Wiederverwendbare Bautechnologie trägt zur Verringerung von CO2 und Abfall bei
Wie aus einem aktuellen OECD-Bericht hervorgeht, sind Stahl und Zement, zwei der gebräuchlichsten Baumaterialien, zusammengenommen für (etwa) 15 % der „globalen CO2-Emissionen des Energiesystems und der Industrieprozesse“ verantwortlich. Eine Verringerung der verwendeten Stahl- und Betonmenge könnte erheblich zur Senkung der CO2-Emissionen beitragen. Außerdem landen Abbruchabfälle häufig auf Deponien, was die Umweltverschmutzung noch verschlimmert. Im Rahmen des Projekts REUSE, das von den Marie Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wird, wurden zwei neuartige Schubanker entwickelt, die in demontierbaren Stahl-Beton-Verbundgebäuden eingesetzt werden können. „Damit werden Probleme beim Gebäudeabbruch behoben, da die Komponenten des Gebäudes leicht demontiert und wiederverwendet werden können. Es ist besser als Recycling, bei dem immer noch CO2 entsteht“, sagt Forschungsleiter George Vasdravellis.
Zwei Konstruktionsarten für Verbindungsteile
Gängige Konstruktionspraktiken machen die Demontage und Wiederverwendung von Bauteilen in der Regel fast unmöglich. Während Gebäude gewöhnlicherweise für eine Nutzungsdauer von 40-50 Jahren ausgelegt sind, kann die Nachrüstung oder Modernisierung eines Gebäudes schon viel früher anstehen. Auch temporäre Gebäude, zum Beispiel für einmalige Veranstaltungen wie die Olympischen Spiele, sind problematisch. Sie sind nach der Veranstaltung oft überflüssig und werden einfach abgerissen, wodurch noch mehr Abfall entsteht. Verbundgebäude bestehen aus Stahlprofilen und vorgefertigten Betonplatten. Diese werden mit Schubankern aneinander befestigt. Sie können Scherkräften standhalten, wodurch die so entstandenen Verbundträger wesentlich belastbarer sind als sie es ohne diese Anker wären. Herkömmliche Schubanker werden jedoch auf den Stahl geschweißt und in den Beton eingebettet, so dass sie nicht getrennt und somit auch nicht wiederverwendet werden können. Mit den demontierbaren Schubankern von REUSE lassen sich die Platten und Stahlteile problemlos trennen und in neuen Projekten nochmals nutzen. Die Konstruktionsweise der Bauteile ermöglicht auch eine einfache Herstellung abseits der Baustelle und einen schnellen Einbau vor Ort. Schließlich wurden im Rahmen des Projekts zwei Arten von Ankern entwickelt: ein geschraubter und ein geschraubt-geschweißter Hybrid – beide können zerlegt werden. In Labortests wurde das Verhalten der Anker im Hinblick auf ihre strukturellen Eigenschaften und ihre Reaktion auf Beanspruchungen untersucht. Anschließend wurden Computermodelle in Anpassung an diese Testergebnisse kalibriert, bevor eine Reihe von wahrscheinlichen Szenarien simuliert wurde, um die Zuverlässigkeit der Verbindungsstücke zu prüfen. Zu guter Letzt führte das Team mechanische „Ausdrückversuche“ durch. Dabei werden die Festigkeit und Belastbarkeit der Verbundwerkstoffe geprüft, um die Einhaltung der europäischen Normen, insbesondere des Eurocode 4, sicherzustellen. „Unsere Tests haben gezeigt: Die beiden demontierbaren Schubanker können so konzipiert werden, dass sie mit vorteilhaften strukturellen Eigenschaften für Gebäude oder Brücken aus Stahl-Beton-Verbundwerkstoffen ausgestattet sind“, fügt Vasdravellis hinzu.
Nutzen für die Umwelt und die menschliche Gesundheit
Die Verwendung von zerlegbaren und wiederverwendbaren Bauteilen in der Bauindustrie – wie die von REUSE entwickelten – wird die CO2-Emissionen und die durch unnötige Abrisse verursachten Deponieabfälle verringern, was sowohl der Umwelt als auch der menschlichen Gesundheit zugute kommt. Generell wird die Einführung von Wiederverwertungskonzepten im Bauwesen dazu beitragen, die ehrgeizigen Umweltziele der EU zu erreichen. „Unsere Konstruktionen sind neuartig und erfüllen alle Anforderungen in Bezug auf praktische Anwendbarkeit, strukturelle Leistung und Nachhaltigkeit“, so Vasdravellis. Um die Technologie der Kommerzialisierung näher zu bringen, wird das Team seine Entwürfe an Trägern oder Balken in Originalgröße weiter testen. So sind weitergehende Bewertungen von Faktoren ermöglichen. Dazu gehört die Ermüdungsleistung bei wiederholter Belastung, die für Brücken relevant ist, und die Leistung bei zyklischer Belastung, die für erdbebengefährdete Regionen von Bedeutung ist. Darüber hinaus sind weitere Lebenszyklusanalysen von Bauwerken, bei denen die vorgeschlagene Technologie eingesetzt wird, erforderlich, um die Entwicklung der notwendigen Strategien und Verfahren für wiederverwendbare/demontierbare Strukturen zu beschleunigen.
Schlüsselbegriffe
REUSE, Konstruktion, Beton, Stahl, Verbundwerkstoff, wiederverwendbar, nachhaltig, Abfall, Abbruch
