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StartseiteForschung aktuellSchutzweste für Beton24.03.2010

Schutzweste für Beton

Schutz durch Technik: Stoßdämpfende Füllstoffe schützen Gebäude vor Sprengstoffanschlägen

Sicherheitsforschung. - Säulen aus Stahlbeton sind die statische Achillessehne vieler Hochhäuser. Weil Beton spröde ist, kann eine Bombenexplosion in unmittelbarer Nähe fatale Folgen haben: Die Stoßwelle kann zum punktuellen Verlust der Tragfähigkeit führen - und damit zum Einsturz des gesamten Gebäudes. Um das zu verhindern, haben Fraunhofer-Forscher aus Freiburg eine Art Schutzweste für Beton entwickelt.

Von Ralf Krauter

Terroristen zünden einen Sprengsatz in unmittelbarer Nähe einer tragenden Säule eines Hochhauses (Fraunhofer EMI)
Terroristen zünden einen Sprengsatz in unmittelbarer Nähe einer tragenden Säule eines Hochhauses (Fraunhofer EMI)
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Schutz durch Technik

Am Fraunhofer-Ernst-Mach-Institut in Efringen-Kirchen lässt man es gerne mal krachen. Freilich immer im Dienste der Wissenschaft, erklärt der Bauingenieur Dr. Christoph Mayrhofer und zeigt in einer großen Versuchshalle auf mehrere mannshohe Säulen. Die schenkeldicken Strukturen aus Stahlbeton sehen in Hüfthöhe allesamt ramponiert aus. Bei einer ist der Beton komplett herausgebröckelt, eine andere zeigt äußerlich nur minimale Blessuren.

"Da wurde jetzt dort, wo Sie die Schädigungen sehen, eine Kontaktladung angebracht. Dadurch wird eine Vorschädigung der Stütze erreicht. Danach wird diese Stütze in eine Prüfapparatur eingebaut und die vertikale Belastbarkeit ermittelt. Um festzustellen, ob solch eine Stütze noch Stockwerkslasten aufnimmt. Und wenn ja, in welchem Umfang."

Christoph Mayrhofer, der Leiter der Abteilung Sicherheitstechnologie und baulicher Schutz, analysiert die Resttragfähigkeit von Gebäuden. Mit Hilfe von Sprengversuchen und Computersimulationen ermittelt er, unter welchen Umständen eine Auto- oder Kofferbombe ein ganzes Haus zum Einsturz bringen kann, und entwickelt Strategien und Werkstoffe, um neuralgische Punkte zu schützen. Zum Beispiel eben frei stehende Betonsäulen, die sich in vielen Hochhäusern oder Brückenbauwerken finden.

"Das dort hinten ist dieser Polymerbeton, der eben die Energie absorbiert und das Schädigungsausmaß dadurch reduziert."

Der Bauingenieur zeigt auf jene malträtierte Säule, die noch ziemlich intakt aussieht. Eine spezielle zentimeterdicke Schutzschicht hat ihren tragenden Kern davor bewahrt, bei der Detonation in nächster Nähe ernsten Schaden zu nehmen. Die Ingredienzien dieser "Schutzweste für Beton" stammen teilweise vom Acker. Zutat Nummer eins sind gehäckselte Maiskolben.

"Und das sind die Flachsfasern dazu. Die also dann im Mischer mit dem gehäckselten Kolbenmaterial vermischt werden. Dann wird das Ganze mit Epoxidharz vernetzt."

Das Ergebnis, einen robusten braunen Werkstoff, haben die Forscher Polymerbeton getauft. Seine organischen Füllstoffe machen das Material extrem porös, seine Struktur ist schwammartig. Ideale Voraussetzungen, um die Stoßwelle einer Detonation zu mildern, indem man ihr durch Materialverformung einen Teil ihrer Energie nimmt. Die Matrix aus Epoxidharz sorgt für die nötige Stabilität des Stoßdämpfers:

"Deswegen ist das so effektiv. Wir haben in der Vergangenheit auch Versuche mit Gasbeton gemacht. Weil die auch ein hohes Porenvolumen haben, bekommt man natürlich auch Dämpfungseffekte. Aber die Festigkeit ist deutlich geringer. Die liegt um Größenordnungen drunter. Deswegen kann da nicht soviel Energie absorbiert werden, wie mit diesem Polymerbeton."

Bei den Sprengversuchen behielt die Betonsäule mit Schutzweste 70 Prozent ihrer Tragkraft, ohne Ummantelung sank sie auf ein Zehntel - und das kann im Ernstfall akute Einsturzgefahr bedeuten. Mit Fördergeldern des Bundeswirtschaftsministeriums arbeiten die Forscher jetzt mit einem südbadischen Unternehmen an der Entwicklung marktreifer Produkte.

"Nach meiner Einschätzung ist es dort attraktiv, wo man flächige Bauteile hat, wo man Platten einsetzen kann. Beispielsweise im Container-Bereich, etwa für Container für Krisen-Einsatzkräfte, die in bestimmten Umgebungen arbeiten müssen. Dort könnte man diesen Werkstoff sehr effektiv einsetzen."

Computersimulation der Resttragfähigkeit eines mehrstöckigen Gebäudes nach einem Sprengstoffanschlag (Fraunhofer EMI)Computersimulation der Resttragfähigkeit eines mehrstöckigen Gebäudes nach einem Sprengstoffanschlag (Fraunhofer EMI) Der stoßdämpfende Polymerbeton könnte helfen, neuralgische Punkte anschlagsgefährdeter Bauwerke wie Brücken, Banken, Börsen und Botschaften besser zu schützen. Aber wer sagt, dass sich Attentäter dann nicht einfach andere Ziele suchen? Etwa Schulen, Kindergärten, Einkaufszentren? Der Sicherheitsforscher Professor Stefan Strohschneider von der Universität Jena hält das Ganze aus gesellschaftlicher Sicht deshalb für nicht sonderlich zielführend:

"Das ist Regenzauber. Das muss man sehr schlicht mit ganz elementaren anthropologischen Kategorien beschreiben, solche Ansätze. Die Idee, dass man durch solche punktuellen Schutzmaßnahmen insgesamt unsere gesellschaftliche Sicherheit erhöhen könnte, hat etwas rührend Naives."

Der Bauingenieur Christoph Mayrhofer hält dagegen: Wer keine Möglichkeit habe, sich zu schützen, mache sich erpressbar, sagt er.

"Deswegen wird diese Spirale Angriff und Schutz immer weiter gepflegt werden müssen. Das wird so sein, das lässt sich nicht vermeiden."

"Links zum Thema"

Polymerbeton für die Dämpfung von Stoßwellen (Fraunhofer-Projekt)

Explosionsschutz für Container

Innovationscluster: Future Security BW (PDF)


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