Herstellungsverfahren und Anwendungsbereiche für funktional gradierte Bauteile im Bauwesen

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, das Konzept der funktionalen Materialgradierung (Gradientenwerkstoffe) auf das Bauwesen zu übertragen. Funktional gradierte Bauteile weisen eine kontinuierliche Eigenschaftsänderung in ihrem Querschnitt auf. Die variierende Eigenschaft kann die Porosität/Dichte, der Fasergehalt oder das Materialmischungsverhältnis (Legierung/Blend) sein. Durch die Gradierung wird eine höhere Materialeffizienz erreicht, indem die Materialkomposition den lokalen Anforderungen angepasst wird, anstatt ein ganzes Bauteil nach seiner am höchsten beanspruchten Stelle zu bemessen oder es entsprechend zu formen. Der fließende (gradierte) Phasenübergang beseitigt die Schwachstelle (z.B. unterschiedliche thermische Ausdehnungen) an der Grenzfläche von Funktionsschichten und ermöglicht verschiedene funktionale Zonen in einem Bauteil aus einem einzigen Material. Poröse Bereiche verbessern die Wärmedämmung, ein dichtes Gefüge bietet Wasserdichtigkeit und Raumabschluss, lokale Faserverstärkungen oder Gefügeverdichtungen sind Bereiche erhöhter Beanspruchbarkeit. Es sollen für verschiedene Baustoffklassen (Polymere, Betone, Metalle) mögliche Herstellungsverfahren (Gießen, Schichten, Drucken, ...) und Anwendungsfelder (Tragstruktur, Raumabschluss, Innenausbau, Möbelbau) für funktional gradierter Bauteile untersucht und bewertet werden.