Betontechnologie und funktionale Baustoffe

© Foto Fraunhofer IBP

Porenbeton

Die Festigkeit von Porenbetonen soll, bei nahezu gleichbleibenden Wärmedämmeigenschaften, deutlich gesteigert werden. Durch Einmischen diverser fester Zusätze in die niedrigviskose Anfangssuspension soll die Tragfähigkeit der entstehenden Porenbeton-Produkte entscheidend erhöht werden. Zu diesem Zweck wurde eine Porenbeton-Laboranlage konstruiert, die sowohl eine breite Variation der Versuchsparameter als auch eine praxisnahe Umsetzung vom Labor- auf den Produktionsmaßstab gewährleisten soll.
Poröse Materialien wirken schallabsorbierend und können die Umgebungsbedingungen in Räumen derart beeinflussen, dass sie Gesundheit, Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit des Menschen fördern. Sie zeichnen sich durch eine hohe Kosteneffizienz, gute akustische Wirksamkeit sowie ausreichende Festigkeit aus. Darüber hinaus ist deren Herstellung besonders einfach. Untersucht wird der Einfluss des Autoklavierprozesses, der Korngrößenverteilung als auch der Menge des Bindemittels auf die Materialeigenschaften des wärmedämmenden Baustoffs.

Faserbeton

Mit Hilfe numerischer Simulationsmethoden soll die Verteilung und Orientierung von Fasern in einem Betonprüfkörper berechenbar werden. Mittels derartiger Vorhersagen von Faserverteilung und -orientierung soll das Entwerfen neuer Bauteile möglich werden, die aufgrund verbesserter Faserverteilungen und einer geringeren Anzahl von Faser-Fehlstellen deutlich verringerte Fasergehalte aufweisen.
Zur voll automatisierten, produktionsintegrierten Bestimmung des Gehalts, der Verteilung und Orientierung von Stahlfasern in Betonteilen wird ein zerstörungsfreies Prüfsystem entwickelt. Grundlage hierfür bildet die Methode der aktiven Thermographie. Mithilfe dieser innovativen Prüftechnologie soll in der Betonfertigteil-Industrie die Fertigungs- und Qualitätssicherung entscheidend verbessert werden, um eine Kosteneinsparung bei Stahlfaserbetonen zu erzielen.

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Recycling, Baustoffe aus Abfallstoffen

Die Aufbereitung von Verbundwerkstoffen mit mechanischen Methoden führt zwar zu einer Zerkleinerung, aber nicht zu einer Trennung in die Einzelkomponenten. Die sogenannte elektrodynamische Fragmentierung ermöglicht es mithilfe von ultrakurzen Hochspannungsimpulsen, Verbundwerkstoffe selektiv in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen. Das Verfahren kann z. B. für Altbeton angewendet werden, um Rohstoffe für die Zementindustrie und hochwertige Zuschläge für Beton zurückzugewinnen. Aus Verbundmaterialien wie Carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK) können die Fasern von der polymeren Matrix abgetrennt werden. Das Verfahren lässt sich ebenfalls zur Trennung komplexer Abfallstoffgemische anwenden, wie z. B. bei Müllverbrennungsschlacke oder Elektroschrott, um wertvolle Bestandteile wie Metalle einer Wieder- bzw. Weiterverwertung zuzuführen. Die selektive Trennung durch die elektrodynamische Fragmentierung stellt eine vielversprechende Alternative zu den bisherigen Aufbereitungsmethoden für die Wiederverwertung dar.

Neue Technologien zur Integration von Abfallstoffen in den Herstellungsprozess von nachhaltigem Beton werden entwickelt, um den Verbrauch nicht erneuerbarer natürlicher Rohstoffe zu verringern. Dabei sollen aus aufbereiteten Abfallstoffen neuartige, leichte, ökologische und kosteneffiziente Baumaterialien entstehen. Diese zeichnen sich durch einen geringen Energieaufwand sowie einen niedrigen CO2-Ausstoß bei der Herstellung aus. Zudem sollen wichtige Parameter wie mechanische Eigenschaften und Wärmedämmung des Baustoffs verbessert werden.

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Ausstattung Betonlabor

Das Betonlabor bietet alle Möglichkeiten, um Beton- sowie Mörtelproben herzustellen und diese anschließend zu prüfen. Zu den Prüfungen zählen sowohl Frisch- bzw. Festbetoneigenschaften als auch mechanische Prüfungen nach DIN Norm, wie Biegezugfestigkeit, Druckfestigkeit und E-Modul.
Im analytischen Labor stehen ein Röntgendiffraktometer und ein Röntgenfluoreszenzspektrometer zur Verfügung. Das Röntgendiffraktometer D2-Phaser mit LynxEye (1D) Detektor ermöglicht die qualitative und quantitative Phasenanalyse an pulverförmigen, aber auch kleinformatigen festen Proben. Die Probenaufbereitung erfolgt dabei in einer McCrone Mikronisierungsmühle. Die Qualität der Pulverdaten genügt den Ansprüchen für eine Rietveld-Verfeinerung zur quantitativen Phasenanalyse. Über den Einsatz eines externen Standards wird zusätzlich die Bestimmung des röntgenamorphen Anteils in einer Pulverprobe ermöglicht, ohne diese zu verunreinigen. Das energiedispersive Röntgen­fluoreszenz­spektrometer mit einem Si-Drift-Detektor ermöglicht die qualitative aber auch quantitative Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Proben. Die besondere Bauweise des Gerätes erlaubt sowohl eine Analyse an Pulverproben als auch an massiven Proben oder Flüssigkeiten. Zusätzlich können mit einem automatischen Titrationsgerät Untersuchungen zum Auslaugverhalten von Böden, Abfallstoffen oder Deponiegut bei konstanten pH-Werten (pH-stat) durchgeführt werden. In einem Spezialofen kann Zement direkt im Labor hergestellt werden.