Hintergrund
Tunnelbau erfordert enorme Mengen an Stahlbeton. Besonders die Herstellung der Tübbinge – den vorgefertigten Betonelementen, aus denen die Tunnelröhre zusammengesetzt wird – ist ressourcenintensiv. Die Hauptbestandteile sind Zement, Stahl und natürliche Gesteinskörnungen wie Kies und Sand. Diese Materialien verursachen hohe CO2-Emissionen und benötigen große Mengen an Primärrohstoffen.
Gleichzeitig entstehen beim maschinellen Tunnelgraben große Mengen Aushub, in Form von Gestein und Bodenmaterial. Dieser wird oft deponiert, anstatt wieder verwertet zu werden Ein nachhaltiger Ansatz im Tunnelbau muss daher zwei Aspekte kombinieren: eine CO2-reduzierte Betontechnologie und eine effiziente Verwertung des Aushubmaterials.
Ziel
Im Forschungsprojekt RTTS entwickelt das Projektteam eine innovative Tübbing-Fertigungstechnologie, die Materialeinsparung, Recycling und Tragfähigkeit optimal kombiniert. Die Forschenden reduzieren den Zementanteil im Beton durch alternative Bindemittel, wie etwa kalkreiche Aktivstoffe, Hüttensande und puzzolanische Stoffe, um eine vergleichbare Festigkeit und Dauerhaftigkeit des Materials zu erreichen.
Zusätzlich integrieren sie rezyklierte Gesteinskörnungen in den Beton, um den Einsatz von Primärrohstoffen zu reduzieren. Um den CO2-Verbrauch des gesamten Tunneltragsystems zu optimieren, wird das Team auch den Einfluss des Ringspalts auf das Tragverhalten untersuchen. Einerseits wird das Kontaktverhalten Tübbing-Gebirge abgebildet und andererseits die Vorentspannung und der Stützdruck auf die Bodenspannungen vor der Verfüllung und der Erhärtung der Ringspaltmasse berücksichtigt.
Vorgehen
Das Projektteam führt zunächst umfangreiche Materialanalysen durch. Unterschiedliche Mischungen alternativer Bindemittel und rezyklierter Zuschlagstoffe testen die Forschenden im Labor auf Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Verarbeitbarkeit. Ergänzend simulieren digitale Modelle das Tragverhalten der optimierten Tübbinge unter realen Lastbedingungen. Dabei werden verschiedene Belastungsszenarien analysiert, darunter Axialdruck, Biegung und Scherkräfte, die im Tunnelbau auftreten.
Die vielversprechendsten Betonzusammensetzungen gehen in großmaßstäbliche Tests über: In einem Pilotprojekt fertigt das Team Tübbinge mit reduzierter Zement- und Stahlmenge, die in einer realitätsnahen Versuchseinrichtung mechanisch und klimatisch beansprucht werden. So wollen die Forschenden eine praxistaugliche Bauweise entwickeln, die Tunnelbeton nachhaltiger macht, ohne an Funktionalität einzubüßen.
