TU Dresden RWTH Leibniz Institut

Vision

Durch das rasante Wachstum der Weltbevölkerung steigt der Bedarf an gebauten Strukturen mit verschiedensten Funktionen. Diese werden vorrangig aus mineralisch gebundenen Materialien wie Zement errichtet.

Beton ist grundsätzlich einfach, schnell und kostengünstig in der Herstellung, es kann nahezu jede beliebige Form annehmen und wird als eingiger Baustoff auch flächendeckend in Entwicklungs- und Schwellenländern eingesetzt. Er stellt mit Abstand den wichtigsten Werkstoff zur Erstellung von Wohnraum und Infrastruktur dar.

Für die Herstellung von Beton werden jährlich viele Milliarden Tonnen Sand und Kies verbraucht.

Nicht nur die sichtbaren Umweltbelastungen wie den Abbau von Sand und Kies, sondern auch die Herstellung und Weiterverarbeitung des Zements macht ca. 8 % der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen aus.

 

Diese Aspekte des Bauens müssen wir in Anbetracht der begrenzten Rohstoffvorkommen und einer immer mehr steigenden Umweltbelastung ändern! Die zukünftig dringend benötigte Infrastruktur erfordert das Bauen materialminimierter Gebäudestrukturen auf Basis mineralisch gebundener Komposite. Notwendigerweise sind neue Denkweisen, die Änderung bewährter Denkmuster nötig, um unseren natürlichen Lebensraum zu bewahren und den CO2-Ausstoß sowie den enormen Ressourcenverbrauch beim Bauen mit Beton zu reduzieren. Neue Konstruktionsformen und Baustrukturen, inspiriert aus verschiedenen Wissenschaftsbereichen und der Kunst, sind zu erarbeiten. Ziel ist die Entwicklung einer ressourceneffizienten Bauweise auf Basis von überwiegend auf Normalkraft beanspruchten Bauteilen, um mit einer minimalen Menge an Ausgangsstoffen gewichtsminimierte, leistungsfähige und dauerhafte Tragwerke der Zukunft zu gestalten.

Ein gutes Beispiel für effiziente, materialminimierte Tragstrukturen sind die weitgespannten Schalentragwerke, deren Blütezeit im vergangenen Jahrhundert lag. Die fehlende Korrosionsbeständigkeit der Stahlbewehrung und die Komplexität der Herstellung waren zwei Gründe, warum diese Tragsysteme immer seltener errichtet wurden. Die in den vergangenen 25 Jahren vertieft erforschten Hochleistungswerkstoffe wie Textil- oder Carbonbeton sind hoch tragfähig und gleichzeitig korrosionsunempfindlich. Neben der Gewichtsreduzierung durch kleinere Betonabdeckung kann vor allem durch die hohe mechanische Leistungsfähigkeit des Werkstoffs ein erheblicher Anteil des Eigengewichtes eingespart werden. Im Moment werden diese Hochleistungsmaterialien ausschließlich als Ersatzwerkstoff genutzt. Sie werden analog der über 100 Jahre alten Entwurfsprinzipien für Stahlbeton gedacht und verbaut. Der Entwurf und die konstruktive Durchbildung sind immer noch vom traditionellen Denken geprägt.

Auch heute brauchen wir Denkanstöße, um eine adäquate Formensprache und Konstruktionsweise für unsere modernen Hochleistungswerkstoffe zu finden. Die Grundlagenforschung ist Basis, um neue Technologien und Materialien in kreative Visionen umzusetzen. Herausragende Beispiele aus der Architektur der Neuzeit zeigen, dass innovative Baustoffe in Verbindung mit leistungsfähigen Berechnungsmethoden die Errichtung visionärer Bauwerke ermöglichen.
Die Forschung im SFB/TRR 280 zielt darauf ab, dass die neuen Konstruktionsstrategien in Zukunft für eine große Bandbreite von Bauteilen und Strukturen anwendbar sind. Das Hauptziel des SFB/TRR 280 ist es, gänzlich neue Entwurfs- und Konstruktionsmethoden für innovative und nachhaltige Bauwerke zu erforschen, um bereits vorhandene Hochleistungsmaterialien wie Carbonbeton erstmals effizient einsetzten zu können.

Folgende Kernziele sollen erreicht werden:

  • Senkung von Ressourcenverbrauch und Umweltauswirkungen wie z. B. CO2-Emissionen durch neuartige Entwurfs- und Konstruktionsprinzipien und noch effizientere Materialien;
  • längerer Nutzungszeitraum und Nutzungserweiterung durch den Einsatz besonders dauerhafter Materialien und robuste Konstruktionsweisen sowie Modularität;
  • ansprechende ästhetische Formensprache, verbunden mit einem hohen Grad an Multifunktionalität.

In den angestrebten zwölf Jahren Förderung werden Entwurf, Konstruktion, Erprobung und Herstellung von Bauwerken aus mineralischen Baustoffen, auch in Kombination mit anderen Werkstoffen, vollständig neue gedacht. Nach dem auf Materialebene begonnenen Paradigmenwechsel im Betonbau ist eine Revolution im Denken und Entwerfen von Bauwerken erforderlich.

 

„Form follows force“ bedeutet für das Projekt, einen interdisziplinären Ansatz für neue Algorithmen und Methoden zu finden, die alle Prozessschritte eines Bauwerks vom Entwurf bis zur Herstellung inklusive der Material- und Verfahrensentwicklung mit einbezieht. Carbonbeton ist ein Baustoff, der diese aufgezeigten Anforderungen erfüllen kann und so für die neuen Konstruktionsstrategien der Schwerpunkt im geplanten Verbundvorhaben sein wird. Hierbei baut der SFB/TRR 280 auf dem bisherigen Kenntnisstand auf, der einerseits zu einem großen Teil durch materialorientierte Grundlagenforschung im SFB 528 und im SFB 532 erarbeitet wurde, andererseits aus singulären Praxisprojekten und den Forschungen im anwendungsorientierten Projektkonsortium C3 – Carbon Concrete Composite herrührt, welches sich den Abbau von Markteintrittsbarrieren (u. a. Erstellen von Richtlinien u. Zulassungen für Carbonbetonprodukte) zum Ziel gesetzt hat. Um das Potenzial neuer Materialien und Methoden voll auszunutzen, ist die maßgebliche Voraussetzung das Einbinden von Expert*innen aus verschiedenen Fachgebieten – neben dem Bauingenieurwesen auch aus Botanik, Mathematik und Wissenschaftsarchitektur –, die gemeinsame Denkansätze, Sichtweisen und Methoden für einen nachhaltigen Paradigmenwechsel verwirklichen.

Wissenschaftlicher Mehrwert durch Kooperation von Wissenschaftler*innen aus verschiedensten Wissensbereichen
Der interdisziplinäre Ansatz durch die Einbindung von Expert*innen aus bereits etablierten Netzwerken an zwei renommierten Forschungszentren in Deutschland ist die Stärke des SFB/TRR 280. Wissenschaftler*innen der TU Dresden und der RWTH Aachen nehmen weltweit eine führende Rolle auf dem Gebiet des Carbonbetons ein. Die zusätzliche Unterstützung durch das Leibnitz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF) liegt im Design der Grenzschicht zwischen nichtmetallischer Bewehrung und mineralischer Matrix.

Eine intensive Kooperation der Forscher beider Standorte im SFB/TRR 280 befördert die internationale Vorreiterrolle Deutschlands im Bereich dieser hochinnovativen und ressourceneffizienten Technologien.

Sprecher des SFB/Transregios

Manfred Curbach
Sprecher des SFB/TRR 280
Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h.
Technische Universität Dresden
Institut für Massivbau
01062 Dresden
Josef Hegger
Stellvertretender Sprecher des SFB/TRR 280
Josef Hegger
Prof. Dr.-Ing.
RWTH Aachen University, Lehrstuhl und Institut für Massivbau
Mies-van-der-Rohe-Str. 1
52074 Aachen

Standort Dresden

Technische Universität Dresden
Institut für Massivbau
01062 Dresden

www.tu-dresden.de

 

Standort Dresden

Leibniz-Institut für Polymerforschung
Dresden e. V.

Hohe Straße 6
01069 Dresden

www.ipfdd.de

Standort Aachen

RWTH AACHEN UNIVERSITY
Lehrstuhl und Institut für Massivbau
Mies-van-der-Rohe-Str. 1
52074 Aachen

www.rwth-aachen.de