ERESCON – Entwicklung energie- und resourcenoptimierter Betone für den Infrastrukturbereich

Initiative Verkehrsinfrastrukturforschung – Ausschreibung 2012

Motivation ÖBB Infrastruktur AG

Mobilität ist ein grundlegendes Bedürfnis unserer Gesellschaft. Dies gilt sowohl für die Mobilität von Personen als auch für die Mobilität von Gütern. Die Voraussetzung für eine attraktive Mobilität in Österreich schafft dazu unter anderem die ÖBB-Infrastruktur AG. Diese plant, baut und betreibt eine kundenorientierte, zuverlässige und leistbare Bahn-Infrastruktur und sorgt damit für Pünktlichkeit, Sicherheit sowie Sauberkeit. Damit wollen wir möglichst viele Menschen für das Verkehrsmittel Bahn begeistern.

Fokus Kunde; hohe Zufriedenheit

Und das schaffen wir auch. Die Österreicherinnen und Österreicher fahren durchschnittlich 1.425 Kilometer pro Jahr mit der Bahn. Das ist um 50 Prozent mehr als im EU-Schnitt. Und um dieses hohe Niveau nicht nur zu halten sondern weiter anzuheben, haben wir 3 große Maßnahmenpakete auf den Weg geschickt. Wir wollen mittels eines umfangreichen Produktivitätsprogramms das System Schiene nachhaltig konkurrenzfähig machen. Wir wollen unsere Kundinnen und Kunden mit dem Weiterverfolgen der Bahnhofsoffensive, mit modernsten Informationssystemen, mit integriertem Taktfahrplan und weiter optimierter Pünktlichkeit begeistern. Und wir wollen unsere ÖBB-Infrastruktur fit für die Zukunft machen.

Hohe Anlagenverfügbarkeit als Aufgabe und Ziel; kommt dem Kunden zu Gute

Diese Maßnahmen kommen bei den Kundinnen und Kunden auch an. Fahrgastbefragungen und Marktforschungen zeigen, die Zufriedenheit unserer Kundinnen und Kunden wächst kontinuierlich. Und sie haben auch hohe Folgewirkung nicht nur auf die Sicherstellung einer hohen Verfügbarkeit der Anlagen der ÖBB-Infrastruktur sondern auch auf eine immer weiter gehende Optimierung dieser.

FuE ist wichtiger Faktor und Garant für die hohe Anlagenverfügbarkeit

Diese Erfolgsgeschichte ist unter anderem maßgeblich geprägt durch Technologie und Innovation. Die technologische Weiterentwicklung diente und dient der Erhöhung der Sicherheit, Effizienz und Attraktivität der Bahn. Die ÖBB spielen eine wichtige Rolle in der Weiterentwicklung der Bahnsysteme und sind diesbezüglich bedeutende Impulsgeber für Innovation, Forschung & Entwicklung im Bahn-, Transport- und Logistikbereich.

Die ÖBB-Infrastruktur AG und insbesondere das Ressort Anlagenbereitstellung haben das Potential und die Chance, auch mit gezielter Forschung und Innovation zu einer nachhaltigen Mobilität beizutragen. Und zwar systemübergreifend in allen Disziplinen wie z.B. Umwelt und Energie, Rad und Schiene, Fahrweg, Ingenieurbau und Sicherheit.

Damit sind wir als Unternehmen nicht nur vorbereitet und fit für die Zukunft aufgestellt. Forschung und Entwicklung und die daraus resultierenden Innovationen leisten auch einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion der Lebenszykluskosten der Infrastruktur unter Einbeziehung aller Aspekte wie Planung und Errichtung, Betrieb und Entsorgung aber auch Nachhaltigkeit und Emissionskosten.

Motivation ASFINAG

Mobilität ist ein Grundbedürfnis unserer Gesellschaft und mitunter die Basis für wirtschaftliches Handeln und Interaktion. Die Bereitstellung der dafür notwendigen Infrastrukturen ist demnach wesentlich für die Entwicklung von attraktiven Standorten und unterstützt wirtschaftlichen Erfolg und Wohlstand. D

Die ASFINAG, als einer der führenden Infrastrukturbetreiber Österreichs, ist ein kundenfinanziertes und wirtschaftlich agierendes Unternehmen. Wir bieten unseren Kunden ein verkehrssicher ausgebautes und gut serviciertes Netz an Autobahnen und Schnellstraßen mit hoher Verfügbarkeit und benutzerfreundliche Mautsysteme. Wir arbeiten im Einklang mit unserer wirtschaftlichen, ökologischen und gesellschaftlichen Verantwortung und stärken den Wirtschaftsstandort Österreich.

Die ASFINAG ist einer der größten Infrastrukturanbieter Österreichs und baut, betreibt und bemautet 2.200 Kilometer Autobahnen und Schnellstraßen. Mehr als 2.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sorgen für hohe Verkehrssicherheit, maßgeschneiderte Verkehrsinfos und gut ausgebaute und bestens servicierte Straßen – und das rund um die Uhr. Dafür investiert die ASFINAG jährlich rund eine Milliarde Euro und ist damit ein verlässlicher Partner, nicht nur für ihre Kundinnen und Kunden, sondern auch für den Wirtschaftsstandort Österreich. Dabei wirtschaftet die ASFINAG ausschließlich mit den Einnahmen aus Maut und Vignette und erhält keine Mittel aus dem Staatsbudget.Als eines der führenden österreichischen Infrastrukturunternehmen fühlen wir uns als ASFINAG besonders verpflichtet, im Interesse und zum Nutzen der Gesellschaft zu agieren.

Es ist uns bewusst, dass unsere Tätigkeit als Bauherr und Infrastrukturbetreiber vielfältige Auswirkungen auf Mensch und Umwelt hat. Daher haben wir es uns auch klar zum Ziel gesetzt in Einklang mit unserer wirtschaftlichen, ökologischen und gesellschaftlichen Verantwortung zu arbeiten. Im Zentrum steht die Frage: „Wie können wir auf unseren Straßen mehr Menschen und Güter rascher, sicherer und mit geringerem Ressourcenverbrauch bewegen – und was kann die ASFINAG dazu am besten beitragen?“

Ein wesentlicher Beitrag hierfür ist unserem Verständnis nach der Einsatz neuer Technologien und Innovationen im Sinne einer stetigen Weiterentwicklung in den unterschiedlichen Bereichen unseres Aufgabenspektrums. Denn, für eine nachhaltige Mobilität sind neue Ideen und innovative Ansätze gefragt.

Die ASFINAG bekennt sich daher zu Forschung und Entwicklung (F&E) mit dem Ziel, abgeschlossene Projekte in die operative Tätigkeit beziehungsweise in Regelwerke zu überführen. Die Initiative Verkehrsinfrastrukturforschung liefert hierbei als eines unserer F&E Instrumente einen wesentlichen Beitrag.

Initiative Verkehrsinfrastrukturforschung

Gemeinsam mit dem Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie haben wir, ASFINAG und  die ÖBB-Infrastruktur AG, im Jahr 2011 die Initiative zur Verkehrsinfrastrukturforschung ins Leben gerufen. Damit wurde gänzliches Neuland betreten, denn zuvor gab es keine gemeinsamen Forschungsanstrengungen im intermodalen Bereich des Verkehrssektors. Das gemeinsame Ziel dabei ist, mittels innovativer Bautechnologien und Konzepte in Zukunft die Verfügbarkeit und Sicherheit der Infrastruktur zu erhöhen, sowie die Investitions-, Erhaltungs- und Energiekosten zu senken. Die mit mittlerweile 5 Ausschreibungen adressierten Themenschwerpunkte

  • Umwelt, Energie & Rohstoffe – Grand Challenges und Nachhaltigkeit: Umweltverträglichkeit, Anpassungsstrategien Klimawandel, schonender Umgang mit Energie, Ressourcensicherheit;
  • Konstruktion & Betrieb – Basisfunktionalität // Infrastruktur der Zukunft: Verfügbarkeit, Qualität & Design, Lebenszyklusbetrachtung, Anlagenmanagement, Digitalisierung von Konstruktion, Monitoring und Betrieb;
  • Sicherheit – Verkehrssicherheit // gesellschaftliche Ziele: Vermeidung von Unfällen, Komplexität reduzieren, selbsterklärendes Design;
  • Mobilität & Verkehrstelematik IST – Zukunftstechnologien // Steigerung Komfort: Stauvermeidung, präzise Steuerung und Information, zunehmende Vernetzung und Automatisierung, Konvergenz der Systeme;

sind offen genug, um sowohl allgemeine Verkehrsinfrastruktur-Herausforderungen unserer Zeit als auch spezifisch eisenbahnrelevante Forschungs-Fragestellungen zu erörtern.

ERESCON – Ein Leuchtturmprojekt stellvertretend für viele Weitere

Die im Rahmen des Projektes „ERESCON – Entwicklung energie- und ressourcenoptimierter Betone für den Infrastrukturbereich“ untersuchten Tragwerksbetone mit alternativen Eco- und Mikrofüllern sowie speziell aufbereiteten hydraulisch wirksamen Zusatzstoffen (AHWZ) konnten im Vergleich zu klassischen Betonzusammensetzung eine Reduktion des Global Warming Potentials (GWP) um bis zu -30% und des Einsatzes an Primärenergie um bis zu -15% erzielen.

Die Qualität der ECO-Betone hinsichtlich Festigkeit und Widerstandsfähigkeit konnte ebenfalls nachgewiesen werden, jedoch kommt es zu längeren Abbinde- und Erhärtungszeiten. Wirtschaftlich sind aktuell ebenfalls noch Nachteile zu verzeichnen. Die Projektergebnisse wurden von den Partnern gemeinsam  im Expertenkreis der Österreichischen Bautechnik Vereinigung eingebracht und weiterverfolgt. 

Problem

In Zeiten des Klimawandels kann der für Infrastrukturbauwerke meist verwendete Baustoff - nämlich Normalbeton - einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion der anthropogen verursachten CO2- Emissionen und des Primärenergiebedarfs leisten, indem er umweltfreundlicher und gleichzeitig funktional und dauerhaft gemacht wird. Zu beachten sind hierbei auch Sonderanforderungen an den Beton wie beispielsweise die Frost-Taubelastungen durch Salzstreuung im Straßenwinterdienst.

Gewählte Methodik

Ein Kernpunkt der angewandten Methodik zur Erreichung beider Ziele – des Klimaschutzes und der Robustheit - ist die Erhöhung der Packungsdichte der granularen Ausgangsstoffe (speziell der Feinststoffe < 125 μm Korndurchmesser) und die Senkung ihres Wasserbedarfsdurch Mikrofüller. Dadurch kann Portlandzementklinker im Beton, der hauptverantwortlich für die CO2-Emissionen ist, teilweise durch sog. „Eco-Füller“ (Stoffe mit geringerer Umweltwirkung) und Mikrofüller ersetzt bzw. ergänzt werden.

Ergebnisse

Es wurden die massenmäßig in Österreich sehr stark eingesetzten Betonsorten für Tragwerke („B5“) und für Tunnelinnenschalen („IXAT“) bzw. Weiße Wannen Beton als „Eco-Betone“ entwickelt. Ein Nachweis der gleichwertigen Leistungsfähigkeit der Eco-Betone (nach dem Equivalent Concrete Performance Concept ECPC) mit Beton nach bisherigen Normen und Richtlinien trotz veränderter Rezepturkennwerte bei verringerten Umweltwirkungen konnte prinzipiell erbracht werden.

Schlussfolgerungen & Ausblick

Erforderliche zukünftige Schritte, um die im Labor gewonnenen Ergebnisse in die Baupraxis umzusetzen, sind (a) die Durchführung wissenschaftlich begleiteter Pilotprojekte, (b) die Ausarbeitung einer Richtlinie für „Ökobeton für die Infrastruktur“ sowie (c) die Weiterentwicklung der Methoden zur Prüfung der performance umweltfreundlicher, dauerhafter Betone

Projekthighlights

Mit dem Forschungsprojekt „ERESCON“ (Energy and Ressource Efficient Concrete for Infrastructure) wurde ein Beitrag zum Klimaschutz und zur nachhaltigen Entwicklung geleistet, indem der an sich bewährte und dauerhafte Baustoff Beton noch umweltfreundlicher gemacht wurde.

Mit Hilfe der entwickelten innovativen Betontechnologie kann die Zusammensetzung von Beton für Infrastrukturbauwerke grundlegend verbessert werden, sodass CO2-Emissionen (bzw. das Global Warming Potentials GWP) und der Primärenergiebedarf gesenkt werden.

Kernpunkte der innovativen Betontechnologie sind die Bewertung der Umweltwirkungen und der Wirtschaftlichkeit der Ausgangsstoffe sowie Rezepturen, die Erhöhung der Packungsdichte der granularen Ausgangsstoffe und Senkung ihres Wasserbedarfs, eine optimierte Zusammensetzung des Gemisches aus Gesteinskörnungen, Bindemitteln und Zusatzstoffen (Mikro- und „Eco-Füller“) und der Nachweis gleichwertiger Leistungsfähigkeit der neu entwickelten Eco- Betone mit normalem Standard-Beton.

Die Funktionalität des Baustoffs „Eco-Beton“ konnte in Hinblick auf Verarbeitbarkeit, Festigkeit und Dauerhaftigkeit durch zahlreiche Untersuchungen und Tests nachgewiesen werden.

Forschung Bauingenieurswesen TU Wien

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