Das Ziel des Vorhabens ist es, das neue Instandsetzungssystem „Textilbewehrte Mörtel und Betone“ dahingehend weiter zu entwickeln, dass der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung geeignete, ausschreibungsreife Lösungen für bestimmte Randbedingungen (freibewittert / Wasserwechselbereich; mit / ohne Spaltwasserdruckansatz etc.) zur Verfügung gestellt werden können. Aufgabenstellung und Ziel Die BAW hat in der Vergangenheit im Rahmen von zwei FuE-Vorhaben die Möglichkeit einer Instandsetzung von Wasserbauwerken mittels Vorsatzschalen aus textilbewehrtem Spritzmörtel und Spritzbeton eruiert (Westendarp et al. 2016). Die Vorteile dieser Systeme gegenüber den derzeit in ZTVW LB 219, Abschnitt 3 und 4 geregelten verankerten und bewehrten Vorsatzschalen aus Beton und Spritzbeton sind u. a. der Ersatz der korrosionsgefährdeten Bewehrung und die geringen Dicken. Gegenüber den in ZTV-W LB 219, Abschnitt 5 geregelten dünnschichtigen, unbewehrten Spritzmörteln und Spritzbetonen haben textilbewehrte Systeme den Vorteil einer gezielten Rissbreitensteuerung. In einem anschließenden FuE-Vorhaben (Rahimi 2022) wurde das BAWMerkblatt „Flächige Instandsetzung von Wasserbauwerken mit textilbewehrten Mörtel- und Betonschichten (MITEX)“ in Zusammenarbeit mit dem Institut für Bauforschung (ibac) der RWTH Aachen erarbeitet und veröffentlicht. In diesem Merkblatt werden die Anforderungen und Prüfungen für Schichten aus textilbewehrtem Spritzmörtel und -beton für die flächige Instandsetzung gerissener Wasserbauwerke beschrieben, die einer freien Bewitterung (kein Riss- und Spaltwasserdruck und mit Haftverbund) ausgesetzt sind. Des Weiteren wurde durch die Beteiligung am C³-Vorhaben Carbon Composite Concrete, Teilvorhaben V 4.9 „Regelwerksgerechte Instandsetzung von Wasserbauwerken mit C³“ in erster Linie ein Pflichtenheft und eine Datenanalyse über den Verbund und die Dauerhaftigkeit von derartigen Systemen im Verkehrswasserbau aufgestellt bzw. durchgeführt sowie die Projektpartner in ihren Aufgabenstellungen unterstützt. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, das neue Instandsetzungssystem mit textilbewehrten Mörtel- und Betonschichten dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) geeignete, ausschreibungsreife Lösungen für bestimmte Randbedingungen (freibewittert/Wasserwechselbereich; mit/ ohne Risswasser- und Porenwasserdruck etc.) zur Verfügung gestellt werden können. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Mit dem neuen Instandsetzungssystem aus textilbewehrten Mörteln oder Betonen und durch den Ersatz korrosionskritischer Bewehrung könnte der WSV ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, mit dessen Hilfe sich Instandsetzungen insbesondere an älteren massiven Wasserbauwerken zielsicherer und kostengünstiger als bislang realisieren ließen. Untersuchungsmethoden Folgende Aktivitäten werden durchgeführt: - weiterführende Aktivitäten mit dem Institut für Bauforschung Aachen (ibac) der RWTH Aachen: a) praktische Untersuchungen für das Lastszenario 2 (kein Haftverbund, konstruktive Verankerung, kein Risswasser- und Porenwasserdruck) b)theoretische und praktische Analysen zum Lastszenario 3 (kein Haftverbund, statische Verankerung, Risswasser- und Porenwasserdruck) - Planung und Durchführung einer Probeinstandsetzungsmaßnahme (Schleuse Anderten) - Bearbeitung der Fragestellungen zu Spaltwasserdruck, Ansatz Adhäsion, Temperatureinflüsse etc.
Bislang werden Textilbewehrungen vor der Bauteilherstellung getränkt und ausgehärtet. Diese relativ steifen Halbzeuge eignen sich nicht zur Herstellung komplexer Bauteile auf Basis der neuen kontinuierlichen Fertigungsprozesse wie 3D-Betondruck und Betonextrusion, da ein Großteils der Formflexibilität durch die etablierte Offline-Konsolidierung verloren geht. TP B02 (Gries) untersucht daher die zeitliche Verschiebung des Umform- und Konsolidierungsschrittes mittels Prepregsystemen in den Betonageprozess. Neben bekannten Aushärtemechanismen wie z. B. Wärme oder UV-Strahlung werden neue Ansätze wie bspw. die Aktivierung über die Alkalität des Betons, über Mikrowellen oder mittels Induktion für eine Inline-Fertigung von Carbonbeton erforscht.
In TP wird eine Simulationsmethode zur Analyse des statischen Verhaltens von Schalenstrukturen aus Carbonbeton entwickelt. Der Fokus liegt auf der numerischen Homogenisierung ihrer inneren Struktur. Die Methode erlaubt die Berechnung großer Strukturen, bei detailliertem Einblick ins Innere des Materials. Das Besondere ist, dass für die Ermittlung der für die Schalentheorie erforderlichen Schnittgrößen ein an die Kinematik angepasstes repräsentatives Volumenelement entwickelt wird. Für eine realitätsnahe Abbildung der inneren Struktur werden bildgebende Verfahren eingesetzt. Die daraus resultierende Geometriebeschreibung wird mit einer neuartigen Scaled Boundary Finite Element Method modelliert.
Ziel des Teilprojektes ist es, eine neue Charakterisierungsmethodik für die in Carbonbetonmembranen auftretenden Tragmechanismen Compression Softening, Rissverzahnung, Mixed-Mode-Bruchverhalten und Rissfortschritt sowie Dübelwirkung von Carbonbewehrung zu entwickeln. Aufbauend hierauf werden werkstoffgerechte Druckfeldmodelle entwickelt, die eine realistische Beurteilung des Trag- und Verformungsvermögens von Membranen mit nichtmetallischen Bewehrungen im ebenen Spannungszustand ermöglichen. Diese Modelle bilden die Berechnungsgrundlage zur Realisierung materialminimierter Membranstrukturen aus Carbonbeton.
Neue Materialien ermöglichen neue Bauformen und Konstruktionsarten. Was so einfach klingt, ist in der Realität oft ein langer, mühsamer und nicht selten mit Irrtümern gepflasterter Weg. Im Bauwesen dauern Innovationsprozesse aufgrund hoher Anforderungen an Sicherheit und Dauerhaftigkeit und wegen aufwändiger Normungs- und Zulassungsverfahren besonders lange. Dies gilt auch und insbesondere für leistungsfähige Baustoffkombinationen wie Textil- und Carbonbeton, die einen Paradigmenwechsel oder gar eine Revolution im Bauen mit Beton, dem weltweit mengenmäßig wichtigsten Baustoff, mit sich bringen werden. Mit diesen Baustoffkombinationen können gleichzeitig der enorme Ressourcenverbrauch und der CO2-Ausstoß der Bauindustrie wesentlich verringert, aber auch zusätzliche Funktionen erschlossen werden. Erste Bauprojekte mit den neuen Materialien verdeutlichen aber zugleich, dass zunächst weiterhin nach traditionellen, dem Stahlbeton entlehnten Konstruktionsprinzipien gebaut wird, herkömmliche Materialien also lediglich substituiert werden. Erst in Verbindung mit intelligenten Konstruktionsstrategien wird das volle Potential des innovativen Werkstoffs Carbonbeton ausgenutzt. Baustoffgerechte Methoden für das Entwerfen, Modellieren und Konstruieren mit neuen Werkstoffen bedürfen einer tiefergehenden Grundlagenforschung. Um vorhandene traditionelle Entwurfsprinzipien zu hinterfragen, gegenseitige Abhängigkeiten von Materialien zu begreifen und darauf aufbauend eine neue Entwurfs- und Konstruktionsstrategie zu etablieren, ist ein umfassender und ganzheitlicher Ansatz nötig. Nur so können neue, dem innovativen Hochleistungswerkstoff Carbonbeton gerechte Leichtbauprinzipien erarbeitet werden. Zentrale Ideengeber für Bauelementgeometrien sind dabei sowohl die Biologie, hier vor allem Botanik, als auch weitere Fachbereiche wie etwa Mathematik und Kunst. Angestrebt werden Konstruktionsformen aus mineralischen Kompositen, die Kräfte überwiegend durch Normalspannungen abtragen und mit neuen, industriellen, maschinengestützten Fertigungsmethoden hergestellt werden. Die als zielführend erkannten Konstruktionsstrategien ermöglichen eine vollkommen andere Formensprache. Dabei ist die Entwicklung neuartiger Strukturen eng verknüpft mit Fragen der Herstellbarkeit unter Berücksichtigung einer begleitenden produktbezogenen Nachhaltigkeitsbewertung. Losgelöst von heutigen, etablierten Denkmustern sollen die Grundlagen für eine neue Form des Bauens mit Beton auf Basis tiefgreifender Erkenntnisse zum strukturmechanischen Verhalten neuartiger mineralisch basierter Strukturen geschaffen werden. Die neuen Konstruktionsstrategien und Werkstoffkombinationen reduzieren Ressourcen- und Energieverbrauch durch bisher unbekannte Leichtbauprinzipien bei gleichzeitig hoher Gebrauchstauglichkeit, Tragsicherheit und Dauerhaftigkeit und spiegeln sich auch in einer anspruchsvollen Ästhetik wider, die sich zu einer neuen ' Kunst des Bauens' entwickeln wird.
Die Rieder Faserbeton-Elemente GmbH ist Hersteller von Fassadenplatten aus Textilbeton sowie weiteren Betonprodukten für Bahn- und Straßenbau, Lärmschutz und Stützwände. Beton wird aus Wasser, Gesteinskörnung und Zement als Bindemittel hergestellt. Die von der Firma Rieder produzierten „fibreC“-Faserbetonplatten (mit Glasfaser verstärkter Beton) bestehen zu 27 Prozent aus CO 2 -intensivem Portlandzement. Bei der Produktion der Betonplatten fallen derzeit ca. 40 Prozent Verschnitt an. Ziel des Projekts ist die Errichtung einer neuartigen Anlage zur ressourceneffizienten und CO 2 -sparsamen Herstellung von Faserbetonplatten. Verarbeiten soll die Anlage eine neue, vom Unternehmen entwickelte Betonrezeptur „Matrix 3.0“, die Zement teilweise durch die nahezu CO 2 -freien Bindemittel Hüttensandmehl (Nebenprodukt der Roheisenherstellung) und Puzzolane (kieselsäure- und tonerdehaltige Stoffe) ersetzt. Der bei der Plattenherstellung unvermeidbare Verschnitt sowie Fehlproduktion sollen mittels Backenbrecher (Druckzerkleinerung) und Siebung soweit aufbereitet werden, dass eine Gesteinskörnung für die teilweise Rückführung in den Produktionsprozess erzeugt werden kann. Um eine Mehrfachnutzung des Prozesswassers zu ermöglichen, ist eine Wasseraufbereitungsanlage mit Feinstkornfiltration und pH-Neutralisierung vorgesehen. Darüber hinaus soll erstmalig ein in der Leder- und Textilbranche eingesetztes optisches Konfektionierungssystem für die Betonbranche adaptiert werden. Bei Standard- und Sonderschnitten soll damit durch eine optimale Ausnutzung der Platten der bisher anfallende Verschnitt halbiert werden können. Mit der neuen Betonrezeptur kann der jährliche Zementverbrauch um 1.380 Tonnen (54 Prozent) gesenkt werden. Zusammen mit der Halbierung des Verschnitts ergeben sich daraus CO 2 -Einsparungen in Höhe von 1.659 Tonnen (22 Prozent) pro Jahr. Weiterhin können durch das Recycling und die Wiedereinbringung von Verschnitt und Fehlproduktion in den Herstellungsprozess sowie durch den Einsatz des optischen Konfektionierungssystems pro Jahr 1.485 Tonnen an Bausand (22,4 Prozent) und damit auch an Abfall eingespart werden. Die Mehrfachnutzung des Prozesswassers reduziert den jährlichen Frischwasserbedarf um 5.040 Kubikmeter. Das entspricht 32 Prozent des Gesamtwasserbedarfs der Produktion. Branche: Glas und Keramik, Verarbeitung von Steinen und Erden Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Rieder Faserbeton-Elemente GmbH Bundesland: Bayern Laufzeit: seit 2020 Status: Laufend
Ziel des TP A01 (Reese/Simon) ist es, mit Hilfe eines sogenannten modularen Strukturgenerators möglichst viele in der Baupraxis umsetzbare Varianten von bioinspirierten Strukturen aus Carbonbeton zu generieren. Dafür werden die in TP A03 erhobenen Daten verwendet, um einzelne Module von Pflanzen zu definieren, nachzubilden, an bautechnische Anforderungen anzupassen und dann effizient zu berechnen. Basierend auf einer neuartigen Kombination von Substrukturtechnik, Modellreduktion und Kombinatorik wird damit ein Screening-Algorithmus entwickelt, der diese Elemente automatisiert zu biologisch inspirierten Strukturen zusammenstellt.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 179 |
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| Weitere | 3 |
| Wirtschaft | 1 |
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| Zivilgesellschaft | 5 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 179 |
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| License | Count |
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| Topic | Count |
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| Boden | 102 |
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