Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton

Vorgefertigte funktional gradierte Wandbauteile

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung rein mineralischer funktional gradierter Wandbauteile, welche in der Lage sind, die Anforderungen an die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit, das architektonische Erscheinungsbild und den Wärmeschutz gleichzeitig zu erfüllen. Dichte und hochfeste Bereiche werden innerhalb des Bauteilquerschnitts mit hochporösen niedrigfesten Zonen durch fließende Porositätsverläufe (Gradierungen) homogen und dauerhaft verbunden. Die Vorteile der angestrebten Lösung liegen in der sehr guten Rezyklierbarkeit (es handelt sich um ein rein mineralisches Bauteil), einer Massenersparnis von über 60 % und einer CO2-Reduktion von über 35 % im Vergleich zu herkömmlichen Massivbauteilen sowie in der Energieeinsparung in allen Phasen des Produkt-Lebenszyklus.

Die wissenschaftlichen Ziele des Forschungsvorhabens sind:

 - Optimierung der Eigenschaften Tragen und Dämmen der Gradientenbetonmischungen für die Anwendung in gradierten Wandbauteilen

 - Weiterentwicklung und Anpassung der Verfahren und Methoden zur automatisierten Herstellung reproduzierbarer Wandbauteile im Fertigteilwerk

 - Reduzierung der Wandstärke von tragenden und gleichzeitig wärmedämmenden Wandbauteilen um ca. 50 %

 - Reduzierung des Materialeinsatzes und damit des Eigengewichts um bis zu 65 % im Vergleich zu tragenden Massivwänden.

 Beim geplanten Forschungsvorhaben kommen unterschiedliche Untersuchungsmethoden zum Einsatz. Diese umfassen eine vorausgehende detaillierte Recherche, betontechnologische Untersuchungen, theoretisch-konstruktive Überlegungen, analytische Berechnungen und numerische Simulationen, Prozessparameterstudien der Betonmischungen zur automatisierten Herstellbarkeit sowie deren Überprüfung und Validierung in Versuchen. Dieses Vorgehen stellt einen iterativen Prozess dar, bei dem sich die Ergebnisse der genannten Untersuchungsmethoden wechselseitig beeinflussen.

Ausgehend von den bekannten Gradientenbetonmischungen werden besonders wärmedämmende Mischungen mit hochporösen Leichtzuschlägen entwickelt und die Frisch- und Festbetoneigenschaften bestimmt. Die Herstellungsverfahren werden auf die Verwendung dieser leichten und schwer automatisiert zu verarbeitenden Mischungen angepasst. Es werden verschiedene Wandaufbauten auf die Erfüllung normativer Anforderungen überprüft. Die Erfüllung der bauphysikalischen und statischen Anforderungen wird auf analytischem und numerischem Wege nachgewiesen. Zur Validierung der Berechnungsansätze werden zunächst skalierte Musterbauteile umgesetzt und geprüft. Die experimentellen Ergebnisse werden mit den theoretischen Berechnungen abgeglichen. Nach erfolgreicher Entwicklung des Herstellungsverfahrens wird, unter Beteiligung der Industriepartner, eine Demonstratorwand im Maßstab 1:1 gefertigt.

Parallel werden konstruktive Aspekte wie die Integration von Öffnungen und Installationen untersucht. Mit dem Partner Betonverband-BW werden Untersuchungen zu den entstehenden Bauteilkosten durchgeführt und - falls erforderlich - vorhandene Marktdaten ausgewertet, um das Marktpotential der gradierten Wandelemente abzuschätzen.