TMW Graded Slabs

Gradientenbeton im Technischen Museum Wien

TMW Graded Slabs ist Teil der neu eröffneten Dauerausstellung „Materialwelten“ im Technischen Museum Wien. Das Exponat wurde igemeinsam von Werner Sobek und dem ILEK konzipiert und realisiert, um das Potenzial zweier im ILEK entwickelter Technologien für leichtes und nachhaltiges Bauen mit Beton zu demonstrieren: Mesogradierung und abfallfreie Sandschalung. Das Exponat zeigt einen 5,00 x 2,50 m² großen Ausschnitt aus einer 7,20 x 7,20 m² spannenden und 0,25 m dicken punktgelagerten Platte. Im dargestellten Bereich um das Auflager lassen sich die Hauptspannungen, die ihre Trajektorien in der Nullmomentzone invertieren, deutlich darstellen. Die Struktur wurde gemäß dem Tragverhalten einer Flachdecke unter verteilter vertikaler Belastung von 5 kN/m² optimiert. Das Exponat besteht aus zwei Teilen: einer Mesograded Slab im linken Teil und einer mittels Sandschalungen gefertigten Coral Slab im rechten Teil.

Coral Slab

Der rechte Teil des Exponats veranschaulicht die Verwendung von Sandschalungen zur Optimierung der Materialverteilung der Platte. Coral Slab besteht aus einer räumlichen Gitterstruktur, die entlang der drei Hauptspannungsrichtungen ausgerichtet und mit Basaltstäben mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm bewehrt ist. 

Die Platte wurde mit Hilfe der von ILEK entwickelten Technologie der rezyklierbaren Sandschalung hergestellt. Dank der Kombination aus 3D-Druck und einer speziellen Mischung aus Sand und wasserlöslichem Bindemittel bietet die Schalung Freiheit bei der Gestaltung geometrisch komplexer Konstruktionen und hilft gleichzeitig, Produktionsabfälle zu vermeiden. Die innere Struktur der Platte besteht aus 16 Segmenten, die nacheinander auf dem 3D-Drücker mit einer Auflösung von 1,5 mm hergestellt und zum Gießen zusammengesetzt wurden.

Vor dem Betonieren wurde zunächst die untere Bewehrung eingebaut, dann wurden die Schalungssegmente mit einem Kran montiert; schließlich wurden die obere Bewehrung und die Befestigungselemente für die Aufhängungen angebracht. Die Platte mit einem Gesamtgewicht von 1.700 kg wurde in einem Arbeitsgang mit selbstverdichtendem Pump-Beton gegossen. Nach 48 Stunden wurde die Platte ausgeschalt und das gesamte Schalungsmaterial wieder rezykliert.

Mesograded Slab

Der linke Teil des Exponats verdeutlicht das Potenzial der Mesogradierung mit mineralischen Hohlkugeln mit einem Durchmesser von 15 cm. Die Technologie besteht darin, mineralische Hohlkörper aus einer Mörtelsuspension in Bereiche mit geringer Spannung einzubringen, um das Gewicht der Konstruktion zu verringern, ohne die Tragfähigkeit zu beeinträchtigen. 

Die Position und Geometrie dieser mineralischen Hohlkörper wurde mit Hilfe eines speziell entwickelten Berechnungsansatzes definifert. Anhand der statischen Analyse einer vergleichbaren massiven Stahlbetonplatte wird die einwirkende Querkraft ermittelt und in eines iterativen Prozesses werden Hohlkörper möglichst großem Durchmesser platziert. Anschließend werden die Größe der mineralischen Hohlkugeln in Bereichen ähnlicher Beanspruchung homogenisiert. Dies ermöglicht eine beschleunigte Herstellung durch das paketweise Verlegen der Hohlkörper. 

Die Hohlkörper wurden im Rotationsgussverfahren in einer Zentrifuge hergestellt. Diese kann bis zu 12 mineralische Hohlkugeln in Sechsersträngen auf zwei Rahmen gleichzeitig herstellen. Die Stränge wurden im Bauteil zwischen der oberen und unteren Bewehrungslage auf einer Hilfskonstruktion aus Bewehrungsstahl platziert. Anschließend wurden sie mit Bindedraht zur Lagersicherung während der Betonage fixiert. Um die Interna der mesogradierten Stahlbetonplatte für die Besucher der Ausstellung sichtbar zu machen, wurde sie unterseitig nicht vollständig mit Beton vergossen. Hierzu wurde die Platte in der Schalung im Vergleich zur späteren Anordnung im Museum umgekehrt und leicht geneigt betoniert.

PROJEKTPARTNER
Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK)
Werner Sobek AG

GESTALTUNG UND PROJEKTKOORDINATION
Daria Kovaleva, Carl Niklas Haufe, Lucio Blandini

STATIK
Oliver Gericke (Werner Sobek AG), Carl Niklas Haufe und Olga Miller (ILEK)

UNTERSTÜTZUNG BEI DER PRODUKTION
Laurin Weiss, Maximilian Nistler, Niklas Mauch, Felix Wagner, Henry Hammley, Espen Vetter, Elias Kirchgässler, Julian Klemm, Max Serper, Markus Berndt, Thomas Tronsberg, Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart.

UNTERSTÜTZT VON
SIKA Deutschland GmbH, C-Con GmbH, carl wiedenmann GmbH.

FÖRDERUNG
Dieses Projekt wurde von der Europäischen Kommission innerhalb des Rahmenprogramms „Horizont Europa“ gefördert (Förderungsvereinbarung Nr.: 101092339).