In einem Forschungsprojekt wird derzeit untersucht, welche Auswirkungen das Early-Age-Movement auf die mechanischen Eigenschaften von Beton hat, wenn dieser bei der Installation von Offshore-Tragstrukturen vergossen wird.
Wind und Wellen beeinflussen die Installationsphase von Offshore-Anlagen.
Siemens AG
Während für Onshore-Anlagen die Windeinwirkungen neben den ständigen Lasten die größte Einwirkung darstellen, kommt für Offshore-Anlagen die hydrodynamische Anregung durch Seeströmungen und Wellen hinzu. Beschrieben wird dies im Abschnitt "Standsicherheitsnachweise" des Kapitels "Turmartige Bauwerke und Anlagen" im Springer-Fachbuch "Dynamik der Baukonstruktionen".
Auswirkungen haben derartige Einwirkungen der Natur jedoch nicht nur auf den Betrieb von Offshore-Tragstrukturen, sondern vor allem auch während der Installationsphase – nämlich dann, wenn die Tragstruktur mit den in den Meeresboden gerammten Gründungspfählen verbunden wird. "Betontechnologisch sind für Meeresbauwerke neben der 'klassischen' Stahlbetonbauweise mit Hochleistungsbeton vergossene Stahlrohrverbindungen, sogenannte Grouted Joints, von besonderer Relevanz", heißt es dazu im Kapitel "Hochleistungsbetone für Offshore-Windenergie-Anlagen" des Springer-Fachbuchs "Baustoff und Konstruktion". Und für die Herstellung dieser Grouted Joints werden die stählernen Tragstrukturkomponenten "pile" und "sleeve" mit unterschiedlichem Rohrdurchmesser ineinander geführt. Der sich dabei ergebene Spalt wird mit Hochleistungsmörtel beziehungsweise -beton ausgegossen, heißt es in dem Kapitel weiter.
Der Wellengang und das Aushärten des Grout-Materials
Doch genau dieser Zeitpunkt des Ausgießens wird zur kritischen Phase, da das Grout-Material bis zu 24 Stunden benötigt, um auszuhärten. Allerdings kann der in dieser Zeit stattfindende Prozess der Steifigkeits- und Festigkeitsbildung durch Wellenbewegungen gestört und dauerhaft beeinträchtigt werden.
Wir stark und mit welchen Auswirkungen die Eigenschaften des Betons genau durch den Wellenfluss beeinträchtigt werden, untersuchen derzeit ForWind-Wissenschaftler der Leibniz Universität Hannover (LUH) im Rahmen des Forschungsprojekts GREAM (Quantifizierung der Einflüsse aus Early-Age-Movement auf das Tragverhalten von Grout-Verbindungen zur Optimierung von Design und Installation von Windenergieanlagen und Plattformen). "Das Verhalten des Betons ist für Industrie, Zertifizierer und Planungsstellen von großer Bedeutung", erklärt Dipl.-Ing. Dario Cotardo vom Institut für Baustoffe der LUH, das den Antrag gemeinsam mit dem Institut für Stahlbau und dem Testzentrum Tragstrukturen Hannover gestellt hat. An dem Projekt sind zudem noch Projektpartner aus der Industrie sowie die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) beteiligt.
Wirtschaftlicherer Einsatz der Installationsschiffe
Denn je klarer werde, welche Auswirkungen die Wellenbewegungen in dieser frühen Phase, das sogenannte Early-Age-Movement, auf die mechanischen Eigenschaften des Betons habe, desto wirtschaftlicher und koordinierter könne der Bau der Gründungsstrukturen ablaufen. wirtschaftlicher geplant und besser koordiniert werden. Derzeit sei es noch so, erklärt Cotardo, dass die Installationsschiffe nur bei "gutem" Wetter hinausfahren würden. Wenn sich bei den Untersuchungen jedoch herausstellen sollte, dass der Beton in der Aushärtungsphase auch stärkeren Wellenbewegungen als bislang angenommen standhalte, könnte die Installationsphase gegebenenfalls um einige Wochen bis Monate verlängert werden – in Frühjahr und Herbst hinein, Zeiten, in denen die Stürme stärker sind. Somit könnten die extrem teuren Spezialschiffe wesentlich wirtschaftlicher eingesetzt werden. Und auch für die Vorhersage der Lebensdauer der Tragstrukturen sei das Wissen über die Eigenschaften des Betons von großer Bedeutung.