2002 in Potsdam

Die Betonkanuregatta 2002

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Keuser; Dipl.-Ing. Andrea Kustermann; Dipl.-Ing. Christian Bludau

Kann Beton schwimmen?

Unmöglich lautet in der Regel die Antwort. Bei einem spezifischen Gewicht von 2350kg/m3 für Normalbeton ist es tatsächlich schwer vorstellbar, dass dieses Kunststück gelingen kann. Andererseits ist Stahl bekanntermaßen deutlich schwerer als Beton und Schiffe aus Stahl schwimmen auf allen Weltmeeren. Deshalb sollte eigentlich auch ein Schiff oder Boot aus Beton schwimmen können, die Konstruktion muss nur genug Auftrieb erzeugen und schwimm-stabil sein. Sofern dies gegeben ist, können nicht nur Kanus, sondern auch Segelyachten und sogar hochseetaugliche Frachtschiffe aus Beton gebaut werden. Die Idee mit Betonkanus Wettbewerbe auszutragen, entstand in den 50er Jahren in den Niederlanden. Während seiner Zeit an der TU Darmstadt initiierte Prof.-Dr. Walraven aus Delft die erste Betonkanuregatta in Deutschland. Der Erfolg war so groß, dass der Verein Deutscher Zementwerke (VdZ) hieraus eine feste Einrichtung machte und im Abstand von zwei Jahren eine Betonkanuregatta ausschreibt. Die diesjährige 9. Deutsche Betonkanu-Regatta fand am 14. und 15. Juni 2002 in Potsdam statt. Sie wurde auf einem Nebenarm der Havel, der Alten Fahrt ausgetragen. An dem Rennen beteiligten sich 750 Studenten von 38 Universitäten, Fachhochschulen und Fachschulen aus der Bundesrepublik, der Schweiz, österreich und Frankreich mit insgesamt 57 Booten aus Beton bzw. betonähnlichen Materialien. Während der zweitägigen Veranstaltung wurden die Betonkanus in insgesamt vier Kategorien bewertet: Preise gab es im sportlichen Wettkampf getrennt für Damen und Herren sowie für die Kategorien Konstruktion und Gestaltung der selbstgebauten Kanus. Eine Sonderwertung gab es für die Offene Klasse, in der alle Wasserfahrzeuge aus Beton antreten konnten. Zusätzlich fand ein T-Shirt-Wettbewerb statt, bei dem das Mannschaftsoutfit beurteilt wurde. Die Universität der Bundeswehr München war mit zwei Teams vertreten. Der Jahrgang Bau 2000 mit C. Simpore, R. Taghouti, A. Barthelmes, M. Schönfeld und C. Weszka entschied sich für den Bau eines Betonkanus für die Wettkampfklasse, das auf den Namen Zementine getauft wurde. Der Jahrgang Bau 1999 vertreten durch S. Liwowski, J.-H. Scharf, T. Kleis, S. Gallasch, J. Michael und S. Kronenfeld nahm mit einem Wikingerboot Namens Ragnarök (Götterdämmerung) in der offenen Klasse teil. Die Leitung oblag Univ.-Prof. Dr.-Ing. M. Keuser (Institut für konstruktiven Ingenieurbau) und Dipl.-Ing. A. Kustermann (Institut für Werkstoffe des Bauwesens). Um die labortechnische Unterstützung kümmerten sich v.a. J. Schwarzkönig, B. Liebherr und G. Mayer. Nach der Entscheidung für den Bau der beiden Kanus wurde unverzüglich mit der Planung begonnen. Parallel dazu begann die Suche nach Sponsoren, die sich schwierig, aber letzlich doch erfolgreich gestaltete.

Konstruktionsregeln

Um annähernd gleiche Bedingungen für einen sportlichen Wettkampf zu schaffen, werden vom Veranstalter in der Ausschreibung Vorgaben hinsichtlich der Konstruktion der Betonkanus gemacht. Die Kanus müssen folgende Merkmale aufweisen:

Das Kanu muss so konstruiert sein, dass es von zwei Personen mit Hilfe von Stechpaddeln, kniend, sitzend oder stehend, geführt werden kann. Steueranlagen sind nicht erlaubt.
Die Kanuabmessungen sind in der Länge zwischen 4,0 m und 6,0 m und in der Breite zwischen 0,7 m und 1,0 m begrenzt.
Die Kanus müssen aus bewehrtem Beton, Feinbeton bzw. Zementmörtel hergestellt werden.
Bewehrung wie Bewehrungsstahl, Draht, Stahl-, Glasfasern, synthetische oder natürliche Fasern, Maschendraht, Matten und Gewebe aus den vorgenannten Materialien sind zugelassen. Nicht erlaubt sind Bleche oder andere flächig oder stabförmig aussteifende Konstruktionen.
Es dürfen höchstens 2 kg Kunststoffe in dem Kanu verarbeitet werden. Dazu zählen Kunststoffe als Bestandteile der Betonmischung, Haftbrücken, Anstriche etc..
Die Kanus müssen als wasserundurchlässige Betonkonstruktionen gebaut werden, zusätzliche Abdichtungen sind nicht erlaubt.

Die Zementine

Die Idee zur Form der Zementine entstammte einem Medienbericht über Indianerkanus. Zunächst wurde ein Modell im Maßstab 1:10 gebaut, um sich eine Vorstellung von der Form und den späteren Abmessungen machen zu können. Auf dieser Grundlage entstand ein Kanu mit 4,25 m Länge und 86 cm Breite.

Auf der Suche nach geeignetem Schalungsmaterial setzte sich schließlich die Idee, Papier als Grundlage für die Schalungshaut zu wählen, durch. Als tragende Bauteile dienten Quer-elemente aus Pressholz und mit Maschendraht überspannte Stahllängsstreben.
Nachdem das Schalungsgerüst fertig gestellt war, wurden auf den Maschendraht ca. 7-10 Lagen Papier jeglicher Art mit Hilfe von Tapetenkleister aufgebracht.

Herstellung der Innenschale


Auf die so erstellte Innenschalung wurden Glasfasermatten aufgebracht, um einen besseren Halt des Frischbetons zu gewährleisten. An Bug, Mitte und Heck wurden auf der Oberseite Maschendrahtstücke mit einer Breite von 25-50 cm befestigt, die nach der Fertigstellung des Kanus zur Befestigung der Auftriebskörper dienten.

Nach diesen Vorbereitungen wurde in einem ersten Arbeitsgang eine ca. 7 mm dicke Betonschicht auf die Innenschalung aufgespachtelt. Beide Jahrgänge führten parallel Betonuntersuchungen durch, mit dem Ziel, eine möglichst gut spachtelbare Mischung zu entwickeln. Die besten Ergebnisse wurden von der Crew der Ragnarök erzielt, so dass diese in der Tabelle 1 dargestellte Betonrezeptur auch für die Zementine verwendet wurde. Wenn hier von Beton die Rede ist, so ist ein zementgebundenes Material mit einem Größtkorn von bis zu 4 mm gemeint, das auch Stahlfasern enthält und unter dem Namen Ferrozement bekannt ist.
 

Ausgangsstoff  Menge[kg/m3
Zement CEM II/A-S 32,5R  722
Silika-Staub  112
Wasser  180
Quarzsand0/0,25mm 254
Blähglaszuschlag0,25/0,5mm  62
Blähglaszuschlag0,5/1,0mm 121
Stahlfasern  61
Fließmittel  6

Tabelle 1: Zusammensetzung spachtelbarer Beton



Auf die erste Betonschicht wurden wiederum Glasfasermatten überlappend aufgelegt und durch eine weitere ca. 3 mm starke Betonschicht überdeckt. Die endgültige Wandstärke von etwa 15 mm wurde durch das Auftragen einer weiteren Schicht erreicht.



Nach dem Ausschalen wurden der Mittelsteg sowie die Bug- und Heckabdeckung im gleichen Verfahren hergestellt. Zum Abschluss wurde auf das Kanu eine Weißzementsuspension aufgetragen, um die Wasser-dicht-heit zu gewährleisten. Aufbringen der verschieden Betonschichten


Nach fünf Monaten der Ideenfindung, der Planung und des Bauens war es dann geschafft: Das 157 kg schwere Betonkanu war fertig gestellt. Nun musste noch der Beweis erbracht werden, dass das Betonkanu auch tatsächlich schwimmt. Die Testfahrt fand in der Versuchsrinne des Instituts Wasserwesen statt, und es zeigte sich, dass die Zementine den Erwartungen, die man an ein Boot stellt, gerecht wird. Der Werbeslogan: "Beton, es kommt darauf an, was man daraus macht" wurde so eindrucksvoll unter Beweis gestellt. Abschließend wurde Zementine mit einem farbigen Anstrich versehen und erhielt so ihr endgültiges Aussehen.
Zementine bei der Präsentation in Potsdam


Die Ragnarök


Die grundlegende Idee war es, ein möglichst authentisches Wikingerboot aus Beton zu bauen. Angetrieben werden sollte das Boot zum einen durch Ruder, zum anderen durch ein großes Segel. Als Vorlage dienten Bilder historischer Boote aus dem Internet.

Ein Stahlbetongerippe bildete das tragende Gerüst des Bootes. Hierbei handelte es sich um eine Konstruktion aus drei steifen Querrippen und einen zu beiden Seiten aufgebogenen Kiel. Um das tragende Gerüst herum wurde ein Drahtgeflecht gespannt, das von beiden Seiten mit Beton verspachteltes wurde und die Bootshülle bildete.


Wikingerschiff

Zur Herstellung des Bootsgerippes wurden zunächst zwei Schalungen aus Faser- und Spanplatten gebaut. Eine Schalung diente zur Herstellung der drei Querrippen, die zweite Schalung war für die für die Rundbögen an Bug und Heck. Die Einzelelemente wurden unter Verwendung von selbstverdichtendem Beton (SVB) hergestellt, der mittels Pigmenten braun eingefärbt war.

SVB oder auch SCC (engl.: Self Compacting Concrete) ist eine betontechnologische Neuentwicklung, die derzeit Gegenstand der Forschung an vielen Hochschulen ist. Der selbstverdichtende Beton ist dadurch charakterisiert, dass er ohne mechanische Verdichtung wie Rütteln oder Stochern in die Schalung eingebracht wird und sich dabei selbst entlüftet. Die Konsistenz und das Fließverhalten von SVB ähneln stark dem von Honig. Die auf diese Weise hergestellten fünf Einzelelemente wurden im Kielbereich miteinander verbunden. Tabelle 2 zeigt die Zusammensetzung der eingesetzten SVB-Mischung.

Ausgangsstoff  Menge [kg/m3]
Zement CEM I 42,5R-HS  667
Silika-Staub  104
Steinkohleflugasche 148
Wasser 171
Quarzsand 0/0,25mm 223
Blähglaszuschlag 0,25/0,5mm  57
Blähglaszuschlag 0,5/1,0mm 113
Stahlfasern  28
Fließmittel  19

Tabelle 2: Zusammensetzung SCB



Zur Herstellung der Außenhülle wurde um das Gerippe herum zunächst ein Drahtgeflecht gespannt, das an der Oberkante durch Stabstahl verstärkt wurde. Dieses wurde von beiden Seiten mit braun eingefärbtem Faserbeton verspachtelt. Die Zusammensetzung des spachtelbaren Betons ist in Tabelle 1 dargestellt. Entstehung der Bootshülle durch Verspachteln des Drahtgitters


Das Endgewicht des Bootes betrug ca. 650 kg. Getestet wurde die Hochseetauglichkeit in der großen Wasserrinne auf dem Freigelände des Institutes für Wasserwesen. Bei dieser Gelegenheit fand auch die Taufe auf den Namen Ragnarök statt.
Ragnaröks erste Testfahrt in der Versuchsrinne der Wasserbauer

Regatta in Potsdam

Die Veranstaltung in Potsdam begann Freitag Nachmittag, den 14.06.2002 mit dem Wiegen der Kanus und der Präsentation auf dem alten Marktplatz in der historischen Mitte Potsdams. Die Kanus in der Wettkampfklasse wogen zwischen 17 kg und 500 kg bei Längen von bis zu 6 m. Alle Teilnehmer hatten sowohl bei den Kanus als auch bei den schwimmenden Konstruktionen der offenen Klasse sehr viel Engagement und Kreativität bei der Gestaltung aufgewendet. Die Preisrichter begutachteten die Kanus und bewerteten Konstruktion und Gestaltung. Am Abend gab es dann die offizielle Begrüßung der Teilnehmer, an der auch der Fernsehmoderator Günther Jauch teilnahm, der anschließend den T-Shirt-Wettbewerb und am nächsten Tag die Präsentation der Wettkampfkanus und die Vorstellung der Boote aus der offenen Klasse moderierte. Beim T-Shirt-Wettbewerb schlug dann das Team der Uni-BW erstmals zu: Die Crew der Ragnarök belegte mit ihrem Wikinger - Outfit den 2. Platz.

Die Wikinger beim T-Shirt-Wettbewerb

Am nächsten Morgen starteten die Wettkämpfe auf der Alten Fahrt, einem Nebenarm der Havel. Der sportliche Wettkampf wurde auf einer Kombination aus gerader Rennstrecke und Slalomkurs ausgetragen. Rund 3000 Besucher waren bei sommerlichem Wetter an das Ufer der Alten Fahrt gekommen, um die spannenden Rennen hautnah mitzuerleben. Moderator Günther Jauch sorgte dabei für eine gute Stimmung an der Rennstrecke. Die Läufe wurden nach einem Knock-Out-System bewertet, getrennt nach Damen und Herren. In der Wettkampfklasse dominierten die filigran konstruierten Boote, unsere Zementine konnte trotz intensivster Kraftanstrengungen keinen Sieg erringen.