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2023 | Book

Ultraleichter, zementgebundener Schaum als Kernwerkstoff von Sandwichelementen

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About this book

Ausgehend von einer Entwicklung thermisch aktivierter Gebäudehüllelemente aus nahezu sortenreinen, zementgebundenen Werkstoffen, die jedoch aus einer tragenden Innenschale mit aufgebrachter Dämmung aus ultraleichtem, mineralisiertem Schaum sowie einer Vorhangfassade aus sehr dünnen, mikrobewehrten UHPC-Platten bestehen, wird die Frage diskutiert, inwiefern sich derartige Bauteile auch als tragende Sandwichelemente umsetzen lassen.

Hierzu wird in einem ersten Schritt der mögliche Kerndämmstoff aus ultraleichtem, zementgebundenem Schaum mechanisch untersucht und die für eine Sandwichanwendung relevanten Werkstoffkenngrößen ermittelt.

Für eine mögliche Berechnung von Sandwichelementen aus mineralisiertem, zementösem Schaum werden aus der Literatur bekannte Sandwichtheorien aufbereitet und im Hinblick auf ihre Anwendbarkeit bei einem derart schubweichen Kernmaterial sowie in Bezug auf den Rechenaufwand und die daraus generierte Genauigkeit der Ergebnisse miteinander verglichen und bewertet.

Im Hinblick auf die Klimaschutzziele sollte bei allen neuartigen Konstruktionen immer auch die Frage des ökologischen Fußabdrucks gestellt werden. Dies erfolgt im Rahmen einer Produktökobilanzierung des mineralisierten Schaumes, durch die Ermittlung der herstellungsbedingten CO2 – äquivalenten Emissionen sowie des Primärenergiebedarfs und eines Vergleichs mit anderen Kerndämmstoffen. Die sortenreine Trennung des Schaumes von den Deckschichten kann für die Kombination mit Stahlbeton nachgewiesen werden.

Die Umsetzung als Sandwichelement erfolgt abschließend mit funktionalisierten Deckschichten aus Wabenplatten, die über eine Trägerschicht aus Gipsputz mit dem Schaum verbunden werden, wobei die hohe Schwindneigung des Schaumes sich aktuell als Hindernis für eine dauerhafte, robuste Umsetzung zeigt.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Der Wärmebedarf und die Wärmeverluste von Gebäuden wurden in den vergangenen Jahrzehnten per Gesetzgebung, in Form von Verordnungen, schrittweise reduziert. Bis 2045 will der Bund die Bundesrepublik Deutschland komplett klimaneutral machen. Daher muss der Gebäudesektor seinen CO2 – Ausstoß bis 2030 um 65 % gegenüber dem Vergleichswert von 1990 sowie seinen Primärenergieverbrauch um 80 % gegenüber 2008 reduzieren.
Andreas Maier
Kapitel 2. Theoretische Grundlagen
Zusammenfassung
Mineralisierter, zementgebundener Schaum, je nach Zusammensetzung auch als Schaumbeton bekannt, ist bereits seit vielen Jahrzehnten Gegenstand der universitären und industriellen Forschung. Jedoch bewegt sich Schaumbeton stets im Schatten des artverwandten Leichtbetons und unterliegt genau wie dieser gewissen Schwankungen in der Forschungs- und Anwendungsaktivität, hervorgerufen durch.
Andreas Maier
Kapitel 3. Untersuchungen zum mechanischen Verhalten von zementösem, mineralisiertem Schaum
Zusammenfassung
Die bisherige, einmalige Verwendung des zementgebundenen Schaumes im Rahmen des Forschungsprojektes Energieeffiziente Fabrik für interdisziplinäre Technologie- und Anwendungsforschung als reine Dämmschicht in einem thermisch aktiviertem Gebäudehüllelement, bedingte eine Konzentration der bisherigen Untersuchungen auf bauphysikalische und herstellungsrelevante Kenngrößen.
Andreas Maier
Kapitel 4. Ökobilanzierung von mineralisiertem Schaum
Zusammenfassung
Mit der Zielvorgabe einer vollständigen Klimaneutralität des Bundes bis 2045 (BUNDESMINISTERIUM FÜR UMWELT, 2021) und den daraus abgeleiteten Vorgaben für den Gebäudesektor, einer Reduktion des CO2 – Verbrauchs um 65 % bis 2030 gegenüber 1990 und einer Reduzierung des Primärenergieverbrauchs um 80 % gegenüber 2008, stellen sich große Herausforderungen an die Anlagentechnik sowie die Transmissionswärmeverlustreduzierung von Neubauten und vor allem Bestandsbauten ein (vgl. Kapitel 2.2.7). Gleichzeitig muss aber der Fokus von einer bloßen Betrachtung des Gebäudebetriebs auch hin zu einer Ressourceneffizienz der eingesetzten Baumaterialien und deren Recycling- und Verwertungspotential hingelenkt werden. Somit bekommen die ökologischen Anforderungen an Baumaterialien gegenüber den technischen und physikalischen Anforderungen mehr an Bedeutung.
Andreas Maier
Kapitel 5. Berechnungsverfahren von Sandwichelementen mit mineralisiertem Schaum
Zusammenfassung
Die in der ETA - Fabrik eingesetzten tragenden Gebäudehüllelemente geben den Anlass zu untersuchen, inwieweit derartige massive Gebäudehüllelemente mit mineralisiertem Schaum als Kerndämmung auch als monolithische Sandwichelemente aus Beton hergestellt werden können und wieweit sich der zementgebundene Schaum in allgemeinen, dreischichtigen Sandwichelementen überhaupt als schubübertragendes Kernmaterial eignet. Daher ist es für die Dimensionierung solcher Bauteile erforderlich, das Tragverhalten von Elementen mit ebenen, dehnsteifen Deckschichten aus ultrahochfestem Beton und einem homogenen, schubweichem Kern, der deutlich dicker ist als die Deckschichten, rechnerisch abbilden zu können.
Andreas Maier
Kapitel 6. Mineralisierter Schaum in der baupraktischen Anwendung
Zusammenfassung
Nachdem in den vorangegangenen Kapiteln die Materialparameterermittlung für mineralisierten, zementgebundenen Schaum als Kernwerkstoff eines Sandwichelementes sowie die verschiedenen analytischen Berechnungsmethoden vorgestellt und mittels Matlab anwendbar gemacht wurden, werden im vorliegenden Kapitel konkrete Überlegungen und Untersuchungen zur Herstellung von Sandwichelementen aus mineralisiertem Schaum durchgeführt.
Andreas Maier
Kapitel 7. Fazit und Ausblick
Zusammenfassung
Die grundlegende Fragestellung dieser Arbeit lautete, ob für baurelevante Anwendungsfälle Sandwichelemente mit zementgebundenem, mineralisiertem Schaum als Kerndämmung umgesetzt werden können und ob deren Schubtragfähigkeit hierfür ausreichend ist.
Andreas Maier
Backmatter
Metadata
Title
Ultraleichter, zementgebundener Schaum als Kernwerkstoff von Sandwichelementen
Author
Andreas Maier
Copyright Year
2023
Electronic ISBN
978-3-658-41724-6
Print ISBN
978-3-658-41723-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-41724-6