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ARCHIKON 01.03.2017 – KREISLÄUFE: Konstruktionen, Baustoffe, Prinzipien

Nachhaltiges Bauen mit Beton

Dr.-Ing. Walter HaaseInstitut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren

Universität Stuttgart

Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Werner Sobek

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Warum Leichtbau?

Bausektor ist aktuell verantwortlich für:

• 35 % der Emissionen

• 35 % des Energieverbrauchs

• 60 % des Ressourcenverbrauchs

• 50 % des Massenmüllaufkommens

bei gleichzeitigem:

• Bevölkerungswachstum

• Ressourcenverknappung

the endless city (Foto: Stuart Franklin)

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Ziele für das Bauwesen

• Minimierung des Eigengewichts einer Konstruktion

• Reduktion der im Bauteil gebundenen Energie (Fossilerzeugte Energie)

• Entwicklung vollständig rezyklierbarer Bauweisen

• Steigerung des Vorfertigungsgrades von Bauteilen

Aktivhaus B10 (Quelle: Zoey Braun)

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Notwendigkeit im Betonbau

• Beton ist der weltweit meistverbrauchte Werkstoff

• Die Zementproduktion ist verantwortlich für ca. 7% der weltweiten CO2-Emmisionen

Hoher Bedarf an leichten, rezyklierbaren und vorgefertigten Bauteilen

Weltweite Zementproduktion in Mrd.t (Quelle: USGS)

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Lösungsansätze aus dem Leichtbau

• Optimierung der äußeren Form

• Bewusste Gestaltung des Bauteilinnenraumes

Gradientenbeton

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Gradientenwerkstoffe

Als Gradientenwerkstoffe werden solche Materialien bezeichnet, bei

denen sich eine oder mehrere Eigenschaften, beispielsweise die Härte,

die Dichte, die Porosität oder die chemische Zusammensetzung in

mindestens einer Raumrichtung über eine bestimmte Länge

kontinuierlich ändern.

Gradientenbeton

Gradientenbeton bezeichnet ein Konstruktionsprinzip, bei dem durch die gezielte

Platzierung von Poren im Inneren des Bauteils, das Eigengewicht einer Konstruktion

unter Einhaltung von geforderten Anforderungen (Tragfähigkeit, Bauphysik, …)

drastisch reduziert werden kann bei sortenreiner Rezyklierbarkeit.

(Quelle: J. Rödel; Verfahren zur Herstellung von Gradientenwerkstoffen, Patent DE4435146, 1996)

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Micro-EbeneLeichtzuschläge (1-10 mm)

Meso-EbeneMineralische Hohlkugeln (10 - 250 mm)

Gradientenbeton

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Gradientenbeton

Betontechnologie:

• Kontinuierliche Änderung der Betonporosität

• Substitution schwerer Zuschlagsstoffe durch Leichtzuschlag

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Gradientenbeton

Herstellungstechnologie:

• Volumenspezifische Überlagerung zweier Betonbasismischungen mit stark unterschiedlichen Eigenschaften

• Materialapplikation im Sprühprozess

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Gradientenbeton

Herstellungstechnologie:

• Betonverfahrenstechnik

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Gradientenbeton

Herstellungstechnologie:

• Applikationstechnik

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Gradientenbeton

Herstellungstechnologie:

• Zentrifuge

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Gradientenbeton

Anwendungsbereiche:

• Gewichtsreduzierte, monofunktionale Bauteile

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Gradientenbeton

Anwendungsbereiche:

• Gewichtsreduzierte, monofunktionale Bauteile

force

Druck Zug

Kraft

Druck Zug

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Gradientenbeton

Anwendungsbereiche:

• Gewichtsreduzierte, multifunktionale Bauteile

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Gradientenbeton

Anwendungsbereiche:

• Gewichtsreduzierte, multifunktionale Bauteile

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Gradientenbeton

Anwendungsbereiche:

• Segmentierte, offenporige Schalentragwerke

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Gradientenbeton

Lebenszyklus: Bilanzierung:

Geschossdecke

30% Masseneinsparung

10% CO2-Einsaprung

10 geschossiges Gebäude

50% Masseneinsparung

20% CO2-Einsparung

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???

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