Im ressourcenintensiven Bauwesen könnten Aspekte wie Korrosionsschutz und Monitoring für mehr Langlebigkeit von Bauwerken beitragen – Ein Einblick in ausgewählte Forschungsprojekte an der HTWK Leipzig
Bauwerke wie Brücken oder Gebäude werden meist für eine Lebensdauer von etwa 80 bis 100 Jahren geplant. Durch laufende, einfache Sichtprüfungen werden offensichtliche Mängel erkannt und schließlich beseitigt. In größeren Abschnitten fallen umfänglichere Instandhaltungsmaßnahmen an, wenn zum Beispiel der Fahrbahnbelag einer Straße erneuert werden muss. Die Lebensdauer kann aber auch verlängert werden, wenn von vornherein hochwertiges Material verbaut wird, die Belastung der vorgesehenen Nutzung entspricht und die Wartung verbessert wird.
Korrosionsschutz gegen Risse
Risse können die Lebensdauer von Bauwerken deutlich verkürzen. Durch sie können Wasser und Schadstoffe eindringen, wodurch die Stahlbewehrung im Inneren korrodieren kann. Reparaturen sind aufwendig und teuer. Besonders kritisch ist das bei Bodenplatten aus Beton, die direkt auf dem Baugrund liegen: Beim Aushärten und Abkühlen verkürzt sich der Beton. Weil diese Verformung durch die Reibung am Untergrund behindert wird, entstehen Spannungen im Bauteil, die häufig zu Rissen führen. Um diese Spannungen aufzunehmen, wird in der Praxis meist mehr Bewehrungsstahl eingebaut als für die Tragfähigkeit erforderlich wäre.
Im vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt „SlideTex“ entwickeln Forschende der HTWK Leipzig mit Partnern eine textile Gleitschicht, die genau hier ansetzt. Sie wird zwischen Baugrund und Betonbodenplatte verlegt und reduziert die Reibung deutlich. Dadurch kann sich die Bodenplatte freier verformen, Spannungen werden verringert und die Rissbildung gemindert. Ein weiterer Vorteil: Durch die geringeren Spannungen kann auch der benötigte Bewehrungsstahl reduziert werden. Das spart Material, senkt Kosten und verringert Treibhausgas-Emissionen. Aktuell testen die Forschenden das System bis zum Sommer 2026 an großformatigen Bodenplatten unter realen Bedingungen. „So wollen wir das Verhalten in einem echten Bauumfeld untersuchen“, sagt Florian Junker vom Institut für Betonbau (IfB) der HTWK Leipzig. Klappt das gut, wären sie der breiten Anwendung einen Schritt näher. Weitere Forschung ist jedoch nötig, insbesondere zur Langzeitstabilität und Recyclingfähigkeit der textilen Materialien.
Kontinuierliche Überwachung
Durch eine gezielte Überwachung von Bauteilen lassen sich Schäden frühzeitig erkennen und anschließend reparieren. Nach diesem Credo entwickeln Forschende am IfB im Projekt „pHalcon“ derzeit ein minimalinvasives Messsystem zur Untersuchung der Korrosionsanfälligkeit von Betonbewehrungen. Dabei messen sie den pH-Wert, den Chloridgehalt, die Temperatur und die Feuchtigkeit. „Über diesen Korrosionsindikator können wir abschätzen, ob die nicht sichtbare, innenliegende Bewehrung korrodiert und ob Instandhaltungsmaßnahmen notwendig sind, damit Bauwerke über einen möglichst langen Zeitraum nutzbar bleiben“, erklärt Dr. Martin Weisbrich. Er leitet die Forschungsgruppe „Sensorik und Monitoring“, die ganzheitliche Lösungen zur Zustandsüberwachung von Bauwerken, Bauteilen und Baustoffen entwickelt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Messproblemen bei zementgebundenen Materialien. Durch geeignetes Monitoring lassen sich bereits kleinste Mängel frühzeitig erkennen, sodass die Wartung bedarfsabhängig statt in festgelegten Zyklen erfolgt.
Auf eine frühzeitig beginnende und bedarfsgerechte Instandhaltung setzt auch die Forschung von Volker Slowik, Professor für Baumechanik an der HTWK Leipzig. Im vom Bundesverkehrsministerium geförderten Projekt „smart_tendon“ befassten er und sein Team sich mit Spannbetonbrücken, insbesondere damit, wie deren Nutzungsdauer verlängert werden kann. Bei Spannbetonbrücken wird der Beton mittels zugbelasteter Spannglieder aus Stahl Druckkräften ausgesetzt, was rissarme Brückenbauteile ermöglicht. Um die Sicherheit von Spannbeton-Konstruktionen zu gewährleisten, werden sie durch regelmäßige visuelle Inspektionen und unter Nutzung von Messtechnik überwacht. Wenn wie im Projekt ortsauflösende Dehnungssensoren an den Spanngliedern angebracht würden, könnten Daten zum Zustand der Spannbetonbrücken über deren gesamte Nutzungsdauer erfasst werden. „So können eventuell auftretende Bauwerksschäden frühzeitig erkannt und Erhaltungsmaßnahmen effizienter geplant werden, was eine Verlängerung der Nutzungsdauer von Brücken ermöglicht“, so Slowik.
Lebensdauer komplexer Baustrukturen verlängern
Mit Konzepten des Structural Health Monitorings wollen die Forschenden vom Institut für Statik, Strukturdynamik, Systemidentifikation und Simulation (I4S) unter Leitung von Armin Lenzen, Professor für Baumechanik an der HTWK Leipzig, die Lebensdauer komplexer Baustrukturen verlängern. Im Schwerpunktprogramm „Hundert Plus“, das seit 2017 bereits in der zweiten Phase von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurde, entwickelte er mit seinem Team eine Methode zur automatischen Erkennung von Strukturveränderungen und Schadensfrüherkennung an Bauwerken und Anlagen. Die Messmethode bildet automatisiert und auf Basis von gemessenen Daten digitale Modelle. Mit diesen und Sensoren an den Bauwerken sind lokale als auch globale und vor allem kontinuierliche Überwachungen von Gebäuden und Brücken möglich. Bewegen sich Messwerte in kritische Bereiche, kann gezielt vor Ort geprüft werden, ob tatsächlich ein Schaden vorliegt und welche Maßnahmen notwendig sind. Die entwickelte Methode wurde an zwei Großobjekten erfolgreich geprüft. Insbesondere auch bei einer etwa 400 Meter langen Brücke im Betriebszustand, hier konnten die Forschenden eindeutig Strukturänderungen lokalisieren. Die so gewonnen Erkenntnisse könnten folglich helfen, den Zustand von Brücken nicht nur besser zu analysieren und deren Lebensdauer vorherzusagen, sondern auch, um Wartungs- und Sanierungsmaßnahmen gezielter und bedarfsgerechter zu planen.
Hinweis: Dieser Beitrag erschien zuerst im Forschungsmagazin Einblicke 2026.
