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PI_1528_D Text & Hochaufgelöste Bilder
| Abb. 1528-2 Illustration des Hamburger Forschungszentrums DESY mit unterirdischem Elektronenbeschleuniger-Ring und Experimentierhalle PETRA III. |
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Das Ergebnis war eine ca. 280 m lange, 24 m breite und 1 m mächtige Bodenplatte, vermutlich die längste monolithische – also in einem Stück gefertigte – Betonsohle der Welt. Sie dient als Fundament für die neue Experimentierhalle, die zur Zeit für das PETRA III-Projekt beim Hamburger Forschungszentrum DESY gebaut wird. Die neue Halle ist Teil eines 2.300 m langen Ringtunnels, der in den 1970er Jahren gebaut und bisher u.a. als Speicherring für die Teilchenphysik diente. Seit Sommer 2007 wird der Beschleuniger umgebaut und soll im Jahr 2009 unter dem Namen PETRA III in Betrieb genommen werden. „Zum Glück lief alles wie am Schnürchen“, freut sich PETRA III-Projektleiter Prof. Edgar Weckert, "das war eine logistische Meisterleistung...!“ Generalunternehmer für die spektakuläre Baustelle ist die Ed.Züblin AG, Direktion Nord (Bereich Schlüsselfertigbau).
Flottenmix ist mitentscheidend für den Auftrag
Den Auftrag zum unterbrechungsfreien Fördern der über 6.600 m3 Beton erhielt der Pumpendienst betonlift (Hamburg) der neuland beton H.Burgis KG. Mit ausschlaggebend für den Zuschlag war offensichtlich die Zusammensetzung der Pumpenflotte, auf die betonlift zurückgreifen konnte: So befinden sich im Fahrzeugpool des Pumpendienstes u.a. fünf so genannte große Putzmeister „Hallenmeister“-Autobetonpumpen M 31-5. Diese Maschinen sind aufgrund ihrer Reichweite und besonders flexiblen Mastkinematik vor allem für Tunnel- und Halleneinsätze geeignet. Auch in der neuen, bogenförmigen Experimetierhalle boten sie die Gewähr, die gesamte 24 m breite Sohle vom entferntesten Punkt bis zum Fahrerhaus der Maschinen mit hängendem Endschlauch und ohne Standortwechsel zu betonieren. Da die Bewehrung nicht nur verdrahtet, sondern auch aufwändig verschweißt worden war und nicht durch Kupplungen beschädigt werden durfte, wurde von der Projektleitung die Verwendung horizontal verlegter Verlängerungsschläuche und -rohre ausdrücklich untersagt.
Von den fünf Putzmeister Autobetonpumpen des Typs BRF 31-5.16 H und BSF 31-5.16 H förderten zunächst vier, später sogar alle fünf Maschinen gleichzeitig den Beton in die Fundamentsohle. Die ersten Kubikmeter wurden bereits am Freitag Morgen gegen 5 Uhr eingebaut. Um die Betonkonsistenz nicht zu beeinflussen, erfolgte das Anpumpen ohne Zementschlempe. Dann arbeiteten sich die Betonpumpen mit ihren flexiblen, aus fünf Armsegmenten bestehenden, 31-Meter-Verteilermasten gleichmäßig von der Mitte der fast 300 m langen Bodenschalung aus zu den beiden äußeren Enden voran. Die fünfte Maschine setzte als „Staffelpumpe“ die Betonage fort, sobald eine der vier im Quartett arbeitenden „Hallenmeister“ ihren Schalungsabschnitt fertig betoniert hatten. Dadurch war es möglich, nach Beendigung eines Betonierfeldes, ohne die sonst zwangsläufige Unterbrechung (Einfalten des Mastes, Abbauen der Maschine, Wechseln zum nächsten Abschnitt) lückenlos mit der Betonage fortzufahren.
Bei jeder der insgesamt 850 Fahrmischer-Chargen prüften Spezialisten in einem eigens eingerichteten Labor die Betoneigenschaften, bevor die Freigabe für die Baustelle erfolgte. Alle relevanten Daten, wie Wasser-Zement-Wert, Betontemperatur und Konsistenz mussten exakt stimmen, um das riesige Betonfundament in einem Stück gießen zu können.
Betonbauexperten aus ganz Deutschland beobachteten den spektakulären Betonpumpeneinsatz mit großem Interesse. Auf ihre Empfehlung hin erfolgte die Herstellung der Betonplatte auf einer bereits vorbereiteten, 15 cm starken Unterbetonschicht in einem Stück. Im Bereich der Hallenaußenschale war eine aufwändige, bis in 20 m Tiefe reichende Pfahlgründung vorausgegangen.
In einem weiteren Schritt erfolgte der Einbau einer 0,5 m starken Lage aus bewehrtem Konstruktionsbeton. Diese erste Schicht wurde mit der zweiten, unmittelbar darauf folgenden und ebenfalls 0,5 m mächtigen Lage aus Stahlfaserbeton zu einem monolithischen Block regelrecht „vernadelt“. Beide Betone entsprachen der Festigkeitsklasse C30/37. Während in der Praxis mitunter ein Stahlfaseranteil im Beton von 20 bis 35 kg/m3 anzutreffen ist, lag bei der Bodenplatte von PETRA III der Stahlnadelanteil mit 75 kg/m3 mehr als doppelt so hoch (Faserbetonklasse 1,6). Grund war hier nicht die zu erwartende Flächenbelastung, sondern die Forderung nach hoher Zugfestigkeit und das Vermeiden von Rissen. Um bei dieser Stahlfaserdichte eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Nadeln zu erreichen, wurde bereits beim Beschicken der Fahrmischer im Betonwerk größten Wert auf eine gleichmäßige Dosierung der Fasern (40 kg/m3 à 32 mm und 35 kg/m3 à 50 mm Länge) gelegt. Auch war vor Übergabe an die Betonpumpen eine verlängerte Mischzeit vorgegeben. Den Beton lieferte Holcim aus vier Mischwerken (Hamburg-Harburg, Hamburg Hafen-City, Eidelstedt und Appen). Die Fahrzeiten der Betonmischer lagen zwischen 10 und 30 Minuten.
Extremer Stahlfaseranteil verändert die Betonfließfähigkeit
Trotz des relativ hohen Anteils an Zement (340 kg/m3) und Füller (112 kg/m3) sowie der eigentlich weichen Konsistenz (F3 bzw. F4), verhinderte die ungewöhnliche große Bindigkeit des hohen Stahlfaseranteils, dass der Beton vom Fahrmischer „fließend“ in den Pumpentrichter übergeben wurde. Stattdessen rutschte das Material eher pfropfenförmig von der Schurre, allerdings homogen gemischt und ohne Nadelnester. Natürlich wirkte sich dies auch auf das Ansaugverhalten der Betonpumpen aus. Dennoch erreichten die Maschinen beim Betonieren der beiden Lagen eine durchschnittliche Fördermenge von jeweils 30 bis 40 m3/h. Vorausgegangen waren in den Wochen zuvor mehrere Pumpversuche, bei denen das ideale Ausbreitmaß bei möglichst geringem W/Z-Wert und noch gerade vertretbarer „Pumpwilligkeit“ ermittelt worden war.
Nach Abschluss der Betonage kamen die Eigenschaften der Bitumengleitschicht voll zum Tragen: Denn die beim Abbinden der Betonplatte ansteigende Temperatur, erhöhte die Fließfähigkeit des Bitumens, das wie ein Schmierfilm wirkte. Nach dem vollständigen Auskühlen des Betons – etwa 40 Tage nach dem Einbau – hatte die Bitumenschicht ihre Funktion erfüllt und die Platte lag ruhig wie ein monolithischer Block. Abschließend wurde die Oberfläche noch mit einer Epoxydharz-Schicht versiegelt.
Dicke Platte entscheidet über Erfolg von PETRA III
PETRA III liefert kurzwelliges Röntgenlicht besonders hoher Brillanz und bietet exzellente Experimentiermöglichkeiten für ganz unterschiedliche Anwendungen – von der Medizin bis zur Materialforschung. Geplant sind 14 Messplätze mit bis zu 30 Instrumenten.
Im PETRA-Speicherring fliegen Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch Spezialmagnete (Undulatoren) und senden dadurch besonders brillante Röntgenstrahlen aus. Damit der Lichtstrahl ungestört die hochempfindlichen Experimente erreichen kann, muss der Hallenboden frei von Erschütterungen und vom Rest des Bauwerks möglichst gut entkoppelt sein. Diese Anforderungen erfüllt nur eine dicke, in einem einzigen Stück geschüttete, Betonplatte. „Läuft ein Experimentator auf der Platte entlang, darf sie sich in zwei Metern Entfernung nur um einen einzigen Mikrometer (tausendstel Millimeter) bewegen“, erklärt Dr. Hermann Franz, Projektleiter für die PETRA III-Experimente. Außerdem darf die Platte auf zehn Meter Länge nur eine Unebenheit von höchstens vier Millimetern aufweisen. Die in Fachkreisen als „weltbeste Speicherring-Röntgenstrahlungsquelle“ bezeichnete PETRA III wird voraussichtlich 2009 in Betrieb genommen.
Betonage vom Pumpendienst akribisch vorbereitet
Auch bei betonlift verlangte dieser spektakuläre Pumpeinsatz einigen organisatorischen und personellen Aufwand. So waren zeitweise bis zu 30 Mann Personal in die Vorbereitungen eingebunden. Während der Betonage standen eigene Container zur Verpflegung und zum Aufwärmen der betonlift-Mitarbeiter ebenso bereit, wie eine komplett ausgestattete Werkstatt für die Fahrzeuge (inkl. Putzmeister Hydraulikaggregat für den Notbetrieb, Ölbindemittel im Fall einer Leckage, Ersatzrüttler für die Betonpumpen, Reserveräder, etc.). Zum Auftanken der Maschinen stand dem Pumpendienst eine kleine mobile Tankstation zur Verfügung. Die insgesamt sechs Maschinisten arbeiteten im Schichtbetrieb und wurden während der Ruhezeiten per Shuttleservice in ein nahe gelegenes Hotel gebracht.
Wie in der Vergangenheit bei ähnlich umfangreichen Projekten, wurde auch die Betonage bei DESY von den beiden betonlift-Prokuristen Jürgen Bitsch (technische Leitung) und Franz Syrowatka (kaufmännische Leitung) akquiriert und die Vorbereitungen akribisch bis ins Detail geplant. Gewohnt routiniert und ohne jeden Ausfall verlief der Einbau der 6.600 m3 Beton.
Verteilermast:
Faltungsart 5-Arm Multi-Roll-Z-Falltung (MZR)
Reichhöhe 30,5 m
Reichweite 26,6 m (brutto)
Reichtiefe 20,4 m
Ausfalthöhe 5,7 m
Länge des Endschlauchs 4,0 m
Ø der Mast-Förderleitung 125 mm (zugelassen bis 85 bar)
Schwenkbereich 365°
Abstützbreite (im normal Betrieb) 6,3 m vorn, 6,3 m hinten
Abstützbreite (im OSS-Betrieb) 4,6 m vorn, 4,9 m hinten
Mögliche Pumpaggregate: 16 HLS 16 H 14H
Fördermenge 160 m3/h 160/108* m3/h 140/88* m3/h
Betondruck 85 bar 85/130* bar 70/112* bar
Förderzylinder-Durchmesser 250 mm 230 mm 230 mm
Förderkolben-Hub 2.100 mm 2.100 mm 2.100 mm
Hübe/min. 26 31/21* 27/17*
Wahlweise können die Kernpumpen mit S- oder C-Rohrweiche kombiniert werden.
* Angaben für stangen- / bodenseitige Beaufschlagung. Maximale Fördermenge und maximale Förderdrücke sind nicht gleichzeitig möglich. Alle Daten sind max. theoretische Werte.
