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Infrastrukturbauten

Wasserkraftwerk Matte in Bern, Schweiz

Wegweisende Sanierung


Holcim Leistungen

Beratung zu Eigenschaften und Anwendung von UHFB im Wasserbau

Auswahl des Holcim UHFB-Produktes

Lieferung des UHFB Holcim 710

Beratung zu Untergrundvorbereitung, Herstellung des Frisch-UHFB und Nachbehandlung

Beauftragung einer Verschleissprüfung

Baustoff für extreme Beanspruchungen

Das traditionsreiche Wasserkraftwerk Matte in Bern produzierte bereits erstmals 1891 Strom. Durch das Hochwasser im August 2005 wurde das Kraftwerk stark beschädigt. Nach der Instandsetzung musste der Eigentümer, die Energie Wasser Bern (ewb), 2015 auch zwei der insgesamt vier Schwellen sanieren. Über diese Schwellen fliesst bei hohem Pegelstand ein Teil des Wassers aus dem Kraftwerkkanal direkt in die Aare. Dieses Wasser aus Regenfällen oder Schneeschmelze führt aber auch sehr viel Geschiebe mit sich. Das Geschiebe, das aus feinen siltigen Sanden und grossen Gesteinsbrocken besteht, setzt den Schwellen des Kraftwerks Matte in Bern immer wieder stark zu und verursacht hohe Instandhaltungskosten. Die neue Schicht aus Ultrahochleistungs-Faserbeton (UHFB) an den Schwellen eliminiert einen bisherigen Schwachpunkt und schafft eine dauerhafte, fugenlose, duktile und sehr verschleissfeste Lösung.

Höchste Verschleissfestigkeiten gesucht

Üblicherweise wird die Sohle solch hoch beanspruchter Schwellen mit einem extrem verschleissfesten Material, wie z.B. Schmelzbasaltplatten, beschichtet. Schmelzbasalt weist in der höchsten Beanspruchungsgruppe I nach Norm SIA 252 einen sehr guten Widerstandswert auf. Und doch erlitten die Schwellen immer wieder Schäden. Wie im Forschungsprojekt zum Abrasionsverhalten im Wasserbau von der TFB bereits 2004 dokumentiert wurde, wirken kombinierte Angriffe aus Schlag- und Verschleissbeanspruchungen auf die Sohlen, die auch als Hydroabrasion zusammengefasst werden. Besonders die Stoss- und Schlagbelastungen des Geschiebes können an den mit Schmelzbasalplatten beschichteten Flächen gerade im Bereich der Fugen kleine Schäden verursachen, von denen ausgehend die Beschichtung dann zunehmend zerstört wird. Dieses Schadensbild konnte an den Mattenschwellen beobachtet werden.


Schwelle mit Schmelzbasaltplatten beschichtet


Einbau der neuen, fugenlosen Beschichtung aus UHFB


Auswahl des geeigneten Baustoffs

In Forschungsprojekten wurden neben Schmelzbasaltbeschichtungen verschiedene Betonbeschichtungen auf ihr Verhalten unter Hydroabrasion untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Biegezugfestigkeit und die aufzuwendende Bruchenergie wichtiger sind als die Druckfestigkeit. Dies war auch der Auslöser der Anfrage nach dem Holcim Ultrahochleistungs-Faserbeton (UHFB), der genau diese Eigenschaften aufweist. Wie üblich
bei der Verwendung des UHFB wurden vorab Materialeigenschaften und Parameter für die Planung und Ausführung diskutiert, um den Baustoff optimal anzuwenden und zu verarbeiten. Aufgrund der örtlichen Gegebenheiten wurde der UHFB Holcim 710 ausgewählt, da er auch die Ausbildung des gewünschten Gefälles zwischen zwei und sechs Prozent erlaubt.

Kombination mehrerer Vorteile

Obwohl die Ausführung nur bei Niedrigwasser in den für den Betonbau schwierigen Monaten Februar und März erfolgen konnte, gelang sie innerhalb kürzester Zeit und in hoher Qualität. Die Schwellen wurden jeweils eingehaust, um trotz Winterkälte Temperaturen um 15 Grad Celsius während Einbau und Erhärtung sicherzustellen. Vor dem Auftrag der UHFB-Schicht wurde der Untergrund ausreichend aufgeraut und mit
Wasser gesättigt, stehendes Wassers wurde beseitigt. Der Einbau des UHFB an beiden Schwellen wurde von Holcim begleitet.

Zudem wurden die vertikalen Wandanschlüsse mit Holcim 710 verfüllt, der hier ein ausreichendes Fliessverhalten aufweisen musste. Die zweite Schwelle mit sechs Prozent Gefälle erforderte eine erhöhte Steifigkeit des frischen UHFB. Die Ergebnisse der Baustellenüberwachuung entsprachen den erwarteten mechanischen Eigenschaften des Holcim 710 und belegten eindrücklich, dass UHFB neben einer hohen Druckfestigkeit von bis zu 190N/mm2 insbesondere durch eine sehr hohe Biegezugfestigkeit von über 45 N/mm2 überzeugt, die bei der Hydroabrasion vorteilhaft ist. Für die Anwendung des UHFB im Wasserbau wurde zudem eine klassische Verschleissprüfung in Auftrag gegeben.
Auch diese Prüfergebnisse zeigten eine Einstufung in die höchste Beanspruchungsgruppe I nach SIA 252 entsprechend der Verschleisswiderstandsklasse A6. Eine Beschichtung mit dem UHFB Holcim 710 bietet aus heutiger Sicht in der Kombination seiner Vorteile,
wie sehr hoher Duktilität, fugenlosem Einbau und sehr hohem Verschleisswiderstand, ausgezeichnete Voraussetzungen für eine Verwendung im Wasserbau mit dessen extremen Beanspruchungen.


Am Bau Beteiligte

Bauherr
Energie Wasser Bern (ewb)
Bauleitung
B+S AG, Bern
Bauunternehmung
Marti AG, Bern
Beratung
TFB AG, Wildegg
UHFB Holcim 710
Holcim (Schweiz) AG



Technische Daten zum Beton Holicm 710

Druckfestigkeit*
190-198 N/mm2
Biegzugfestigket*
46-49 N/mm2
Verschleisswiederstand nach Böhme
4,4 cm3/50 cm2
Gesteinskörnungen
Dmax <1 mm
Frischbetonrohrdichte
ca. 2'480 kg/m3
Beschichtigte Fläche
168 m2
Dicke der UHFB-Verschleissschicht
60 mm