Grenzzustandsbezogene Optimierung von Betonzusammensetzungen: Ein Schritt zur weiteren Reduzierung der CO₂-Emissionen bei der Herstellung von Beton?

Für Stahlbetonbauwerke wird in der Regel eine Mindestnutzungsdauer von 50 Jahren gefordert, für deren Einhaltung eine ausreichende Dauerhaftigkeit des Betons sicherzustellen ist. Hierfür enthalten die Normen der Reihe DIN 1045 und EN 206-1 deskriptiv festgelegte Anforderungen hinsichtlich Mindestbetondeckung, maximal zulässiger Wasserzementwert, Mindestzementgehalt sowie Anforderungen an die Betonausgangsstoffe. Diese Anforderungen basieren auf den Erfahrungen, die in der Praxis gesammelt wurden. Dabei können differenzierte Einwirkungen oder spezielle Randbedingungen der Widerstandsseite nicht oder nur sehr pauschal berücksichtigt werden.

Eine genauere Prognose der Lebensdauer ist mit den im fib-Model Code „Service Life Design“ (fib-Bulletin 34) veröffentlichten vollprobabilistischen Modellen möglich. Anwendbare vollprobabilistische Vorhersagemodelle sind derzeit für die carbonatisierungs- und chloridinduzierte Depassivierung der Bewehrung vorhanden. Diese Modelle bieten die Möglichkeit, Einflüsse der Betonzusammensetzung auf das Erreichen des Grenzzustandes der Depassivierung differenziert zu betrachten und so im nächsten Schritt eine Optimierung vorzunehmen. Diese grenzzustandsbezogene Optimierung bietet im Zusammenspiel mit experimentellen Untersuchungen die Möglichkeit, Wissenslücken hinsichtlich der Verwendung von Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen, für die bisher nur wenig praktische Erfahrungen vorliegen, zu schließen. Somit können Randbedingungen formuliert werden, um den Klinker/Zement-Faktor weiter zu reduzieren und damit die Reduzierung der CO2-Emissionen bei der Herstellung von Beton zu fördern.

Ziel des Forschungsprojekts ist die Erarbeitung einer umfangreichen Datenbasis für die Materialparameter Carbonatisierungswiderstand und Chlorideindringwiderstand für unterschiedliche Zementarten und Betonzusammensetzungen. Hierbei liegt der Fokus auf der Untersuchung von Betonen, die mit Zementen mit einem niedrigen Klinker/Zement-Faktor hergestellt werden. Auf Basis der experimentellen Ergebnisse erfolgt die Berechnung der Lebensdauer typischer Stahlbetonbauteile unter den in Deutschland vorherrschenden Umgebungsbedingungen.

Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen dazu beitragen, das Carbonatisierungs- und Chlorideindringverhalten von Betonen, die mit neuen, klinkereffizienten Zementen hergestellt werden, besser zu beschreiben. Die Ergebnisse bilden damit eine Basis für die sichere Anwendung dieser Zemente und die damit verbundene Reduzierung der CO2-Emissionen bei der Herstellung von Beton.