Schwer- und Abschirmbeton ermöglichen Strahlen­schutz in der Hochleistungsmedizin

(13.8.2013) Die Strahlenschutzbunker sind das Herzstück des Bauvorhabens „Neubau Strahlentherapie Marien Hospital Düsseldorf“ - und zugleich die größte technische Herausforderung für die ausführende Bauunternehmung Hans Lamers GmbH & Co. KG und ihren Betonlieferanten Cemex Deutschland AG.

Etwa 3.500 m³ Transportbeton wurden insgesamt für den zweigeschossigen Neubau abgerufen. Das Untergeschoss umfasst rund 2.300 m², das Erdgeschoss fällt etwas kleiner aus. Die drei Bunker, besonders gesicherte Räume für die Bestrahlungsgeräte, haben keine Geschossdecken und reichen über die Gesamtgebäudehöhe von 9 Me­tern. Die neue Strahlentherapieeinrichtung am Marien Hospital Düsseldorf wird die größte ihrer Art in Deutschland und eine der größten in Europa sein.

Die Bunkerwände weisen umlaufend eine Dicke von 1,85 Meter auf, doch wurden sie aus unterschiedlichen Betonsorten hergestellt:

• teils aus Schwerbeton C25/30 mit Magnetit (Magneteisenstein),
• teils aus Abschirmbeton.

Schwerbeton mit Festbetonrohdichte von 3,2 t/m³

Damit sich die hochenergetischen Röntgenstrahlen nicht unkontrolliert ausbreiten, sondern nur den erwünschten therapeutischen und diagnostischen Zwecken dienen, kommt in der Hauptstrahlungsrichtung ein Schwerbeton C25/30 mit Magnetit als Ge­steinskörnung zum Einsatz. Dank des schweren Minerals erreicht der Baustoff eine Festbetonrohdichte von 3,2 t/m³. Strahlenschutzbeton erzielt schon durch seine Masse eine Abschirmfunktion, eine Gesteinskörnung mit strahlenabsorbierenden Ei­genschaften wie Magnetit kann die Schutzwirkung noch steigern. Etwa 250 m³ des Spezialbetons haben die Mitarbeiter des Transportbetonwerks Düsseldorf-Rath für die Baustelle auf dem Klinikgelände im Zentrum der Innenstadt produziert.

Schwerbetone fordern großes Engagement und eine enge Abstimmung bei der Rezep­turentwicklung, bei der Herstellung, bei Einbau, Nachbehandlung und Qualitätskon­trolle. Auch stellen die Massen eines Schwerbetons und seiner Schwerzuschläge ei­ne enorme Belastung für die gesamte Produktions- und Förderkette dar. Schon bei der Bemessung der Schalung fällt die höhere Masse ins Gewicht: Schwerbeton übt einen deutlich höheren Druck aus als Normalbeton, und die Schalung muss entspre­chend verstärkt werden.

zur Erinnerung: Von Schwerbeton spricht man ab einer Rohdichte (ofentrocken) von mehr als 2,6 t/m³. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind das Ballastieren von Baumaschinen und Schiffen, die Dämpfung von Schwingungen, die Sicherung von Fun­damenten und Rohrleitungen gegen Auftrieb und eben der bautechnische Strahlenschutz, beispielsweise in der Radiologie und der Onkologie.

Abschirmbeton mit besonders niedrigen w/z-Wert

Die Bunkerwände außerhalb der Hauptstrahlungsrichtung und die 4,04 Meter dicke Decke werden aus einem Abschirmbeton gegossen, aus rund 1.400 m³ eines Betons C25/30 mit einer Trockenrohdichte von 2,3 t/m³. Hier erreichen die Betontechnolo­gen die geforderte Dichte über einen besonders niedrigen w/z-Wert (Wasser/Zement-Wert). Gewählt wurde einen Hochofenzement CEM/III B 42,5 LH/SR/NA, hergestellt von der Cemex WestZement GmbH, um die Temperaturentwicklung in den massigen Bauteilen möglichst gering zu halten und Spannungen infolge von Hydratationswärme zu reduzieren.

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Alle notwendigen Durchbrüche wurden gegenläufig schräg zur Strahlungsrichtung an­gelegt. Die Stürze oberhalb der Türöffnungen werden aus Schwerbeton angefertigt und die Zarge auf einer Seite mit dem schweren Baustoff aufgefüllt. Die Bunkertüren wurden nach Fertigstellung der Strahlenschutzbunker örtlich aus Schwerbeton in dafür vorgefertigten Stahlschalungen hergestellt.

„Im Vorfeld der ersten Magnetitbetonlieferungen haben wir umfangreiche Eignungsprü­fungen vorgenommen und gemeinsam mit der Bauunternehmung die geeignete Rezep­tur festgelegt“, erklärt Jörg Beier, Vertriebsleiter Key Account Region West der Cemex Deutschland AG. „Besonders sensibel ist hier die Logistik rund um den Schwerbeton. Die Zuschläge müssen just in time für die Produktion zur Verfügung stehen, unsere Fahrmischer müssen die Betonagen kontinuierlich beliefern. Magnetitbeton bindet et­was schneller ab als ein Normalbeton, und Einbaufugen wären in Anbetracht der Ab­schirmfunktion der Bauteile besonders fatal.“

Tobias Röhm, Bauleiter der Bauunternehmung Hans Lamers GmbH & Co. KG, zieht eine positive Zwischenbilanz: „Die Herausforderung war die Beschaffenheit des Schwerbe­tons mit Magnetitzuschlag. Wir mussten besonders darauf achten, dass sich beim Ein­bau keine Kiesnester bilden. Eine Besonderheit war auch, dass wir alle horizontalen und vertikalen Fugen am Übergang zwischen Bauteilen aus Schwerbeton und aus Ab­schirmbeton sowie zwischen statisch erforderlichen Betonierabschnitten der Decken­betonagen aus Abschirmbeton gebrochen herstellen. Die Verzahnung wird jeweils über Kanthölzer im Abstand von etwa 40 Zentimetern hergestellt.“

Weitere Informationen zu Schwer- und Strahlenschutzbeton können per E-Mail an Cemex angefordert werden.