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150 Jahre Bew(a)ehrt

Stahlbeton ist heute der meistverwendete Baustoff der Welt. Der Siegeszug begann vor 150 Jahren mit Blumenkübeln und einer Hundehütte.

Autor: Stefan Posch

Vor genau 150 Jahren, im Juli 1867, beantragte der Franzose Joseph Monier das Patent "System mobiler Behälterkästen aus Eisen und Zement für den Gartenbau". Es war das erste, das die Kombination von Zement und Stahl umfasst. Als der französische Gärtner seine Pflanzkübel aus Zement mit Stahlgeflechten verstärkte, dachte er wohl nicht, dass seine Idee einmal Bauten wie etwa den 828 Meter hohen Burj Khalifa ermöglichen wird.

Hundehütte aus Stahlbeton

Auch wenn Monier als Erfinder des des Stahlbetons angesehen wird, seine Verbreitung als Baustoff war drei Deutschen zu verdanken. "Conrad Freytag hatte damals den Weitblick, dass die Bauweise sich durchsetzen wird", erklärt Michael Blaschko, Mitglied des Vorstandes der Wayss & Freytag Ingenieurbau AG. Freytag gründete mit seinem Schwager Carl Heidschuch 1875 die Handelsgesellschaft Freytag & Heidschuch, den Vorgänger der heutigen Wayss & Freytag Ingenieurbau AG, und erwarb das Patent von Monier für den deutschsprachigen Raum. 1884 baute das Unternehmen die erste Stahlbetonkonstruktion Deutschlands: eine Hundehütte. 1890 beteiligte sich mit Gustav Adolf Wayss ein weiterer Pionier des Stahlbetons an der Firma Freytag & Heidschuch. Wayss lernte davor Monier bei einer Studienreise in Paris kennen. 1887 veröffentlichte er die Forschungsergebnisse im Buch "Das System Monier, Eisengerippe mit Zementumhüllung", das der Betonbauweise den Weg auch im deutschsprachigen Raum ebnete. "Er hat erkannt, dass die Forschung sehr wichtig ist. Deswegen hat er später Emil Mörsch in die Firma geholt", so Blaschko.

Die Bewehrung wird auf absehbare Zeit Stahl bleiben.

Mörsch kam 1901 zu Wayss & Freytag und stellte theoretische Grundlagen für den Stahlbetonbau auf. Damit konnten die Balken und deren Bewehrung dimensioniert und bemessen werden. "Noch heute werden den Studenten Arbeiten von Mörsch gelehrt", veranschaulicht Blaschko die Leistung Mörschs. Bemerkenswert ist, dass auch schon vor Mörschs umfassenden Erkenntnissen etwa Stahlbetonbrücken gebaut wurden. Ein Beispiel ist die zweifeldrige Brücke über die Isar bei der Isarlust in München nahe dem Maximilianeum, die 1898 fertiggestellt wurde. Die Spannweiten der beiden Bögen betragen je 37,50 m. Da die Bögen sehr flach ausgebildet sind (Korbbögen), verlaufen die resultierenden Kräfte nicht im Kern des Gewölbes, sodass Stahleinlagen die unvermeidlichen Zugkräfte aufnehmen müssen. Eine weiterer Meilenstein für den Stahlbeton war die Erfindung der Spannbewehrung durch den Franzosen Eugène Freyssinet. Damit wurde der Brückenbau revolutioniert. Die erste Brücke Deutschlands mit vorgespannten Fertigteilträgern nach dem Patent von Freyssinet wurde 1938 von Wayss & Freytag gebaut. Mit einer Spannweite von 33 m gilt die sich noch in Betrieb befindliche Hesseler-Weg-Brücke bei Oelde in Westfalen als Wendepunkt in Europa, da sie den Durchbruch des Spannbetons im Brückenbau bedeutete. Erst nach erfolgreicher Fertigstellung und Inbetriebnahme durfte Freyssinet in Frankreich seine fünf Brücken über die Marne (Annet-sur-Marne, Ussy, Trilbardoux, Esbly und Changis-sur-Marne) bauen. Der eigentliche Siegeszug des Spannbetons begann aber in Deutschland aufgrund des Zweiten Weltkriegs erst in den 50er-Jahren.

Positive Eigenschaften vereint

Der Verbund von Stahl und Beton hat Vorteile vor allem für die Statik eines Baus. "Der Stahlbeton vereint die zwei positiven Eigenschaften von Beton und Stahl: Während Stahl die Zugkräfte gut aufnehmen kann, ist Beton sehr stabil gegen Druckkräfte", erklärt Michael Blaschko. Gerade bei den Übergägen der Kräfte, etwa bei Ecken oder Anschlüssen, biete Stahlbeton sehr einfache Lösungen. "Das hat der Stahlbeton in Perfektion gelöst", so Blaschko über die Vorzüge des Baustoffes. Das ist wohl der Hauptgrund, warum Stahlbetonbauten unsere Städte so sehr geprägt haben und noch immer prägen. Blaschko glaubt aber, dass oberhalb der Erde das Stadtbild sich auch ohne Stahlbeton nicht besonders anders entwickelt hätte. Essenzieller sieht er Stahlbeton für Bauten unterhalb der Erde: "Alles, was unter der Erde ist, wäre aufwändiger und teurer. U-Bahnen, Wasserkanäle und Tunnel würden nicht in dem Ausmaß vorhanden sein."

Weiterentwicklungen des Betons

Seit den Zeiten von Freyssinet hat sich, was die grundsätzliche Konstruktion der Stahlbetonteile angeht, nicht viel getan. "Moderne Entwicklungen waren eher Abrundungen", erklärt Blaschko. Diese hätten vor allem die Betonmischung betroffen, die mit der Zeit immer perfekter wurde. Doch geforscht wird an dem Baustoff noch immer. Vor allem, um den Zementanteil bei Stahlbeton zu verringern, da dessen Produktion sehr energieaufwändig ist. "Ich glaube sehr stark an das Thema CO2-Vermeidung. Wir müssen alle versuchen, weniger CO2 zu produzieren", sagt Blaschko. In seiner Firma werde auch an homegeneren und dichteren Mischungen geforscht, um so die Betondeckung der Bewehrung dünner halten zu können. "Weniger Zement bedeutet weniger CO2", so Blaschko. Eine weitere Möglichkeit, die CO2-Bilanz von Stahlbeton zu verbessern, ist die Wiederverwertbarkeit des Baustoffes. "Man kann aus gebrochenem Beton neuen Beton herstellen", erklärt Blaschko. Recyclingbeton wird etwa beim Haus- oder beim Straßen- und Wegebau eingesetzt. Bei Stahlbeton muss allerdings zuvor der Beton von der Stahlbewehrung getrennt werden, was den Aufwand beim Recyclingverfahren erhöht. Der Baustahl kann aber dann wieder eingeschmolzen werden. "In Norddeutschland und in den Niederlanden, wo Kies Mangelware ist, liegt die Recyclingquote bei 100 Prozent", erklärt Blaschko.

Hoher Sandverbrauch

Ein weiterer Kritikpunkt am Baustoff Stahlbeton ist die Menge an Quarzsand, die er verbraucht. In Deutschland werden rund 100 Millionen Kubikmeter Stahlbeton pro Jahr verbaut. Der Baustoff besteht zu zwei Dritteln aus Sand. Alleine bei einem Bau eines Einfamilienhauses werden rund 200 Tonnen davon vebraucht. Blaschko glaubt aber nicht, dass der Welt einmal der Sand ausgehen könnte. "Sand ist relativ viel vorhanden auf der Erde", so Blaschko, der die ökologischen Herausforderungen des Stahlbetons eher beim Zement sieht. Laut Blaschko gebe es auch keine Alternative zum Stahlbeton. Mit anderen Baustoffen wie etwa Holz könne man die Bauproduktion nicht kompensieren. "Stahlbeton ist ein Massenbaustoff", so Blaschko.

Neue Bewehrungen

Doch Wissenschaftler forschen schon seit den 80er-Jahren nach alternativen Bewehrungen für den Beton. Textil- und Carbonbeton haben etwa den Vorteil, dass sie nicht korridieren und so die schützende Betondeckung dünner ausfallen kann. Textilbewehrungen bestehen aus gewebten zwei- oder dreidimensionalen Faserstoff-Matten. Als Materialien werden zum Beispiel Carbon oder AR-Glas verwendet. Erst kürzlich hat in Deutschland eine Sandwich-Fassadenwand aus Textilbeton die erste allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) erhalten. Derzeit wird Textilbeton als Zusatzbewehrung bei Stahlbetonbauteilen oder auch für Vorhangfassaden verwendet. Auch kleinere Brücken wurden schon mit Textil- oder Carbonbeton gebaut. Doch Blaschko glaubt nicht, dass die neuentwickelten Produkte den Stahlbeton verdrängen können. Er sieht die Zukunft von Textil- und Carbonbeton weiter als Nischen- und nicht als Massenprodukt wie der etablierte Stahlbeton. "Die Bewehrung wird auf absehbare Zeit Stahl bleiben", glaubt Blaschko. "Zumindest für die nächsten hundert Jahre", ergänzt er.

Stark im Verbund

Stahlbeton ist ein Verbundwerkstoff aus Beton und Bewehrungsstahl. Beton hat zwar eine sehr hohe Druckfestigkeit, aber nur eine geringe Zugkräftigkeit. Unbewehrter Beton versagt bei Zugbeanspruchung aufgrund seiner Sprödigkeit ohne ankündigende Rissbildung schlagartig. Stahl besitzt dagegen eine hohe Zugfestigkeit. Das Tragprinzip beim Baustoff Stahlbeton ist es daher, auf Zug beanspruchte Stellen eines Bauteils mit Stahl zu verstärken und in den übrigen Bereichen die Druckfestigkeit des Betons auszunutzen.

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