Am 18. Dezember 2025 hat Toni Utech seine Dissertation 👨🎓 mit dem Titel „Organisch/anorganische Schichtstrukturen als bio-inspirierte Grenzschicht zur Optimierung des Verbundverhaltens in Carbonbeton“ erfolgreich verteidigt. Die Veranstaltung fand im sanierten Beyer-Bau der TU Dresden statt.
Abstract:
Das Bauwesen muss nachhaltiger und ressourceneffizienter werden. Ein vielversprechender Ansatz ist der Einsatz von Carbonbeton, der materialminimiertes Bauen ermöglicht. Seine Tragfähigkeit wird jedoch durch das Verbundverhalten unter Last begrenzt. Für den Lastabtrag ist eine effektive Kraftübertragung zwischen Carbonbewehrung und Betonmatrix entscheidend. Sprödes Versagen durch Delamination und Abplatzungen mindert die Sicherheit und Dauerhaftigkeit. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Grenzschicht, deren Eigenschaften das Verbundverhalten maßgeblich beeinflussen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von neuartigen Grenzschichten zur Steigerung der Bruchzähigkeit von Carbonbeton.
Die Natur bietet hierfür hervorragende Vorbilder, deren Grenzschichten aufgrund besonderer schichtweiser Strukturierung zu einem bruchzähen Verbundverhalten neigen. Zum einen die Brick and Mortar- und zum anderen die Layer by Layer-Struktur. Sie bestehen aus harten, spröden anorganischen sowie duktileren organischen Komponenten, die in der jeweiligen Schichtstruktur ein vorteilhaftes Riss- und Verbundverhalten aufweisen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Herstellung und Implementierung bio-inspirierter organisch/anorganischer Schichtstrukturen als Grenzschicht im Carbonbeton sowohl in Modellverbunden auf Mikroebene als auch auf Makroebene. Ziel ist es, den Einfluss dieser Schichten auf das Verbundverhalten hinsichtlich der Bruchzähigkeit zu untersuchen und im Bezug auf ein vorteilhaftes Rissverhalten zu bewerten.
Ausgewählt wurden bio-inspirierte Materialkombinationen aus mineralischen Komponenten mit günstiger chemischer Anbindung an die Betonmatrix sowie Polymeren in wässriger Dispersion, die sich in ihrer Glasübergangstemperatur und mechanischen Eigenschaften von zäh bis spröde unterscheiden. Auf mikroskopischer Ebene konnte der dominante Einfluss der Glasübergangstemperatur in bio-inspirierten Filmen und Beschichtungen nachgewiesen werden. Niedrige Glasübergangstemperaturen begünstigten Rissverzweigung und -überbrückung. In Auszugsversuchen mikroskopischer Einzelfaser-Modelle zeigten zähe Grenzschichten die höchste Auszugsarbeit. Mit zunehmender Steifigkeit der organischen Komponente nahm die Steifigkeit des Auszugs- und die Sprödigkeit des Verbundverhaltens zu. Die Untersuchungen zeigen, dass Brick and Mortar-Strukturen auf Mikro- und Makroebene hinsichtlich Praktikabilität und der Erhöhung der Bruchzähigkeit im Verbund das größte Potenzial bieten. Layer by Layer-Strukturen hingegen sind mit einem höheren Fertigungsaufwand verbunden; die Ausbildung der Einzelschichten erfolgt weniger präzise, wodurch die mechanischen Eigenschaften nur begrenzt gezielt eingestellt werden können.
Lieber Toni, wir wünschen an dir an dieser Stelle viel Erfolg für die weitere wissenschaftliche Karriere und alles Gute für deine Zukunft! 👍🥳