Polymermörtel als Klebstoff: Brückenbau mit Holz und Beton

Forschende der Uni Kassel haben für den Brückenbau innovative, mehrere Meter lange Verbundbauteile aus Holz und Beton entwickelt. Sie verklebten die Komponenten durch einen neuartigen Polymermörtel oder Epoxidharz miteinander, statt sie durch Metallbolzen oder -schrauben zu verbinden. Der Polymermörtel überzeugte als Klebstoff dabei noch mehr als das Epoxidharz. Das neue Verfahren bietet Vorteile bei der Tragfähigkeit sowie der Biegesteifigkeit und ermöglicht die Nutzung vorgefertigter Stahlbetonfertigteile.

Holz und Beton werden beim Brückenbau häufig zu Verbundbauteilen kombiniert. Durch die Kombination vereinen die Verbundteile die positiven Eigenschaften beider Werkstoffe. Sie sind leicht, biegsam und nachhaltig wie Holz sowie druckfest und tragfähig wie Beton. Fast alle bisher üblichen Methoden, Holz und Beton mit Metall zu Verbundteilen zu verbinden, ließen sich jedoch nur mit Ortbeton realisieren. Das führte im Vergleich zu Holzkonstruktionen fast immer zu längeren Bauzeiten. Die Forschenden des Fachgebiets Bauwerkserhaltung und Holzbau in Kassel entwickelten mit der Klebetechnik nun eine neue Methode, Holz mit Stahlbetonfertigteilen zu verbinden und die Bauzeit damit zu verkürzen. Das reduziert in der Regel auch die Baukosten.

Die Verbundbalken hielten umgerechnet etwa 45 Tonnen aus

Das Forschungsteam zeigte im Belastungstest, dass verklebte Verbundbalken mit einer Spannweite von acht Metern einer Last von bis zu 446 Kilonewton standhalten. Die 446 Kilonewton entsprechen ungefähr 45 Tonnen. Das bedeutet: Eine Brücke aus den mit Polymermörtel oder Epoxidharz verklebten Verbundteilen kann einen voll beladenen Schwerlasttransporter oder zugleich 30 VW-Golf tragen. Der Test wurde bis zum endgültigen Versagen des Trägers durchgeführt. Ursache für das Versagen waren ein Druckversagen des Betons oder ein Zugverzagen des Holzes. Der Klebeverbund aus Polymermörtel oder Epoxidharz hielt dagegen während des gesamten Tests.

Polymermörtel ist besser als Epoxidharz

Der zähere Polymermörtel erwies sich im Vergleich zu einem gängigen Epoxidharz als das bessere Klebemittel. Er ließ sich einfacher auftragen und konnte Unebenheiten an den Werkstoff-Oberflächen besser überbrücken. Da er zudem in Streifen aufgetragen wird, kann man die Klebefläche gut an die jeweilige Belastung anpassen. Einsetzen lassen sich die verklebten Bauteile laut Professor Werner Seim, dem Leiter des Fachgebiets Bauwerkserhaltung und Holzbau in Kassel, beispielsweise beim Brückenbau im Forst. Hier müssen die Brücken oft schwere Lasten von Fahrzeugen aushalten. Für den praktischen Einsatz des Klebeverfahrens validierten die Forschenden zwei Berechnungsverfahren. Mit ihnen erhalten Ingenieure im Brückenbau ein Werkzeug, um die konkrete Tragfähigkeit und das Verformungsverhalten der Verbundteile vorherzusagen.