Massgeschneiderter Beton von Holcim sorgt für höchste Sicherheit im CERN

16. Juli 2020

In den vergangenen Tagen war Holcim Teil eines Spezialprojektes der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN), wo ein Labor zur Herstellung von Radioisotopen für physikalische Grundlagenexperimente und medizinische Anwendungen ausgebaut wird. Da von diesem Labor ionisierende Strahlungen ausgehen, werden hohe Sicherheitsanforderungen an die zum Ausbau verwendeten Baumaterialien gestellt. Holcim entwickelte dafür einen individuell hergestellten Schwerbeton mit einer sehr hohen Dichte und nahm eigens für die Produktion dieses speziellen Betons Anpassungen am Betonwerk in Vernier vor.

Obwohl Beton bereits eine hohe Festigkeit hat, erfordern bestimmte – sehr seltene – Anwendungen die Verwendung eines besonders widerstandsfähigen Betontyps: Schwerbeton. Dieser bietet einen biologischen Schutz, da die darin enthaltenen Eisenelemente ionisierende Strahlungen abschwächen. Meist kommt Schwerbeton bei der Errichtung von Gebäuden zum Einsatz, die einen Strahlenschutz benötigen; beispielsweise in Krankenhäusern oder Industriebauten, in denen Teilchenbeschleuniger verwendet werden. Vor wenigen Tagen lieferte Holcim das neu entwickelte Baumaterial an eines der renommiertesten Laboratorien für Grundlagenphysik, das CERN, um damit das weltweit einzigartige Nanolabor für Experimente mit der Ionenquelle ISOLDE zu errichten.

Baumaterial erfüllt Anforderungen eines anspruchsvollen Gebäudes

Die Einrichtung ISOLDE ist auf die Erzeugung von Strahlen exotischer Radioisotope spezialisiert, die für Programme der Grundlagenphysik und der angewandten Physik eingesetzt werden. Um radioaktive Materialien zu erzeugen, betreibt die Einrichtung ein Labor vom sogenannten Typ A zur Handhabung und Lagerung von radioaktiven Materialien. Ein solches Labor stellt ganz besondere technische Anforderungen, weshalb ein Erweiterungsbau notwendig ist. Das neue Labor soll 2021 in Betrieb genommen werden und dient einem Forschungs- und Entwicklungsprogramm zur Herstellung von Urancarbid.

Zudem nahm CERN die Erweiterung dieses aussergewöhnlichen Labors zum Anlass, ein restriktives Lastenheft für alle technischen Infrastrukturen zu definieren. Das verwendete Baumaterial musste den Eigenheiten solcher Gebäude angepasst und gegenüber allen Arten von Abnutzung und Verschleiss resistent sein. «Das Nanolab beherbergt radiologische Labors vom Typ A sowie einen Lagerbereich für Strahlungsprodukte, die für unsere Experimente benötigt werden», erklärt Martin Manfredi, verantwortlicher Ingenieur für den bautechnischen Teil des Projekts. «Um die Emission von Strahlung nach aussen zu verhindern, ist die Errichtung einer 40 cm dicken Abschirmwand notwendig. Aufgrund seiner hohen Dichte und des darin enthaltenen Eisens eignet sich Schwerbeton daher am besten als wirksames Mittel zum Schutz vor Strahlung.»

Massgeschneidertes Konzept

Die Lösung ist ein effizientes Baumaterial, das aufgrund seiner sehr hohen Dichte (3,9 t/m³) diesen herausfordernden Ansprüchen entspricht. «Schwerbeton besitzt eine viel höhere Dichte als herkömmlicher Beton», so Jean-Pierre Allegret, Technischer Verkauf Kies & Beton bei Holcim Schweiz. «Baustellen, auf denen diese Art von Beton verwendet wird, sind sehr selten, da er nur sehr speziellen Anwendungen vorbehalten ist. In der Regel handelt es sich dabei um Krankenhausbauprojekte, wo es um Strahlenschutz geht. Für uns ist dies jedoch eine Premiere.»

Die Herstellung dieses Spezialbetons erforderte ein massgeschneidertes Konzept und eine besondere Vorbereitung, wie Jean-Pierre Allegret beschreibt: «Um diesen Beton herzustellen, mussten wir Magnetit beschaffen, einen ultraschweren eisenhaltigen Zuschlagstoff. Nach der Vermischung mit Kies, den wir in der Kiesgrube von Sézegnin gewonnen haben, wurden die Zuschlagstoffe in unserem Betonwerk in Vernier in ein Einzelsilo umgefüllt. Das Ganze war äusserst heikel, da unsere Einrichtung hätte beschädigt werden können, die nicht für eine solche Belastung ausgelegt ist.»

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Als zusätzliche Vorsichtsmassnahme und um Beschädigungen am Förderband zu vermeiden, musste das Betonwerk in Vernier speziell für dieses Projekt angepasst werden. Die Herstellung des Betons erfolgte zudem unter strenger Überwachung durch das Innovationszentrum sowie das Wartungsteam von Holcim. Dadurch wurde sichergestellt, dass die korrekte Kalibrierung eingehalten wird. Für den Transport wurden die Fahrmischer nur zur Hälfte gefüllt, um die Ausrüstung zu schonen.

Das Bauunternehmen Rampini & Cie SA, das vom CERN mit der Ausführung des Projekts beauftragt wurde, konnte bei der Verlegung dieses einzigartigen Betons ebenfalls auf das Know-how von Holcim zurückgreifen: «Wegen des hohen Drucks haben wir uns für eine sehr steife Schalung entschieden. Uns war auch klar, dass wir den Beton nicht so schnell wie sonst einbringen können», verrät Werkmeister Fabrice Reymond.

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Bereits nach vier Tagen waren die dicken Wände fertig montiert. «Wegen des Schwierigkeitsgrades wurden für dieses Projekt alle regionalen Teams von Holcim mobilisiert. Wir sind stolz, dass wir es zu einem so erfolgreichen Abschluss bringen konnten», resümiert Jean-Pierre Allegret.