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Neuartige Bauteile mit fließenden Materialeigenschaften

Bauen mit Luft statt Zement

Das Bauwesen verbraucht mehr als die Hälfte der weltweiten Ressourcen an Rohstoffen, Energie und Land. Es ist auch für die Hälfte des Müllaufkommens verantwortlich. Ingenieure am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) haben sich dieses Problems angenommen und Bauteile mit stufenlos veränderten Materialeigenschaften entwickelt. So lassen sich die Bauteile den tatsächlich auftretenden Beanspruchungen anpassen. Die Ingenieure sparen dadurch Material ein und verursachen gleichzeitig weniger Müll, sollte das Bauteil ausgedient haben. Das Projekt wurde aus Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung gefördert.

Beton – eine Mischung aus Zement, Wasser und Gesteinskörnung – ist der dominierende Baustoff im Bauwesen. Je mehr eines hochporösen Materials, zum Beispiel Blähglas oder Aerogel, die ILEK-Mitarbeiter dem Beton als Gesteinskörung beimischten, desto poröser und leichter wurde auch die Betonmischung. Sie schafften es sogar, die Wärmedämmfähigkeit von Styropor zu übertreffen. Für zukünftige Gebäude würde das bedeuten, dass die Betonaußenwände nicht mehr so dick sein müssen, um zu verhindern, dass im Winter warme Luft nach außen und umgekehrt im Sommer nach innen dringt. Die Ingenieure wollen aber nur das Innere der Wand porös haben, die Oberfläche muss wasserdicht, tragfähig und beanspruchbar sein. Mit der am ILEK entwickelten Beton-Sprühtechnik können die Ingenieure solche Wände, aber auch gekrümmte Betonteile mit fließenden Porositätsverläufen fertigen. Die Wände müssen zur Wärmedämmung dann nicht mehr mit Polymerschaum oder anderen Dämmstoffen beklebt werden, die sich bei der Entsorgung schwer wieder trennen lassen.

 


Bei Geschossdecken reicht es, nur zur Mitte hin und an den Stellen, wo die Decke auf der Wand aufliegt, das Betongefüge möglichst dicht auszuführen. Damit hält sie auch den starken Zug- und Druckkräften stand, die in jenen Bereichen auf sie wirken. An den weniger belasteten Stellen kann die Betonmischung stärker mit Luftporen durchsetzt sein. Für Decken müssen die ILEK-Mitarbeiter die Anzahl und Größe der Luftporen fließend in allen drei Raumrichtungen verändern. Die variable Betondichte lässt das Gewicht von Decken und damit auch die Zementmenge um mehr als die Hälfte schrumpfen.
Die Vision der Stuttgarter geht noch weiter: Gewebe aus Glasfasern mit abgestuften Silikonbeschichtungen könnten als Gebäudehülle dienen. Sie würden die Menschen im Gebäude wie bei einer Funktionsjacke vor Regen schützen, gleichzeitig aber den Luft- und Feuchtigkeitsaustausch gewährleisten ohne Zugluft zu erzeugen, wie es bei offenen Fenstern und Lüftungsanlagen der Fall sein kann. In Matratzen und Sitzmöbeln könnte der Schaumstoff künftig aus einem Guss bestehen und trotzdem Zonen unterschiedlicher Härte aufweisen, um einzelne Körperregionen individuell stützen zu können.
Ob Materialien, die in fließendem Verlauf unterschiedlich dicht, durchsichtig, steif oder durchlässig sind: der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt. Selbst ein nahtloser Übergang von Holz nach Aluminium wäre denkbar und würde ein Verschrauben der zwei Materialien überflüssig machen. Denn besonders im Bereich punktueller Verbindungen wie zum Beispiel bei Verschraubungen entstehen Spannungen, die Risse im Material verursachen können. „Auf der anderen Seite ergeben sich auch neue gestalterische Möglichkeiten, da die Bauteilformen nicht länger der Logik homogener Materialien untergeordnet werden“, sagt Pascal Heinz vom ILEK. Hatte sich bisher die Form dem Material unterzuordnen, so ist es mit dem neuen Verfahren möglich, das Material der gewünschten Form anzupassen. Heinz/Braitmaier



Kontakt

Pascal Heinz
Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren
Tel. 0711/685-63798
e-mail: pascal.heinz@ilek.uni-stuttgart.de


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