Der Hoover Dam, ursprünglich als Boulder Dam bezeichnet, bildet noch heute die Talsperre für den mit knapp 70.000 Hektar größten Flächenstausee in den USA. Die 17 Turbinen liefern mehr als zwei Megawatt Strom vornehmlich für Kalifornien. Die Staumauer ist an ihrer Sohle 210 m breit und 221 m hoch. Die Dammkrone hat eine Breite von 14 m. Mehr als 2,6 Millionen Kubikmeter Beton verarbeiteten die Arbeiter für den Hoover Dam. Neben mehr als 40.000 Tonnen Stahl verwendeten sie erstmals Glasfasern für die Armierung für solch ein Großprojekt. Die Glasfaserbewehrung bot schon damals Vorzüge, die wir heute noch bei Beton mit Kunstfaserarmierung schätzen.
Geschichte der Erfindung der Glasfaserarmierung
Die Idee des faserverstärkten Betons reicht bis zum Beton des Römischen Imperiums, dem Opus caementicium, zurück. Vor allem das Problem von Schwindrissen sollte durch die Beigabe pflanzlicher Fasern oder durch Tierhaare gelöst werden. Noch bis in das 20. Jahrhundert verstärkten Baumeister Beton mit Naturfasern. Im Thüringer Wald des 18. Jahrhunderts kamen Glasbläser währenddessen auf die Idee, Glas zu feinen Fäden zu ziehen.
Diese wurden als Engels- oder Feenhaar bezeichnet und dienten lange Zeit ausschließlich als Verzierung. Erst in der Glasfabrik von Hermann Schuller in Haselbach wurden weitere Vorzüge der Glasfäden Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt. Die Forschung mit Glasfaserarmierung für Beton setzte zwar Anfang des 20. Jahrhunderts ein, doch erst ab den 1970ern intensivierten Forscher das Bestreben, Stahl und Stahlfasern durch Glasfaser- und andere Kunstfaserbewehrung zu ersetzen. Die Verwendung einer Glasfaserarmierung für den Hoover Damm stellt also eine echte Pionierleistung dar.
Warum wurde die Methode der Glasfaserarmierung beim Bau des Hoover Dam angewandt?
Die Entscheidung, Glasfasern als Armierung für den Hoover Dam zu nutzen, fiel den damaligen Ingenieuren sicher nicht leicht, fehlte doch jedwede Expertise zum Verhalten der neuartigen Bewehrung. Doch die Anforderungen an die Betonkonstruktion der Staumauer waren außergewöhnlich hoch. So konnte der Hoover Dam nicht „in einem Guss“ aus herkömmlichem Stahlbeton gegossen werden.
Der Beton hätte dann rund hundert Jahre nur zum Abbinden und Aushärten benötigt. Stattdessen gossen die Arbeiter circa 1,50 m große, trapezförmige Betonquader und setzten buchstäblich Quader auf Quader. Aber selbst bei diesen Betonquadern gab es noch Probleme. Durch das Abbinden und das steigende Gewicht mussten die Arbeiter den Beton kühlen. Dazu wurde ein für damalige Verhältnisse hochmodernes Wasserrohrsystem in die Staumauer integriert.
Grundlegende Vorteile der Glasfaserbewehrung beim Hoover Dam
Alleine aus diesen Fakten lässt sich ableiten, dass Stahl das Gewicht weiter erhöht hätte. Darüber hinaus besteht bei einer Stahlarmierung ein hohes latentes Korrosionsrisiko. Die Stahlarmierung muss vollständig von Beton umschlossen sein, es dürfen sich keine Lufteinschlüsse (Lunker) bilden. Andernfalls hätte der Stahl Kontakt zu Sauerstoff und würde korrodieren.
Für eine Staumauer verwendet hat der Beton zudem direkten Kontakt zu Wasser, was die Korrosion zusätzlich beschleunigt. Wie Sie vielleicht wissen, gibt es einen völlig wasserundurchlässigen Beton nicht. Dadurch würde das Korrosionsrisiko gerade bei einem Wasserdamm nochmals signifikant ansteigen. Mit Kunstfasern, im Fall des Hoover Dams Glasfasern als Armierung, neutralisierten die Architekten diese Problematik gänzlich.
Weitere Vorteile:
- Material- und Kostenersparnisse bei dennoch ausgezeichneter Stabilität
Daraus resultieren zahlreiche weitere Vorteile, die auch bei modernem Faserbeton Gültigkeit haben:
- eine außerordentlich geringe Schrumpfrissbildung
- besseres Kriechverhalten des Betons
- keine Korrosion
- etwaige Lufteinschlüsse können vernachlässigt werden
- dennoch hohe Zug- und Druckfestigkeit
- ausgezeichnetes Biegeverhalten
Selbst beim Transport und bei der Herstellung des Faserbetons stellen sich Vorteile ein. So ist der Transport der leichteren Glasfaserarmierung kostensparend und einfacher umzusetzen. Bei der Verarbeitung ist der Verschleiß der Maschinen deutlich geringer. Zudem ist erwähnenswert, dass Architekten auch die Betonmenge bei einer passenden Relation aus Stahl- und Glasfaserarmierung reduzierten und das Bauwerk dennoch nach wie vor seine benötigte statische Stabilität besitzt. Die Glasfaserarmierung zahlt sich also heute noch aus. Einzig die erhoffte Begrünung der Wüste erreichten sie nicht.
Moderne Glasfaser- und Kunstfaserarmierungen für Beton
Wichtig bei der Glasfaserarmierung sind heute mehrere Aspekte. Die Größe der Fasern ist entscheidend, zudem wird nach Mono- und Spleißfasern unterschieden. Nicht zu vergessen die Größe (Durchmesser) der Kunstfasern. Darüber hinaus kommen noch Verbundfasern zum Einsatz, die besonders ummantelt sind. So kann Faserbeton in jeder Form als Spritzbeton, in Form von Fertigbetonteilen und mit geringeren Wandstärken hergestellt werden. Selbst filigrane Bereiche (relativ dünn beispielsweise) erlangen umfassende Festigkeit. Zwar wurde die nennenswerte Entwicklung von Glasfaserarmierungen erst seit den 1970ern vorangetrieben. Dennoch besitzt der Hoover Dam Pionier- und Vorbildcharakter. Die damaligen Ingenieure und die Erkenntnisse aus den bald 100 Jahren Hoover Dam kamen voll und ganz modernem Faserbeton zugute.