Betonleichtbau

Im Betonleichtbau liegt der Fokus des ILEK zur Zeit auf funktional gradierten Bauteilen. Diese weisen eine kontinuierliche Eigenschaftsänderung über den Querschnitt auf.

Grundlagen

Das Konzept funktional gradierter Materialien (Gradientenwerkstoffe) findet seinen Ursprung in der Luft- und Raumfahrttechnik. Die physikalischen Eigenschaften des Werkstoffs werden dabei entlang mindestens einer der drei Raumrichtungen variiert und so optimal an das Anforderungsprofil angepasst. Werner Sobek hat diesen technologischen Ansatz erstmals auf das Bauwesen übertragen und den sogenannten Gradientenbeton® erfunden.

Gradientenbeton® ist dabei nicht als reines Material zu verstehen, es ist vielmehr eine Technologie zur inneren Strukturoptimierung und Gewichtsreduktion von Betonbauteilen. Bauteile aus Gradientenbeton® sind dadurch gekennzeichnet, dass ihre physikalischen Eigenschaften wie Festigkeit, Dichte, Steifigkeit oder Wärmeleitfähigkeit durch porenbildende Maßnahmen gezielt an das im Bauteilinneren vorherrschende Beanspruchungsprofil angepasst sind. So werden bei der Mikrogradierung mineralische Leichtzuschläge unterschiedlichen Volumengehalts in einem automatisierten Sprühprozess in die Betonzusammensetzung eingebracht, um den Anforderungen im Bauteil hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit optimal zu entsprechen.

Bei der Mesogradierung werden größerer Hohlräume im Bauteil durch den Einbau am Institut entwickelter mineralischer Hohlkörper oder reversiblen Schalungstechniken erzeugt. Unabhängig der gewählten Gradierungsmethoden vereinen sie zum einen der Ansatz einer Monomaterialtechnologie, um eine vollständige und sortenreine Rezyklierbarkeit des Bauteils am Lebensende sicherzustellen. Zum anderen wird Material nur dort im Bauteilinneren eingesetzt, wo es tatsächlich benötigt wird. Somit kann das Gewicht und folglich der Ressourcenverbrauch von gradierten Betonbauteilen gegenüber massiv ausgeführten Bauteilen um 50% und mehr verringert werden, bei Aufrechterhaltung gleicher Funktions- und Leistungsfähigkeit

Am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart werden, im Rahmen von Forschungsprojekten und wissenschaftlichen Arbeiten seit mehr als 20 Jahren Materialtechnologien, Herstellverfahren, Berechnungsmethoden als auch Anwendungsfelder für Gradientenbeton® untersucht.

Aktuelle Forschungsprojekte:

Beton ist einer der wichtigsten Baustoffe der Gegenwart. Jedoch verursacht das Brennen des benötigten Zements 8 % der globalen klimaschädlichen CO2 -Emissionen. Die Nutzung natürlicher mikrobiologischer Prozesse zur Verfestigung von Gesteinskörnung zu sogenanntem Biobeton stellt eine vielversprechende und potenziell CO2-neutrale Alternative zu zementgebundenem Beton dar.

Mehr zum Projekt

In diesem Forschungsprojekt wird ein Bausystem für Mehrgeschossbauten aus funktional gradierten Beton (FGC) entwickelt, dass unter Einbeziehung aller strukturellen und funktionalen Anforderungen ein möglichst hohes Maß an Ressourceneffizienz aufweist. Das Projekt wird gemeinsam mit dem IWB der Universität Stuttgart bearbeitet. Zusammen mit dem Projekt RP-2 "Cyber-Physical Fabrication of Functionally Graded Concrete Components for Multi-Storey Buildings" umfasst es den Beitrag des ILEK zum ​DFG Cluster of Excellence "Integrative Computational Design and Construction for Architecture".

Mehr zum Projekt

Dieses Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung einer Fertigungsplattform zur Herstellung funktional gradierter Betonbauteile für Mehrgeschossbauten, die unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit ein hohes Maß an Ressourceneffizienz aufweisen. Das Projekt wird gemeinsam mit dem ISYS und dem IWB der Universität Stuttgart bearbeitet. Zusammen mit dem Projekt RP-1 “Co-Design of functionally graded concrete building system”, umfasst es den Beitrag des ILEK zum DFG Cluster of Excellence "Integrative Computational Design and Construction for Architecture".

Mehr zum Projekt

Im Rahmen des SPP befasst sich dieses Teilprojekt mit der Untersuchung von Fließfertigungspotenzialen für strukturoptimierte leichte Betonbauteile. Der Fokus liegt dabei auf der Integration einer additiven Fertigung von rezyklierbaren Schalungen in die Fließfertigungskette. 

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