Beton mit Zukunft Neue Rezepte für das "magische Pulver"

Die Fassade des Museums der Zivilisationen Europas und des Mittelmeerraums in Marseille zeigt, welche gestalterischen Möglichkeiten der neuartige Beton zulässt.

(Foto: Boris Horvat/AFP)

Ingenieure verbessern das wichtigste Baumaterial der Welt: Beton. Ihr ultrahochfester Beton ist so stabil wie Stahl, klimafreundlich und beständig. Und er erlaubt den Architekten ganz neue Konstruktionen.

Von Hubertus Breuer

Es sieht aus wie ein Fischernetz oder ein grauer Spitzenvorhang. Ein eigenartiges Gewebe umhüllt den Quader am Alten Hafen von Marseille, der Kulturhauptstadt Europas 2013. Das Museum der Zivilisationen Europas und des Mittelmeerraums, das im Juni seine Pforten öffnet, ist in der Tat aus einem besonderen Material gebaut: ultrahochfestem Beton (UHPC). Und so zeugt der Bau von einer neuen Ära des geschmähten Werkstoffs Beton, der lange im Ruf stand, triste Stadtlandschaften zu schaffen.

Beton ist das mit Abstand wichtigste Baumaterial der Welt. Mehr als 3,5 Milliarden Tonnen sollen sich den Prognosen zufolge im laufenden Jahr aus Betonmischern über die Erde ergießen - für Fundamente, Rohrleitungen, Brücken, Hochhäuser, Straßen, Hafenanlagen. Das graue Material umgibt die Menschheit auf Schritt und Tritt - ohne ihn würden sie buchstäblich den Boden unter den Füßen verlieren.

Die filigrane Fassade des Museums der Zivilisationen Europas und des Mittelmeeraums in Marseille zeigt, wie sich mit dem neuen Beton gestalten lässt.

(Foto: AFP)

Doch der Baustoff ist nicht ohne Makel. Frost und Korrosion führen manchmal bereits nach wenigen Jahrzehnten zu einem vorzeitigen Verfall. Zudem schadet Beton dem Klima. Fünf Prozent der globalen Emissionen des Treibhausgases Kohlendioxid gehen auf die Zementherstellung zurück, weil nicht nur Brennstoffe für die Herstellung des Pulvers gebraucht werden, sondern bei der Verarbeitung von Kalkstein (Kalziumkarbonat) zu Kalziumoxid CO2 frei wird. Grund genug für Materialforscher, mit dem "magischen Pulver", wie es Peter Richner von der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt Empa nennt, ein paar neue Rezepte auszuprobieren.

Die klassischen Grundzutaten für Beton sind Wasser, Zement, Sand und Kies. Wird der Zement von Wasser umhüllt, bilden die Mineralien im Zement feine Kristalle. Diese wachsen, durchdringen sich gegenseitig und bilden so ein festes Gefüge. Doch diese Rezeptur lässt sich optimieren. An der Technischen Universität München etwa experimentiert der Baustoffexperte Christoph Gehlen mit neuartigen UHPC-Mixturen.

Im Unterschied zur traditionellen Mischung verzichtet man bei diesem ultrahochfesten Beton auf Kies und nutzt stattdessen feinsten Silicastaub, Quarzmehl, Stahlfasern und Fließmittel, sodass der Beton bis in den Nanometerbereich ohne Gaslöcher fest und dicht zusammengepackt ist. Der Effekt: UHPC hält etwa sechsmal so viel Druck stand wie Normalbeton. Er konkurriert sogar mit Stahl, weil er nicht nur ähnlich hohe Druckbelastungen erträgt, sondern auch kostengünstiger als dieser und weniger korrosionsanfällig ist. Hinzu kommt, dass UHPC weniger klimaschädlich ist. Er setzt bei der Herstellung 40 Prozent weniger CO2 frei als Normalbeton, weil gemessen an der Tragkraft weniger Zement - das Bindemittel des Betons - gebraucht wird.

Das neue Hightech-Material eignet sich vor allem dort, wo Filigranes mit hoher Belastbarkeit gebraucht wird. Brücken verwandeln sich so von Schwergewichten in elegante Strukturen - so wie die 2010 fertig gestellte Wild-Brücke im österreichischen Völkermarkt oder die Fußgängerbrücke, die vom neuen Museum in Marseille als schmaler Balken zum benachbarten Fort St. Jean reicht. Das Material erlaubt es aber auch, Wolkenkratzer in schwindelerregende Höhen zu treiben.

Während Hochhäuser wie die Petronas Towers in Kuala Lumpur oder das New Yorker Empire State Building als Stahlskelette entstanden sind, kam beim höchsten Gebäude der Welt, dem mehr als 800 Meter hohen Burj Khalifa in Dubai, bis zur 155. Etage hochfester Beton - eine Vorstufe des UHPC - zum Einsatz. Der Stahl in seinem Inneren muss nicht das Gewicht tragen, sondern nimmt Zugspannungen auf. Der Bau war eine technische Herausforderung, der Beton musste flüssig sein, um ihn in die Höhen zu pumpen, und danach sollte er möglichst schnell abbinden.