De levensduur van tunnels is tegenwoordig ontworpen om minstens honderd jaar mee te gaan - in het geval van de Brenner-basistunnel zelfs 200 jaar. Het probleem hiermee:"De levensduur wordt momenteel berekend op basis van theoretische kengetallen en empirische waarden. Omgevingscondities zoals chemisch agressief grondwater, bijvoorbeeld, kan mogelijk eerder dan verwacht leiden tot kostenintensieve onderhoudsmaatregelen, " zegt Florian Mittermayr, onderzoeker aan het Institute of Technology and Testing of Construction Materials aan de Technische Universiteit van Graz.

Focus op nieuwe, fundamentele kennis over spuitbeton

Een van de belangrijkste ondersteunende maatregelen in de tunnelbouw is het gebruik van spuitbeton, ook wel spuitbeton genoemd. In deze toepassing, beton wordt aangebracht via een mondstuk en, afhankelijk van de eisen, hulpstoffen worden toegevoegd. Mix-ontwerpen voor spuitbeton zijn tot nu toe gebaseerd op ervaring en praktische kennis. De bevindingen van het onderzoeksproject moeten nu basisgegevens opleveren voor nauwkeurige en op maat gemaakte duurzame mengsels.

Om erachter te komen hoe verschillende spuitbetonformuleringen interageren met de omgeving, welke formuleringen het meest geschikt zijn voor welke omgevingsinvloeden en welke effecten additieven hebben op duurzaamheid en verwerkbaarheid, Mittermayr startte het onderzoeksproject "Advanced and Sustainable Sprayed Concrete (ASSpC)" samen met Wolfgang Kusterle van het Betonlaboratorium van de OTH Regensburg en de Oostenrijkse Vereniging voor Bouwtechnologie (ÖBV). "Voor vier jaar, we hebben het proces in zijn geheel onderzocht in veel laboratorium- en grootschalige testen en wetenschappelijke ondersteuning geboden op verschillende tunnelbouwplaatsen, ", legt Mittermayr uit. De onderzoekers hebben kunnen ontrafelen hoe spuitbeton idealiter moet worden verwerkt en hoe bindmiddelen moeten worden samengesteld om een ​​bijzonder hoge duurzaamheid te bereiken.

Geoptimaliseerd mixontwerp

Een belangrijke bevinding is dat spuitbeton duurzamer kan worden ontworpen wanneer cement, aanvullende cementgebonden materialen, hulpstoffen en toeslagstoffen zijn beter afgestemd op de eisen. Zelfs kleine afwijkingen in hoeveelheid kunnen het gewenste effect verminderen.

In de onderzoeken is aangetoond dat gegranuleerde hoogovenslak – in combinatie met andere aanvullende cementgebonden materialen – een effectieve manier is om de weerstand tegen sulfaataantasting te vergroten. Sulfaationen (N.B. meestal veroorzaakt door het oplossen van gips) kunnen in bodem of grondwater aanwezig zijn en leiden tot vervormingen en vervolgens tot scheuren in het beton. Aanvullende cementachtige materialen zoals metakaolien of sideriet uit de Stiermarkse Erzberg helpen de bijdrage van spuitbeton aan sinterformaties in het drainagesysteem te verminderen. In deze context, sinteren wordt verwezen naar het proces van calciumcarbonaatprecipitatie in de drainagebuizen van tunnels. Dit kan leiden tot verstopping van het afvoersysteem en is daarom een ​​veelvoorkomende reden voor tunnelafsluitingen vanwege onderhoudswerkzaamheden.

In aanvulling, zelfs een kleine toevoeging van ultrafijn kalksteenpoeder kan de vroege sterkte van spuitbeton aanzienlijk verhogen. Dit effect maakt het mogelijk om additieven te gebruiken zoals gegranuleerde hoogovenslak, metakaoline of sideriet in grotere hoeveelheden dan momenteel mogelijk is, spuitbeton niet alleen duurzamer maar ook duurzamer maken.

Onderzoeksoverdracht en open vragen

De belangrijke vragen voor duurzaam en duurzaam spuitbeton met betrekking tot de samenstellende materialen en mengsels en hun interactie met de omringende media konden worden verduidelijkt en ontcijferd, en de projectpartners bereiden nu de gedetailleerde resultaten voor voor praktische toepassing. "Weer een mijlpaal op het gebied van duurzaamheid; daar zijn we bijzonder blij mee. Door de langere levensduur kunnen tunnels nu met langere tussenpozen worden onderhouden, de onderhoudsinspanning wordt verminderd voor de bestuurder en voor automobilisten betekent dit minder congestie. Ook indrukwekkend is de onderzoeksijver van de universiteiten, dat helpt om ons bouwmateriaal meer en meer te positioneren als een milieuvriendelijk materiaal met precieze en op maat gemaakte formuleringen, " legt Sebastian Spaun uit, directeur van de Vereniging van de Oostenrijkse cementindustrie (VÖZ), een andere belangrijke partner in het consortium.

Voor Michael Pauzer, directeur van de Oostenrijkse Vereniging voor Bouwtechniek (ÖBV), "Het onderzoeksproject van ÖBV-FFG is eens te meer een bewijs dat deze nieuw onderzochte en in de praktijk reeds geteste concrete formuleringen een verdere bijdrage leveren aan de klimaatbeschermingsdoelen. De samenwerking tussen universiteiten, opdrachtgevers en de bouw- en bouwmaterialenindustrie zorgt ervoor dat het onderzoek praktijkgericht is en de resultaten ervan zullen worden opgenomen in de spuitbetonrichtlijn van de Oostenrijkse Vereniging voor Bouwtechnologie, die bekend is buiten de grenzen van Oostenrijk."

Een andere belangrijke bevinding van het project is ook de invloed van spuitbetontoepassingstechnologie. Eventuele open vragen en verbetermogelijkheden die hiermee samenhangen, worden in een nieuw onderzoeksproject onderzocht en de bijbehorende verbetersuggesties worden ontwikkeld.

Samenwerking van belangrijke spelers

Het wetenschappelijke consortium omvatte onderzoekers van de TU Graz Institutes of Applied Geosciences and of Technology and Testing of Construction Materials, het betonlaboratorium van OTH Regensburg en de werkgroep materiaaltechnologie van de universiteit van Innsbruck. De wetenschappers werden ondersteund door "Oostenrijks geconcentreerde industriële spuitbetoncompetentie, ' zegt Kusterle.