21.-29.11.2012 Preis: 2595 - BFT International

PANEL 1 → Proceedings
AUTHOR
Dipl.-Ing.
Michael Herrmann
Universität Stuttgart
michael.herrmann@
ilek.uni-stuttgart.de
Geb. 1981; 2001-2007
Studium des Bauingenieurwesens
an der Universität
Stuttgart und
der Universität Calgary,
Kanada; 2007-2009
Tragwerksplaner und
technischer Projektleiter
bei Werner Sobek
Stuttgart und Werner
Sobek Design; seit 2009
wissenschaftlicher Mitarbeiter
am Institut für
Leichtbau Entwerfen
und Konstruieren der
Universität Stuttgart;
Arbeitsschwerpunkte:
Gradientenbeton und
funktional gradierte
Bauteile im Bauwesen;
Projektleiter
Wettbewerb und
Wettbewerbsgewinn
Effizienzhaus-Plus mit
Elektromobilität in
Berlin (BMVBS)
Concrete cubes
showing functional
gradation in one axis
(left) and multiple
axes (center and
right) (Copyright:
ILEK)
Einachsig und mehrachsig
gradierte Betonwürfel
(Copyright:
ILEK)
1
Functionally graded concrete
Research on building sustainably with concrete
Gradientenbeton
Forschung zum nachhaltigen Bauen mit Beton
The functionally graded concrete technology was invented
at the Institut für Leichtbau Entwerfen und
Konstruieren (ILEK; Institute of Lightweight Structures
and Conceptual Design) at the University of Stuttgart.
At this institute, this technology is currently being investigated
and developed further in several research
projects. It enables the continuous adjustment of concrete
properties, such as density, porosity, thermal
conductivity and strength, within the element in accordance
with the specifications and load profiles determined
for the element. Functionally graded concrete
is thus the first solution ever that opens up the opportunity
of completely „optimizing the inside of the
element“. As a result, weight, resource consumption,
waste generation, emissions and energy consumption
during the manufacture of concrete elements can be
reduced far beyond previously achieved levels.
In initial tests carried out at the ILEK, concrete
density could be graded in seven steps by altering the
properties of homogeneous mixes from a fine-aggregate,
structurally impermeable, high-strength concrete
with a compressive strength of 80 N/mm² and a dry
bulk density of approx. 2.25 kg/dm³ to a coarse-aggregate,
no-fines lightweight concrete with a porous
matrix, a compressive strength of 2.5 N/mm² and a
dry bulk density of 0.332 kg/dm³. On the basis of these
homogeneous mix designs, production processes were
developed in a second step that enable the transition
from „stepwise gradation“ to a seamless pattern.
Production
As part of the DFG priority program 733 on graded
materials (1995 to 2003), various microscale processing
techniques were investigated, primarily for plastics,
powder metals and ceramics [1]. Comprehensive series
of tests were carried out to transfer existing processes
and develop new methods suitable for the precast and
construction sectors as part of the research project on
Die Technologie der Gradientenbetone wurde am Institut
für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) an der
Universität Stuttgart erfunden. Sie wird dort derzeit in
mehreren Forschungsvorhaben auf breiter Ebene weiter
erforscht und fortentwickelt. Gemäß dem Anforderungs-
und Beanspruchungsprofil innerhalb eines Bauteils können
mit der Technologie der Gradientenbetone die Eigenschaften
des Werkstoffs Beton, wie die Dichte, Porosität,
Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit, innerhalb des Bauteils
selbst kontinuierlich angepasst werden. Mit gradierten
Betonen wird somit erstmals eine vollständige „Optimierung
des Bauteilinneren“ möglich. Das Gewicht, der Ressourcenverbrauch,
das Müllaufkommen, die Emissionen
und der Energieverbrauch bei der Herstellung von Bauteilen
aus Beton können damit weit über bisher bekannte
Maße hinaus reduziert werden.
In ersten Untersuchungen am ILEK wurde eine schrittweise
Gradierung der Dichte durch die Veränderung der Eigenschaften
homogener Mischungen in sieben Schritten erreicht
– von einem gefügedichten höherfesten Feinkornbeton
mit einer Druckfestigkeit von 80 N/mm² und einer Trockenrohdichte
von ca. 2,25 kg/dm³ hin zu einem haufwerksporigen
Leichtbeton mit porosierter Matrix und einer Druckfestigkeit
von 2,5 N/mm² bei einer Trockenrohdichte von
0,332 kg/dm³. Ausgehend von diesen homogenen Mischungsentwürfen
wurden in einem zweiten Schritt Herstellungsverfahren
entwickelt, die es ermöglichen, die „Gradierung
in Stufen“ in eine nahtlose Gradierung zu überführen.
Herstellung
Im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 733 (1995
bis 2003) wurden verschiedene Herstellungsverfahren im
mikroskaligen Bereich vorwiegend für Kunststoffe, Pulvermetalle
und Keramiken untersucht [1]. Der Übertrag
existierender Verfahren und die Neuentwicklung für den
Bau- und Betonbaumaßstab erfolgte mithilfe umfangreicher
Versuchsserien im Zuge des Forschungsprojekts
„Herstellungsverfahren und Anwendungsbereiche für
16 BFT INTERNATIONAL 02·2012 ↗ www.bft-international.com