht und implementiert Holcim zukunftsfähige Baulösungen, oft in Kooperation mit Partnern aus der Forschung, Industrie oder auch Start-ups.

CPC-Technologie

Mittels Steckverbindungen lassen sich die Bauteile zusammensetzen.

CPC-Platten sind Carbonbetonplatten die mit engmaschigen, vorgespannten Carbondrahtnetzen bewehrt sind. Die Carbondrähte sind in beide Richtungen vorgespannt und durchspannen die Platte endlos. Da Carbon eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweist und nicht korrodiert, sind CPC-Platten tragfähig und langlebig. Die bei herkömmlichen Stahlbetonplatten aus Korrosionsschutz erforderliche Bewehrungsüberdeckung entfällt. CPC-Platten sind daher im Vergleich drei- bis viermal dünner und haben bei gleicher Tragfähigkeit ein geringeres Gewicht. Dank der Vorspannung bleiben die steifen Platten unter Gebrauchslast rissfrei.

Holcim stellt die 40 oder 70 Millimeter dicken und 3,5 mal 17 Meter grossen CPC-Platten her. Anhand der Planungsdaten werden diese mit CNC-gesteuerten Maschinen in beliebige Formstücke geschnitten. Dabei sind praktisch alle Formen und Details möglich.

Die Formstücke lassen sich im Werk zu Bauteilen zusammensetzen und auf der Baustelle fertig montieren. Die endgültige Bauteilgrösse ist dabei nicht auf die Transportgrösse beschränkt: Die transportfähigen Bauteile können auf der Baustelle mittels kraftschlüssiger Verbindungen zu Grossbauteilen zusammengefügt werden. Durch das Verfahren der Fertigbetonteilfabrikation entwickelt sich eine Bauweise im Betonbau, die sich in ähnlicher Form bereits seit vielen Jahren im Stahl- und Holzbau bewährt hat.

CPC-Platten, ZIP-Verbindung

Elementmontage

Herausforderungen

Die grösste Herausforderung bestand darin, bauspezifisches Know-How auf diesem für die ganze Bauwirtschaft neuem Terrain zu erlangen. Die ungewöhnlichen Materialeigenschaften, aber auch die innovativen, statischen Lösungen erfordern ganz neue Herangehensweisen. Insbesondere erweisen sich die sehr hohen Ansprüche an die Massgenauigkeiten im Millimeterbereich als Challenge.

Bereits die Anforderungen an eine absolut ebene Unterkonstruktion, die für die Herstellung der Elemente nötig ist, sind anspruchsvoll. Die Mitarbeitenden entwickelten dafür einen speziellen Elementtisch, der es ermöglichte, dass die einzelnen Platten mit den Stegen passgenau zusammengesetzt und vergossen werden können.

Das Innovationslabor ist das Resultat einer engen Zusammenarbeit zwischen der Stadt Winterthur, der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW), Landolt und Holcim Schweiz.