6.600 m³ Beton mit extremem Stahlfaseranteil

[Bauforum24 1.280]

Am einem Sonntag um 17 Uhr, ging in Hamburg für fünf Putzmeister ?Hallenmeister"-Autobetonpumpen M 31-5 eine zweieinhalb Tage dauernde Betonage zu Ende. Kurz zuvor war der letzte Teil der Bodenplatte aus 6.600 m³ Beton mit dem ungewöhnlich hohen Stahlfaseranteil von 75 kg/m³ fertig gestellt worden. Der steife und nicht gerade ?pumpwillige" Beton wurde ohne Unterbrechungen in die Sohle von PETRA III gefördert, einer neuen Experimentierhalle des Deutschen Elektronen-Synchrotons (DESY).

Bis zu fünf Putzmeister M 31-5 betonierten die 1 m mächtige, 24 m breite und fast 280 m lange
Bodenplatte der neuen DESY-Experimentierhalle.

Das Ergebnis war eine ca. 280 m lange, 24 m breite und 1 m mächtige Bodenplatte, vermutlich die längste monolithische- also in einem Stück gefertigte - Betonsohle der Welt. Sie dient als Fundament für die neue Experimentierhalle, die zur Zeit für das PETRA III-Projekt beim Hamburger Forschungszentrum DESY gebaut wird. Die neue Halle ist Teil eines 2.300 m langen Ringtunnels, der in den 1970er Jahren gebaut und bisher u.a. als Speicherring für die Teilchenphysik diente. Seit Sommer 2007 wird der Beschleuniger umgebaut und soll im Jahr 2009 unter dem Namen PETRA III in Betrieb genommen werden. "Zum Glück lief alles wie am Schnürchen", freut sich PETRA III-Projektleiter Prof. Edgar Weckert, "das war eine logistische Meisterleistung?". Generalunternehmer für die spektakuläre Baustelle ist die Ed.Züblin AG, Direktion Nord (Bereich Schlüsselfertigbau)."

Den Auftrag zum unterbrechungsfreien Fördern der über 6.600 m³ Beton erhielt der Pumpendienst betonlift (Hamburg) der neuland beton H.Burgis KG. Mit ausschlaggebend für den Zuschlag war die Zusammensetzung der Pumpenflotte, auf die betonlift zurückgreifen konnte: So befinden sich im Fahrzeugpool des Pumpendienstes u.a. fünf so genannte große Putzmeister ?Hallenmeister"-Autobetonpumpen M 31-5. Diese Maschinen sind aufgrund ihrer Reichweite und flexiblen Mastkinematik vor allem für Tunnel- und Halleneinsätzen geeignet. Auch in der neuen, bogenförmigen Experimetierhalle boten sie die Gewähr, die gesamte 246 m breite Sohle vom entferntesten Punkt bis zum Fahrerhaus der Maschinen mit hängendem Endschlauch und ohne Standortwechsel zu betonieren. Da die Bewehrung nicht nur verdrahtet, sondern auch aufwändig verschweißt worden war und nicht durch Kupplungen beschädigt werden durfte, wurde von der Projektleitung die Verwendung horizontal verlegter Verlängerungsschläuche und -Rohre ausdrücklich untersagt.

Illustration des Hamburger Forschungszentrums DESY mit unterirdischem
Elektronenbeschleuniger-Ring und Experimentierhalle PETRA III.

Von den fünf Putzmeister-Autobetonpumpen des Typs BRF 31-5.16 H und BSF 31-5.16 H förderten zunächst vier, später sogar alle fünf Maschinen gleichzeitig den Beton in die Fundamentsohle. Die ersten Kubikmeter wurden bereits am Freitag Morgen gegen 5 Uhr eingebaut. Um die Betonkonsistenz nicht zu beeinflussen, erfolgte das Anpumpen ohne Zementschlempe. Dann arbeiteten sich die Betonpumpen mit ihren flexiblen, aus fünf Armsegmenten bestehenden, 31-Meter-Verteilermasten gleichmäßig von der Mitte der fast 300 m langen Bodenschalung aus zu den beiden äußeren Enden voran. Die fünfte Maschine setzte als ?Staffelpumpe" die Betonage fort, sobald eine der vier im Quartett arbeitenden ?Hallenmeister" ihren Schalungsabschnitt fertig betoniert hatten. Dadurch war es möglich, nach Beendigung eines Betonierfeldes ohne die sonst zwangsläufige Unterbrechung (Einfalten des Mastes, Abbauen der Maschine, Wechseln zum nächsten Abschnitt) lückenlos mit der Betonage fortzufahren.

Systematische Darstellung des Pumpeinsatzes von vier Putzmeister M 31-5. Eine fünfte Maschine
(nicht im Bild) konnte sofort einspringen, wenn eine der vier Betonpumpen umsetzte.

Bei jeder der insgesamt 850 Fahrmischer-Chargen prüften Spezialisten in einem eigens eingerichteten Labor die Betoneigenschaften, bevor die Freigabe für die Baustelle erfolgte. Alle relevanten Daten wie Wasser-Zement-Wert, Betontemperatur und Konsistenz mussten exakt stimmen, um das riesige Betonfundament in einem Stück gießen zu können.

Betonbauexperten aus ganz Deutschland beobachteten den spektakulären Betonpumpeneinsatz mit großem Interessen. Auf ihre Empfehlung hin erfolgte die Herstellung der Betonplatte auf einer bereits vorbereiteten, 15 cm starken Unterbetonschicht in einem Stück. Im Bereich der Hallenaußenschale war eine aufwändige, bis in 20 m Tiefe reichende Pfahlgründung vorausgegangen.

Aufbau der mächtigen Fundamentplatte.

Der eigentliche Sohlplatten-Aufbau bestand zu unterst aus einer 3 mm dünnen Bitumengleitschicht. Dazu Prof. Bernd Hillemeier vom Institut für Bauingenieurswesen der TU Berlin: "Wenn sich der Beton beim Abkühlen zusammenzieht, muss die Platte gut gleiten können, um nicht zu reißen."

In einem weiteren Schritt erfolgte der Einbau einer 0,5 m starke Lage aus bewehrtem Konstruktionsbeton. Diese erste Schicht wurde mit der zweiten, unmittelbar darauf folgenden und ebenfalls 0,5 m mächtigen Lage aus Stahlfaserbeton zu einem monolithischen Block regelrecht ?vernadelt". Beide Betone entsprachen der Festigkeitsklasse C30/37. Während in der Praxis mitunter ein Stahlfaseranteil im Beton von 20 bis 35 kg/m³ anzutreffen ist, lag bei der Bodenplatte von PETRA III der Stahlnadelanteil mit 75 kg/m³ mehr als doppelt so hoch (Faserbetonklasse 1,6). Grund war hier nicht die zu erwartende Flächenbelastung, sondern die Forderung nach hoher Zugfestigkeit und das Vermeiden von Rissen. Um bei dieser Stahlfaserdichte eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Nadeln zu erreichen, wurde bereits beim Beschicken der Fahrmischer im Betonwerk größter Wert auf eine gleichmäßige Dosierung der Fasern (40 kg/m³ à 32 mm und 35 kg/m³ à 50 mm Länge) gelegt. Auch war vor Übergabe an die Betonpumpen eine verlängerte Mischzeit vorgegeben. Den Beton lieferte Holcim aus vier Mischwerken. Die Fahrzeiten der Betonmischer lag zwischen 10 und 30 Minuten.

Der steife Beton steht regelrecht im Trichter.

Trotz des relativ hohen Anteils an Zement (340 kg/m³) und Füller (112 kg/m³) sowie der eigentlich weichen Konsistenz (F3 bzw. F4), verhinderte die ungewöhnliche große Bindigkeit des hohen Stahlfaseranteils, dass der Beton vom Fahrmischer ?fließend" in den Pumpentrichter übergeben wurde. Stattdessen rutschte das Material eher pfropfenförmig von der Schurre, allerdings homogen gemischt und ohne Nadelnester. Natürlich wirkte sich dies auch auf das Ansaugverhalten der Betonpumpen aus. Dennoch erreichten die Maschinen beim Betonieren der beiden Lagen eine durchschnittliche Fördermenge von jeweils 30 bis 40 m³/h. Vorausgegangen waren in den Wochen zuvor mehrere Pumpversuche, bei denen das ideale Ausbreitmaß bei möglichst geringem W/Z-Wert und noch gerade vertretbarer ?Pumpwilligkeit" ermittelt worden war.

Nach Abschluss der Betonage kamen die Eigenschaften der Bitumengleitschicht voll zum Tragen: Denn die beim Abbinden der Betonplatte ansteigende Temperatur erhöhte die Fließfähigkeit des Bitumens, das wie ein Schmierfilm wirkte. Nach dem vollständigen Auskühlen des Betons ? etwa 40 Tage nach dem Einbau ? hatte die Bitumenschicht ihre Funktion erfüllt und die Platte lag ruhig wie ein monolithischer Block. Abschließend wurde die Oberfläche noch mit einer Epoxydharz-Schicht versiegelt.

Putzmeister feiert dieses Jahr sein 50-jähriges Jubiläum. Mit der Herstellung von Autobetonpumpen begann das Unternehmen 1968. Die erste Maschine mit 31-Meter-Mast konnte PM bereits 1977 präsentieren. Bei dem 3-armigen Verteilermast in Überkopf-Rollfaltung kam es damals vor allem auf einen großen Arbeitsbereich an. Den hier bei DESY eingesetzten flexiblen, 5-armigen M 31 führt Putzmeister seit 1994 im Programm.

über PETRA III

Im PETRA-Speicherring fliegen Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch Spezialmagnete (Undulatoren) und senden dadurch besonders brillante Röntgenstrahlung aus. Damit der Lichtstrahl ungestört die hochempfindlichen Experimente erreichen kann, muss der Hallenboden frei von Erschütterungen und vom Rest des Bauwerks möglichst gut entkoppelt sein. Diese Anforderungen erfüllt nur eine dicke, in einem einzigen Stück geschüttete Betonplatte. "Läuft ein Experimentator auf der Platte entlang, darf sie sich in zwei Metern Entfernung nur um einen einzigen Mikrometer (Tausendstel Millimeter) bewegen", erklärt Dr. Hermann Franz, Projektleiter für die PETRA III-Experimente. Außerdem darf die Platte auf zehn Meter Länge nur eine Unebenheit von höchstens vier Millimetern aufweisen. Die in Fachkreisen als ?weltbeste Speicherring-Röntgenstrahlungsquelle" bezeichnete PETRA III wird voraussichtlich 2009 in Betrieb genommen.

(Fotos & Grafiken: Putzmeister & DESY)