Bewehrungsstahl ist raus, Faser ist drin: Valley Metro stellt Stadtbahnplatten für die neueste Erweiterung fertig

Oct 14, 2023

Der Ausbau der Stadtbahn beeinträchtigt den Geschäftsbetrieb und den Verkehr. Die Verwendung von Stahlstangen zur Verstärkung des Betons unter den Gleisen verlangsamt den Prozess weiter und wirft gleichzeitig Bedenken hinsichtlich Nachhaltigkeit und Arbeitssicherheit auf. Deshalb nutzte Valley Metro bei seiner derzeitigen nordwestlichen Erweiterung eine Alternative.

Faserverstärkter Beton hält genau das, was er verspricht: Er ersetzt einen Käfig aus 1,5 cm dickem Bewehrungsstahl durch nähnadelgroße Stahl-, Glas-, Keramik-, Kohlenstoff- oder Polymerfasern, die im gesamten Beton vermischt sind.

„Der Bereich faserverstärkter Beton ist ein ziemlich ausgereiftes Gebiet; er wird seit mehr als 40 oder 50 Jahren genutzt“, sagte Projektleiter Barzin Mobasher von der School of Sustainable Engineering and the Built Environment der Arizona State University. „Und jetzt, wenn wir uns mit den Themen Nachhaltigkeit und Effizienz der Betonmaterialien befassen, ist das ziemlich relevant geworden.“

Die Technik spart Gewicht, reduziert Korrosion, reduziert den Zementverbrauch um ein Fünftel und stoppt Risse auf mikroskopischer Ebene.

„Wir lassen den Riss nicht wachsen und sich verbreitern, so dass er zu einem großen Schlagloch oder einer größeren Trennung wird, denn wenn man das erst einmal hat, dann hat man Korrosionsprobleme, man hat Probleme mit der Haltbarkeit, man hat erhebliche andere Probleme“, sagte Mobasher.

Valley Metro entschied sich für Polypropylen und Stahlfasern für seine 1,5 Meilen langen Gleisplatten, die die Teams Anfang Mai fertigstellten. Die vorgeschlagene Faserverstärkung wurde nach Ermüdungstests im Structural and Materials Lab der ASU angenommen, bei denen ein 45-jähriger Betrieb bei höheren als den erwarteten Belastungen simuliert wurde.

Beton hält den Kräften gut stand, die ihn quetschen oder komprimieren, versagt jedoch schnell bei Kräften, die ihn biegen oder dehnen, wie zum Beispiel Zug. Das ist ein Problem, weil Beton von Natur aus schrumpft und Gleisplatten Schienen tragen, die ihrer eigenen Spannung ausgesetzt sind.

Die Verstärkung von Beton mit Bewehrungsstäben reduziert die Rissausbreitung und sorgt dafür, dass der Beton Lasten tragen kann, nachdem Risse aufgetreten sind.

„Ein großes Problem auf Brückendecks oder auf Autobahnen – der Lärm auf den Autobahnen – besteht darin, dass sich diese Verbindungen, sobald sie brechen, frei aneinander vorbeibewegen können“, sagte Mobasher. „Jetzt gibt es also Unebenheiten und im Grunde ist der Verkehrsfluss nicht mehr ganz reibungslos.“

Tatsächlich ist die Bildung von Rissen eine derart vermutete Eigenschaft von Betonplatten, dass Bauherren Kontrollfugen mit Diamantsägen schneiden, um ihre Ausbreitung zu begrenzen.

Mobasher versucht lieber, Risse zu stoppen, bevor sie sichtbar sind, selbst wenn es sich um Haarrisse handelt.

„Risse beginnen oft als kleine Mikrorisse“, sagte er. „Und die Chance besteht darin, dass ich die Festigkeit des Materials tatsächlich erhöhen kann, wenn ich verhindern kann, dass sich diese Mikrorisse miteinander verbinden.“

Die Herstellung von Bewehrungsstäben verursacht einen erheblichen CO2-Fußabdruck, und die Verwendung von Bewehrungsstäben erfordert wochenlanges Arbeiten von Teams in prekären Positionen, bei denen die Stäbe abgelegt, zusammengeschweißt und Komponenten geerdet werden.

Laut Mobasher ist Faserbeton einfacher, sicherer und nimmt einen Bruchteil der Zeit in Anspruch.

„Es ist wie der Unterschied zwischen etwas, das in der Fabrik hergestellt und auf die Baustelle geliefert und gegossen wird, anstatt die gesamte Arbeit auf der Baustelle zu erledigen“, sagte er.

Er fügte hinzu, dass die Faserverstärkung angesichts der weltweit verwendeten 500 Millionen Tonnen Bewehrungsstäbe und 20 bis 30 Milliarden Tonnen Beton aus Nachhaltigkeitsgesichtspunkten tatsächlich die „niedrig hängende Frucht“ der Bautechnik sei.

„Und wenn wir nachhaltige Verstärkungssysteme entwickeln und die vor mehr als 100 Jahren entwickelten Methoden überdenken können, müssen wir das tun.“