Multifunktionale Leichtbetonbauteile mit inhomogenen Eigenschaften
01.01.2016 bis 31.12.2018
HeidelbergCement Technology Center GmbH
Die Errichtung und der Betrieb von Gebäuden sind mit sehr großen Energie- und Massenströmen verbunden. Daher sind Steigerungen der Energie- und Ressourceneffizienz sowie die Nachhaltigkeit auf diesem Gebiet besonders wichtig. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, bietet der Einsatz von High-Tech-Baustoffen, um so Materialen besser auszunutzen.
Ziel ist es, neuartige multifunktionale Bauteile aus Leichtbeton zu entwickeln. Ausgangspunkt bildet Infraleichtbeton, der es erlaubt, wärmedämmende Betonwände aus nur einem Werkstoff herzustellen.
In einem multidisziplinären Team wollen nun konstruktive Ingenieure, Materialtechnologen, Bauphysiker und Partner aus der Industrie und Planung diese Wände mit weiteren Funktionalitäten versehen. Wände mit über den Querschnitt verteilten Festigkeits- und Wärmedämmeigenschaften kombiniert mit Funktionen wie Wärmespeicherung, Wandaktivierung, Vakuumisolation und Photokatalyse sollen konzipiert werden.
In drei Arbeitsgruppen ("Tragverhalten", "Betontechnologie" und "Bauphysik") werden je nach Expertise zunächst die theoretischen Grundlagen untersucht. Hierin werden die Möglichkeiten zur Steuerung der Betoneigenschaften sowie das Tragverhalten untersucht. Außerdem werden Ökobilanzen erstellt und Simulationen zur Bauteilaktivierung durchgeführt. Für eine baupraktische Anwendung und Marktfähigkeit werden auch Überlegungen zur industriellen Herstellung, den entstehenden Kosten und zu konstruktiven Details angestellt.
Durch das Vorhaben wird eine ganzheitliche Lösung für eine Bauweise angestrebt, die ressourcensparend, umweltfreundlich, funktional, ästhetisch, rezyklierbar und nachhaltig ist.
Oberklamweg 6, 69181 Leimen
Eckhard Wagner
T: +49-6221-48113711 | F: +49-6221-48113757
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Teilvorhaben: Verbesserung bekannter Bindemittelkonzepte im Hinblick auf Nachhaltigkeit und die Anwendung als inhomogener Leichtbeton
Die Kernaktivitäten der HeidelbergCement Gruppe umfassen die Herstellung und den Vertrieb von Zement und von Zuschlagstoffen. Die Forschungs- und Entwicklungsabteilung des Konzerns ist Teil des HeidelbergCement Technology Centers (HTC).
In diesem Projekt übernimmt das HTC die Rolle des Verbundkoordinators, stellt Materialien zur Verfügung, und ist federführend bei der Realisierung von Demonstratoren tätig.
Zur Aufgabe gehört u. a. die Verbesserung bekannter und die Entwicklung neuer Bindemittelkonzepte für Transportleichtbeton und die Optimierung von Bindemittel- und Betonrezepturen mit photokatalytischen Eigenschaften zum verbesserten Abbau von Schadstoffen und zur nachhaltigen Selbstreinigung von Oberflächen.
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Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt - Institut für Bauingenieurwesen - Fachgebiet Baustoffe und Bauchemie
Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin
Prof. Dr. Dietmar Stephan
T: +49-30-31472-100 | F: +49-30-31472-110
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Teilvorhaben: Mechanische, Bauchemische und Bauphysikalische Untersuchungen
Infraleichtbeton ist eines der Forschungsthemen des Instituts für Bauingenieurwesen der TU Berlin. Nach umfangreichen Untersuchungen zum Material, Tragverhalten und Anwendungsmöglichkeiten von Infraleichtbeton mit konstanten Eigenschaften, soll nun das Potential dieses Werkstoffes weiter ausgeschöpft werden. Dabei sollen die Materialeigenschaften durch bauchemische und –physikalische Optimierungen weiter gezielt verbessert werden.
Das Vorhaben wird dabei in Arbeitsgruppen entsprechend der Expertise und weiterhin entsprechend der Verbundpartner in Teilvorhaben aufgeteilt. Die TU Berlin ist als wissenschaftlicher Koordinator und zentraler Forschungspartner zur Durchführung theoretischer und experimenteller Untersuchungen tätig, und ist in den Arbeitsgruppen Tragverhalten, Betontechnologie und Bauphysik vertreten. <br/>
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TU Berlin - AG Tragverhalten <br/>
Die TU Berlin wird in diesem Vorhaben das Trag- und Verformungsverhaltens von Bauteilen mit inhomogenen Eigenschaft durch theoretische und experimentelle Untersuchungen verfolgen um mitwirkend die Grundlage für ein Bemessungskonzept zu erstellen. <br/>
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TU Berlin - AG Betontechnologie <br/>
Bei der Erforschung der betontechnologischen Eigenschaften unterstützt die TU Berlin die AG Betontechnologie bei der Formulierung von neuartiger Leichtmörtel- und Leichtbetonrezepturen mit entsprechender Charakterisierung der Porosität. Die Wechselwirkungen zwischen Zusatzmitteln und -stoffen wird untersucht und die Evakuierung von porosiertem Beton zur Verbesserung der Dämmeigenschaften ausgeführt. <br/>
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TU Berlin - AG Bauphysik<br/>
Die bauphysikalischen theoretischen Untersuchungen der TU Berlin werden die Erstellung von Ökobilanzen für die unterschiedlichen im Projekt betrachteten Bauteilsysteme (auch im Vergleich zu konkurrierenden Ansätzen) sowie algorithmische Berechnungen und Simulationen zur Bauteilaktivierung von Infraleichtbeton-Bauteilen umfassen.
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Curiestraße 2, 70563 Stuttgart
Prof. Matthias Schuler
T: +49-711-67976-0 | F: +49-711-67976-11
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Teilvorhaben: Bestimmung der energetischen Materialeigenschaften und aktiven und passiven Potentiale der Bauteile
Trans Solar entwickelt und bewertet innovative Klima- und Energiekonzepte. In diesem Vorhaben wird das Problem einer bisher nicht anpassungsfähigen Gebäudehülle an die Umwelteinflüsse adressiert. Vorbild soll hier die menschliche Haut sein, die den Körper entsprechend wärmt, kühlt und beatmet. Für bisherige Bauweisen würde es im übertragenden Sinne zum Vorbild der menschlichen Haut bedeuten, ganzjährig eine Winterbekleidung zu tragen. Dem gegenüber sollen nun monolithische Wandaufbauten mit inhomogenen Eigenschaften entwickelt werden, die nicht nur wärmen, kühlen und atmen können, sondern darüber hinaus auch Schadstoffe durch Photokatalyse zersetzen.
Bei der Bewertung der Behaglichkeit, Effizienz und Auswirkung auf das Außenklima (Wärmeinsel) bei Außenbauteilen mit multifunktionalen Eigenschaften führt Transsolar bauphysikalische Simulationsrechnungen für neuartige Energiekonzepte durch.
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schlaich bergermann und partner
Brunnenstrasse 110c, 13355 Berlin
Dr. Boris Reyher
T: +4930-8145283-0 | F: +49-30-8145283-66
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Teilvorhaben: Ermittlung des Trag- und Verformungsverhaltens und konstruktive Durchbildung
Das Betätigungsfeld von schlaich bergermann und partner (sbp GmbH) ist der anspruchsvolle konstruktive Ingenieurbau. Das Büro entwirft, berechnet und prüft Hochbauten, Brücken, Türme, weitgespannte Dächer und Sportstätten. Voraussetzung dafür ist natürlich die Vertrautheit mit allen Werkstoffen und ihren Fügetechniken. Materialgerechtes Bauen heißt, diese Werkstoffe nach ihren jeweiligen Eigenschaften optimal zu kombinieren und einzusetzen.
In diesem Teilvorhaben untersucht die sbp GmbH das theoretische Tragverhalten von Betonbauteilen mit inhomogenen Eigenschaften in Hinblick auf sinnvolle Abmessungen. Dazu gehört die numerische Analyse des Trag- und Verformungsverhaltens von Tragwerken mit einer FEM Software. Es werden beispielsweise Wände und Balken mit inhomogenen Eigenschaften auf das Normalkraft- bzw. Biege- und Querkraftverhalten für den Grenzzustand der Tragfähigkeit untersucht sowie das Riss- und Verformungsverhalten für den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit betrachtet.
Außerdem müssen wegen der unterschiedlichen Eigenschaften im Kriech- und Schwindverhalten die Bauteile auf Langzeitverformung untersucht werden. Hierzu werden flächige Bauteile wie Wände und Decken nummerisch mit einer FEM Software untersucht.
Die theoretische und numerische Untersuchung des Trag- und Verformungsverhaltens von Bauteilen mit inhomogenen Eigenschaften wird die Basis für die Grundlage eines Bemessungskonzeptes darstellen.
Darüber hinaus wird die konstruktive Durchbildung (Anschlüsse, Detailplanung usw.) von multifunktionalen Bauteilen für baupraktische Aspekte erprobt.
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Standort Leimen
Peter-Schuhmacher-Straße 8, 69181 Leimen
Dr. Oliver Blask
T: +49-6224-988-04 | F: +49-6224-109-180
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Teilvorhaben: Anpassung von bauchemischen Zusatzmitteln, insbesondere Fließmitteln
Die Sika Deutschland GmbH unterstützt das Projekt, indem sie grundlegendes Wissen zu hoch- und ultrahochfesten Betonen und den verschiedenen Techniken zum Porosieren in das Projekt einbringt. Die Sika Deutschland GmbH wird darüber hinaus Materialien zur Verfügung stellen und in der Betontechnologie mitwirken.
Ein Ziel ist, einen hoch- bzw. ultrahochfesten Mörtel aufzuschäumen, so dass ein Material mit hoher Festigkeit und gleichzeitig hohem Porengehalt entsteht. Um die Poren im frischen Zustand beim Einmischen der Schäume oder beim aktiven Aufschäumen zu stabilisieren, kommen verschiedene bauchemische Zusatzmittel zur Anwendung. Zudem müssen dabei die Wechselwirkungen der bauchemischen Zusatzmittel untereinander auf die Ausbildung der Porosität betrachtet werden.
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