Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Um den energieeffizienten Betrieb eines Geb\u00e4udes nach heutigem Standard zu erm\u00f6glichen, ist der Einsatz von W\u00e4rmed\u00e4mmung obligatorisch. Zu diesem Zweck werden die Au\u00dfenw\u00e4nde l\u00fcckenlos mit D\u00e4mmstoffen verkleidet. Als wichtigste Materialien kommen mit zusammen 80 % Marktanteil Mineralwolle und expandierter Polystyrol Hartschaum (EPS) in Form von D\u00e4mmplatten zum Einsatz. Nahezu alle Geb\u00e4ude sind nach diesem Prinzip des mehrschaligen Wandaufbaus mit einer klaren Funktionstrennung der einzelnen Schichten konzipiert. Mit einem monolithisch einsetzbaren Leichtbetonwerkstoff ist der gesetzlich vorgeschriebene W\u00e4rmeschutz eines Geb\u00e4udes nicht mehr wirtschaftlich zu erreichen. Die Hersteller reagieren mit einer zus\u00e4tzlichen Kernd\u00e4mmung. Diese Vorgehensweise f\u00fchrt jedoch die Vorteile in Konstruktion und Fertigung ad absurdum. Das Forschungsprojekt befasste sich mit der Entwicklung einer Leichtbetonrezeptur auf der Basis von Aerogelen durch die Anwendung von Methoden aus der ultrahochfesten Betonentwicklung (UHPC). Dadurch sollte unter Beibehaltung einer ausreichenden Festigkeit eine au\u00dferordentlich reduzierte W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit erzielt werden. Anschlie\u00dfende Untersuchungen evaluierten die baupraktisch relevanten Materialparameter. Das ITKE konzipierte die baukonstruktive Anwendung des Werkstoffs f\u00fcr typische Detaill\u00f6sungen. Die Verwendung von Betonfertigteil-Wandelementen beinhaltete eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses und f\u00fchrte zu deutlichen Umweltentlastungseffekten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie ma\u00dfgebliche Zeitachse des Projekts ergab sich durch die Arbeitsfelder B und C. Die Evaluation der Materialparameter wurde erst mit Beendung der Materialentwicklung aufgenommen.
\nFeld A \u00d6kobilanz Aerogelbeton – ITKE (11M projektbegleitend)
\nEs wurde eine aussagekr\u00e4ftige \u00f6kologische Bewertung des neuen Werkstoffs geplant, indem als Funktionseinheit 1 m2 Au\u00dfenwand mit definierter D\u00e4mmleistung in verschiedener Ausf\u00fchrung miteinander verglichen wurde. Dazu wurden die verwendeten Materialien und Rohstoffe in der Software GaBi bilanziert.
\nFeld B Entwicklung aerogelhaltiger Leichtbetonwerkstoff – G.tecz (ca. 9M)
\nDie Werkstoffentwicklung erfolgte auf Basis der Quantz\u00ae-Technologie der Firma G.tecz. Mit Hilfe von Versuchen und rechnerischen Algorithmen wurde die Rezeptur entwickelt.
\nFeld C Ermittlung Materialparameter – ITKE, G.tecz, IBP, MPA (ca. 2,5M)
\nEs wurde untersucht: Druck- und Biegezugfestigkeit; E-Modul; W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit ?; Abwitterung durch Frost-Tauwechsel; Schwinden und Kriechen, Bewehrungsverbundverhalten und Feuerwiderstand.
\nFeld D Konstruktionskatalog – ITKE (1M projektbegleitend erstellbar)
\nDer Konstruktionskatalog zeigte eine Reihe von Konstruktionsvorschl\u00e4gen, um die vereinfachte bauliche Ausf\u00fchrung zu demonstrieren.
\nFeld E Projektdokumentation – ITKE, G.tecz, IBP, MPA (1M)
\nDie Ergebnisse der Arbeitsfelder A-D wurden in einem gemeinsamen Abschlussbericht auf Basis der Teildokumentationen zusammengestellt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen dieses Projekts wurde die Entwicklung einer neuen Materialzusammensetzung, welche sich von bestehenden Patentl\u00f6sungen unterscheidet, betrieben, die durch die Optimierung der Materialeigenschaften Festigkeit, W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit und Verarbeitbarkeit einen praxistauglichen Leichtbeton unter Verwendung eines Aerogelzuschlags zum Ziel hat. Das lufth\u00e4rtende Material weist bei einer Trockenrohdichte von 520 kg\/m3 eine Druckfestigkeit von 2,5 N\/mm2 und eine W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit von 0,09 W\/mK auf. Der Aerogelgehalt betr\u00e4gt dabei 65 Vol%. Die Materialeigenschaften des gef\u00fcgedichten Werkstoffs sind das Ergebnis einer Packungsdichteoptimierung. Das Material l\u00e4sst sich innerhalb einer Mischzeit von 4 Minuten in herk\u00f6mmlichen Mischwerkzeugen herstellen. Der mineralische D\u00e4mmzuschlag Aerogelgranulat ist nicht brennbar, offenporig und hydrophobiert. Die wasserabweisenden Eigenschaften f\u00fchren beim Einmischen zu einer durchgehenden Hydrophobierung des Betons. Durch die Frost-Tauwechselversuche konnte keine messbare Abwitterung festgestellt werden, was auf die wasserabweisende Eigenschaft des Materials zur\u00fcckgef\u00fchrt werden kann. Es ergab sich auch keine messbare innere Gef\u00fcgest\u00f6rung. Brandversuche haben gezeigt, dass das Material hohe Temperaturen ohne explosionsartiges Versagen verkraftet und ab einer Temperatur von 2.000 \u00b0C zu schmelzen beginnt. Der statisch bestimmte E-Modul des Materials betr\u00e4gt 1.100 MPa. Der Mittelwert der maximalen Verbundspannung konnte mit 0,9 N\/mm2 bei 0,02 mm Schlupf festgestellt werden.
\nRecyclingversuche ergaben ein geeignetes Materialr\u00fcckgewinnungsverfahren der Aerogele durch grobes Vorbrechen und dem Brechen mit einem Backenbrecher auf einen m\u00f6glichst kleinen Durchmesser. Ab 2 mm Korndurchmesser ergab sich eine Trennung von Zementmatrix und Aerogelen.
\nEin Vergleich bisher durchgef\u00fchrter Studien ergab keinen Hinweis auf ein erh\u00f6htes Krebsrisiko durch amorphe Silikaverbindungen, aus denen Aerogele bestehen. Aerogele enthalten keine umweltsch\u00e4dlichen und krankheitserregenden Zusatzstoffe. Bei der Verarbeitung m\u00fcssen Schutzma\u00dfnahmen bez\u00fcglich einer erh\u00f6hten Staubschutzentwicklung getroffen werden. Der Mischungsentwurf wurde auf eine minimierte Staubentwicklung optimiert. Unterkritisch hergestellte Aerogele werden aus Nebenprodukten der chemischen Industrie in einem niederthermischen, nasschemischen Prozess gefertigt, was ihre \u00d6kobilanz positiv beeinflusst. Vom Hersteller gab es keinerlei Unterst\u00fctzung, eine \u00f6kobilanzielle Betrachtung des Materials aufzustellen. Ver\u00f6ffentlichte \u00d6kobilanzen f\u00fcr \u00fcberkritisch hergestelltes Aerogel zeigen keinen Vorteil in der gew\u00e4hlten funktionalen Einheit. Eine Vergleichbarkeit zwischen den beiden Produktionswegen ist jedoch aufgrund der gro\u00dfen Unterschiede kaum gegeben. Fachgespr\u00e4che mit verschiedenen Institutionen ergaben, dass die \u00f6kobilanzielle Betrachtung sowie Untersuchungen bez\u00fcglich des Gesundheitsgef\u00e4hrdungspotentials des Materials derzeit keinen Forschungsgegenstand darstellen. Die Langzeituntersuchung zeigte, dass das Material ein sehr gro\u00dfes durch die \u00e4u\u00dferen Umgebungsbedingungen stark beeinflusstes Schwindverhalten aufwies. Die Kriechversuche wurden aufgrund dieser Einfl\u00fcsse nach 140 Tagen ergebnislos abgebrochen.
\nEine Darstellung verschiedener Standarddetails zeigt das Vereinfachungspotential der Konstruktion bei der Verwendung eines durchgehend ged\u00e4mmten Wandaufbaus.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Forschungsergebnisse werden in Form eines Fachthemas in der Zeitschrift Beton- und Stahlbetonbau ver\u00f6ffentlicht. (geplant 2012)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Leichtbeton mit Aerogelzuschlag weist eine hervorragende W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit bei ausreichender Festigkeit auf, um als monolithischer Wandbaustoff f\u00fcr tragende Au\u00dfenbauteile eingesetzt werden zu k\u00f6nnen. Die hydrophoben Materialeigenschaften verleihen dem Material eine wasserabweisende und verschmutzungsresistente Oberfl\u00e4che, die sehr gut als Sichtbeton ohne weiteren Fassadenaufbau ausgef\u00fchrt werden kann. Das Material erweist sich jedoch aufgrund der reaktiven Anteile und des fehlenden stabilisierenden Kornger\u00fcsts als sehr anf\u00e4llig gegen\u00fcber \u00e4u\u00dferen Einfl\u00fcssen wie etwa Feuchtigkeits\u00e4nderung.<\/p>\n
Die sehr gro\u00dfe Schwindneigung kann durch den Austausch eines Zementanteils durch nichtreaktive Komponenten deutlich reduziert werden. Die Mikrorissbildung reduziert sich, womit ebenfalls eine Steigerung der Festigkeitswerte einhergeht. Aerogele k\u00f6nnen als Feststoffporen in der Betonmatrix interpretiert werden. Die lastabtragende Funktion obliegt vollst\u00e4ndig der Matrix. Der nichtreaktive Anteil tr\u00e4gt zu einem Aufbau eines inkompressiblen Kornger\u00fcsts bei. Die ersten Versuche zeigten bei einem volumengleichen Austausch eines Zementanteils durch nichtreaktive Stoffe und der \u00c4nderung der Zementart eine Steigerung der Festigkeitsentwicklung auf 5 N\/mm2. Auf diesem Weg sollte ein verbessertes Langzeitverhalten in Form einer reduzierten Schwind- und Kriechverformung erzielt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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