Das Projekt "Teilprojekt: Feinbeton mit TiO2 und zementgebundener Klebstoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VDZ gGmbH durchgeführt. Das Forschungsvorhaben ist Teil eines Verbundprojektes, in dem die funktionellen Eigenschaften von TiO2-modifiziertem Textilbeton erforscht werden sollen. Ziel ist die Entwicklung von verklebbaren Fassadenelementen, die unter UV-Lichteinfluss Schadstoff zersetzend wirken sowie selbst reinigende Oberflächen aufweisen. Diese Funktionen werden durch die Zugabe von ultrafeinen TiO2-Partikeln zur Betonrezeptur erzielt. Dieser Aspekt des Verbundforschungsvorhabens wird im Wesentlichen von der RWTH Aachen bearbeitet, wobei der VDZ die Entwicklung einer geeigneten Betonrezeptur unterstützt. Weiteres Ziel des VDZ ist die Entwicklung zementbasierter Klebstoffe, mit denen TiO2-modifizierte Fassadenelemente sicher verklebt werden können. Ausgehend von üblichen UHPC - Rezepturen werden zur Optimierung der Verarbeitungs- und Klebeigenschaften gesichtete Feinsthüttensande bzw. gesichtete Feinstflugaschen sowie handelsübliche grobe Flugaschen eingesetzt. Die Klebeigenschaften werden anhand von Haftzug- und Haftscherversuchen untersucht. Dabei werden die zuvor entwickelten TiO2 - modifizierten Feinbetonrezepturen als Substrat eingesetzt. Um den Einfluss der TiO2 - Modifikation auf die Klebeigenschaften zu untersuchen, werden sowohl unbestrahlte als auch UV-bestrahlte Betonsubstrate verwendet. Die UV-Aktivierung der Betonoberflächen nach der Bestrahlung wird durch Kontaktwinkelmessungen sichergestellt. Die verklebten Elemente werden bei verschiedenen Bedingungen gelagert, die den üblichen Expositionen eines Fassadenelements entsprechen, und anschließend gemäß den üblichen Normen geprüft. Die VDZ gGmbH veröffentlicht die Ergebnisse in Fachzeitschriften und Vortragsveranstaltungen. Die beteiligte Industrie kann die Ergebnisse für Produktentwicklungen nutzen und die Marktakzeptanz steigern.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung eines funktionalen UHPC Inlays für Hybride Werkzeuge für das induktive Heißpressen (UltraPress)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IZM Polycast GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Gesamtvorhaben verknüpft insgesamt fünf Aufgabenfelder. Dabei ist IZM Polycast - zusammen mit der Vorrichtungsbau Giggel GmbH - wesentlich für die Entwicklung des Inlays des Hybrid-Werkzeugs mit integriertem Induktor verantwortlich. Dementsprechend verfolgt das hier beantragte Teilvorhaben die Zielsetzung, ein neuartiges Werkzeug für das Fertigungsverfahren zu entwickeln und dieses den Teilvorhaben der Boyke Technologies und der Eisenhuth für die Entwicklungen/Untersuchungen der Heißpresse und der Zielapplikation zur Verfügung zu stellen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung von textilen 3-D-Kanalstrukturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VISIOTEX GmbH durchgeführt. Vor dem Hintergrund einer klima- und umweltverträglichen Energieversorgung strebt die Bundesregierung eine Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien an. Im Gebäudesektor kann thermische Solarenergie hier einen wesentlichen Beitrag leisten. Das geplante Verbund-Forschungsvorhaben verfolgt den Ansatz, multifunktionale Niedertemperatur-Bauteile in Form von Wänden, Decken oder Böden für Neu- und Altbauten zu entwickeln, die mechanische (z.B. tragende Wand), thermisch aktive (von Fluid durchströmt), thermisch passive (Wärmedämmung) sowie gestalterische Funktionalität (Struktur, Farbe, Beschichtung) aufweisen. Basis ist ein Ultrahochleistungsbeton (Ultra High Performance Concrete, UHPC), der per se bereits zu sehr filigranen, Material sparenden und gleichzeitig hochfesten Bauteilen führen kann. Das geplante Projekt wird als Basis gesehen, die die grundsätzliche Machbarkeit sowohl theoretisch als auch praktisch unter Beweis stellen soll. Es wird angestrebt, im Rahmen des Projekts funktionsfähige Muster etwa der Größe 1-2 m2 herzustellen. Diese sind als Grundlage für eine anschließende Prototypenentwicklung zu verstehen. Erkenntnisse aus Grundlagenuntersuchungen anderer Institutionen zum Thema UHPC, die in den unten genannten Projekten bereits durchgeführt werden, können das hier angestrebte anwendungsorientierte Projekt ergänzen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Analyse des Werkstoffverhaltens an Modellsystemen eines Ultra-Hochleistungsbetons für erhöhte Druck-/Temperaturbedingungen bis 200 °C/15 bar" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung durchgeführt. Die Speicherung von Wärmeenergie ist ein wichtiger Baustein für den Ausbau der erneuerbaren Energien. Die Verwendung von wassergefüllten Tanks aus Beton ist eine kosteneffiziente und einfach umzusetzende Technologie, aufgrund des Siedepunkts von Wasser ist die Energiedichte jedoch auf ca. 70 kWh/m3 begrenzt. Zur Effizienzsteigerung sollen zukünftig Druckwasserspeicher zur Anwendung kommen, die Wassertemperaturen bis 200 °C erlauben und somit einen Sättigungsdampfdruck von 15 bar aushalten müssen. Die für diesen Anwendungszweck erforderlichen Anforderungen an die Dichtigkeit und Festigkeit des Gefüges kann nur der Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) erfüllen. Im Vorhaben sollen durch systematische Versuchsreihen Grundlagen zur Phasenentwicklung bei zyklisch wechselnden Druck- und Temperaturbedingungen erarbeitet werden, aus denen sich Aussagen für das langfristige Werkstoffverhalten ableiten lassen und die eine gezielte Rezepturoptimierung erlaubt. Dabei sollen auch Versuche mit Geopolymeren (z.B. alkalisch aktivierte Hüttensande, Flugaschen und Metakaolin) durchgeführt werden, die calcium- und wasserärmer sind und mit denen noch höhere Temperaturen z.B. für die Speicherung von Anfahrdampf möglich sein könnten. Auf Grundlage der optimierten Rezepturen sollen im 2. Schritt Versuchstanks erstellt werden, die unter realen Bedingungen auf ihre physikalischen und mikrostrukturellen Eigenschaften untersucht werden. Abschließend soll durch den Bau eines Demonstrators die Funktionalität eines UHPC-Tanks nachgewiesen werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung neuer Anwendungen für UHPC im Spezialtiefbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bauer Spezialtiefbau GmbH, Abteilung Bautechnik durchgeführt. Die BST untersucht und definiert im Arbeitspaket 1 die Anforderungen an UHPC, die für die Anwendung im Spezialtiefbau entscheidend sind, um anschließend zielgerichtet dessen Erforschung auf der Nano- und Mikroebene im Rahmen der Arbeitspakete 2 und 3 durchführen zu können (cbm). Bei der Untersuchung stehen neben den mechanischen Eigenschaften auch die ökonomischen und ökologischen Anforderungen im Vordergrund, weil nur eine solche ganzheitliche Betrachtung ermöglicht, die potenzielle Nutzbarkeit von UHPC im Spezialtiefbau sinnvoll und zielgerichtet zu untersuchen. Im Arbeitspaket 5 unterstützt die BST das cbm, die Bauteilwiderstände gegenüber typischen Beanspruchungen im Spezialtiefbau zu definieren. Die erreichbaren Werkstoffeigenschaften geben die möglichen bzw. idealen Anwendungen des Werkstoffs im Spezialtiefbau vor und beeinflussen damit direkt die Definition von Demonstratoren im Arbeitspaket 7. Der Arbeitsplan lässt sich in 7 Arbeitspakete gliedern: 1.Pflichtenheft Werkstoffe im Spezialtiefbau: Ökonomische, ökologische und mechanische Anforderungen 2.Erforschung Zusammenspiel Faser / UHPC-Matrix im Labor 3.Erforschung der mechanischen Eigenschaften im Labor / Nachhaltigkeitsanalyse 4.Bereitstellung und Erforschung der Herstelltechnologie im hochskalierten Maßstab, Gefahrenpotenzial Nanopartikel 5.Erforschung Bauteilwiderstand gegenüber typischen Beanspruchungen aus dem Spezialtiefbau 6.Verifizierung der mikro- und makroskopischen Eigenschaften aus AP2, AP3 und AP5 an Groß-Bauteilen im Labor 7.Definition von mindestens drei Anwendungen und Herstellung je eines Demonstrators inkl. Einbau unter realitätsnahen Bedingungen Die BAUER Spezialtiefbau GmbH plant langfristig, durch die Nutzbarmachung des UHPC das Material Stahl wenn möglich zu ersetzen. Die BST wird sich einen Technologievorsprung erarbeiten, tlw. durch Patente sichern und UHPC im Spezialtiefbau etablieren, so dass auch der Standort Deutschland - auf wissenschaftlicher und unternehmerischer Seite - profitiert;
Das Projekt "Eigenschaften Ultrahochfester Betone mit zementklinkerarmen Bindemittelsystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Materialprüfungsamt für das Bauwesen, Baustoffe, Centrum Baustoffe und Materialprüfung durchgeführt. Das Projekt 'Bindemitteloptimierung' verfolgt das Ziel den hohen Anteil der energieintensiv hergestellten Komponente Portlandzementklinker im ultrahochfestem Beton zu reduzieren. Dabei soll die Verarbeitbarkeit des Frischbetons und das hohe Niveau der 28d-Festigkeiten des Festbetons von über 200 N/mm2 nach einer Wärmebehandlung aufrechterhalten werden. Dies wurde in der 1. Förderperiode zunächst durch den Einsatz von Hüttensandmehl (HSM) und Feinstzement als alternative Bindemittelkomponenten realisiert. Nachfolgend werden die Schwerpunkte der 2. Förderperiode erläutert. Als erstes wurden die HSM-haltigen Betone ergänzend untersucht. Bei der Untersuchung des Hydratationsverlaufes stellte sich heraus, dass mit abnehmendem Zementgehalt dessen Hydradationsgrad steigt und aufgrund der geringeren Portlanditbildung infolge Zementhydratation der Hydratationsgrad des Silikastaubs deutlich abnimmt. Durch die Wärme-behandlung kam die Reaktion des Hüttensandmehles (HSM) vorzeitig zum Stillstand. Der Einsatz verschiedener HSM-Qualitäten beeinflusste die Verarbeitbarkeit der Frischbetone. Auf die Festigkeit wirkt sich die HSM-Qualität nur bei einer Wärmebehandlung der Betone aus. Nach welchen Kriterien Hüttensandmehle zu beurteilen sind und für eine Anwendung im UHPC ausgewählt werden können gilt es noch weiter zu klären. Eine Erhöhung der Alkalikonzentration im HSM-reichen UHPC zur möglichen Aktivierung der HSM-Reaktion wirkte sich negativ auf die Verarbeitbarkeit der Frischbetone aus und hatte keinen entscheidenden Einfluss auf die 28d-Festigkeit der Betone. In der zweiten Förderperiode wurden in einem neuen Schwerpunkt UHPC-Rezepturen mit Flugasche als Bindmittelkomponente entwickelt und untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Zementaustausch durch Flugasche den Wasser- und Fließmittelanspruch der Mischungen verringert. Es konnten bei geeigneter Stoffauswahl mit nur noch 65 % Zement und 35 % Flugasche nach der Wärmebehandlung im Alter von 28 Tagen Festigkeiten von über 220 N/mm2 erzielt werden. Die Erhöhung der Feinheit der eingesetzten Flugasche führte zu einer Festigkeitssteigerung. Beim Austausch des Quarzmehles durch Flugasche ist die Frischbetonqualität von der Feinheit der eingesetzten Flugasche abhängig. Das Festigkeitsniveau der Referenzmischung wurde unabhängig von der eingesetzten Flugaschequalität erreicht. Der Austausch des Silikastaubs durch gesichtete Flugasche führte zu einer Verschlechterung der Verarbeitbarkeit. Das Festigkeitsniveau der Referenzmischung kann durch eine maximale Austauschrate von 50 % bei Wärmebehandlung erreicht werden. Selbst im silikastaubfreien Beton werden Festigkeiten über 200 N/mm2 erreicht. Untersuchungen zum Hydratationsverlauf dieser Mischungen zeigten, dass mit zunehmendem Silikastaubaustausch der Mischung mehr Portlandit viel früher im Beton enthalten war und bei der Wärmebehandlung mehr Zement reagierte. (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung des Compoundmaterials und der UHPC-Rezeptur der Pressform (UltraPress)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines neuartigen Heißpressverfahrens mit einem innovativen Presswerkzeug aus ultrahochfestem Beton (Ultra-high-performance concrete (UHPC)). Über induktive Erwärmung soll dabei Graphit Compound Material, das bei Brennstoffzellen für die Herstellung von Bipolarplatten (BPP) eingesetzt wird, in wenigen Sekunden innerhalb des Werkzeugs erhitzt und gleichzeitig verpresst werden. Das ZBT ist dabei sowohl an der Optimierung des Compoundmaterials als auch an der Entwicklung der Betonrezeptur der Pressform beteiligt. Aufgaben innerhalb des Teilprojektes sind demnach neben der Auswahl einer UHPC-Betonrezeptur mit ausreichend hoher Druckfestigkeit, die Untersuchung der Eignung des gewählten Mix designs hinsichtlich Schwindneigung und Temperaturbeständigkeit. Im Bereich der Materialentwicklung des BPP Compoundmaterials werden für den Heißpressvorgang neue Füllstoffmischungen erprobt, die die geforderten physikalischen Eigenschaften und eine ausreichende induktive Erwärmung aufweisen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Betonoptimierung mit Flugasche und Speicherintegration in den Kraftwerkspark" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VGB PowerTech e.V. durchgeführt. Die Speicherung von elektrischem Strom ist wünschenswert, dürfte sich aufgrund einer ressourcenintensiven Umsetzung für das nächste Jahrzehnt in einem größeren Umfang jedoch noch schwierig gestalten. Die Speicherung von Wärmeenergie gilt hingegen als ein vielversprechender Ansatz. Wasser als Wärmespeicher ist zwar von den verwendbaren Materialien und der Umsetzung her eine relativ einfach umsetzbare Technologie, für saisonale Wärmespeicher ist die Energiedichte jedoch zu begrenzt. Um größere Energiemengen zu speichern, sind entsprechend große Wassermengen notwendig. Dazu müssen Wassertanks konstruiert werden, die zum einen große Mengen Wasser aufnehmen können, zum anderen über einen weiten Druck-Temperaturbereich stabil sind und einer dauerhaften zyklischen Beanspruchung standhalten. Gleichzeitig soll deren Herstellung preiswert und unkompliziert sein. Beton wurde bereits als preiswerter Baustoff solcher Tanks eingesetzt, jedoch konnten dabei lediglich Temperaturen des Wassers bis 95 °C realisiert werden, was die Menge an speicherbarer Energie stark limitiert. Das Vorhaben soll nun grundlegend die Auswirkungen der zyklischen Temperatur-Druck-Belastung auf Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) klären. Hierfür soll untersucht werden, wie die unterschiedlichen Mineralphasen auf die äußeren Bedingungen reagieren, und wie ggf. Modifikationen am Stoffsystem durchgeführt werden können, um die thermische Belastbarkeit des UHPC zu erhöhen. Die Machbarkeit soll anschließend an kleinen Testkörpern (ca. 10L Inhalt) geprüft werden, abschließend wird noch ein größerer Testtank (ca. 100 L Inhalt) erstellt. Um eine entsprechende Effizienzsteigerung beim Energiespeichervermögen zu erreichen sollen Temperaturen bis 200 °C bei einem Druck von 15 bar verwirklicht werden. Der Nachweis, dass der UHPC der zyklischen Belastung dauerhaft stand hält soll die Machbarkeit zur Entwicklung von Energiespeichertanks aus UHPC darlegen.
Das Projekt "Vorhaben: Entwicklung einer Fertigungsmethode für hochpräzise, dünnwandige UHPC-Druckgehäuse mit metallfreiem Dichtungssystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sudholt-Wasemann GmbH Fertigteile und Formenbau durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung großformatiger Druckgehäuse (D größer als 0,5 m) für die Meerestechnik aus korrosionsresistentem, ultrahochfestem Beton (UHPC) für den Einsatz in Wassertiefen bis 6.000 m. Als Ergebnis soll ein Technologiedemonstrator mit integrierter Energieversorgung in Form eines UHPC-Druckgehäuses mit D = 0,65 m vorliegen. Als Referenz der Widerstandsfähigkeit des Betons im aggressiven Meerwasser liegen bereits erste Langzeitversuche mit kleineren Druckgehäusen (D= 0,25 m) im AWI-Testfeld des Forschungsvorhabens. Neben der integrierten Energieversorgung liegt der Fokus auf der Entwicklung eines metallfreien Dichtungssystem auf Epoxidbasis für Einsatzbereiche von 3.000 bis 6.000 m. Mit Hilfe entwickelter Bemessungshilfen soll die Auslegung der Einsatztiefe je nach geplanter Anwendung und erforderlichem Gewicht der Druckgehäuse über die Steuerung des Verhältnisses von Wandstärke zu Außendurchmesser individuell möglich sein. Neben der Energieversorgung von autonomen Systemen sind Verfahren für Exploration, Förderung, Inspektion und Umweltmonitoring in der Tiefsee denkbare Einsatzgebiete der Druckgehäuse. Dabei sind auch die Unterbringung von Datenspeicher- und Kommunikationstechnologien mögliche Anwendungsbereiche. Von der entwickelten Technologie kann neben der Industrie, z.B. beim Abbau maritimer Rohstoffe, auch die Meeresforschung stark profitieren.
Das Projekt "Teilvorhaben: UHPC für Vakuum-Isolations-Bauteile" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von durcrete GmbH durchgeführt. Es soll ein neuartiges Konstruktionssystem für Außenbauteile erforscht werden, welches sehr geringen Materialeinsatz erfordert und extrem hohe Wärmedämmwerte besitzt. Die Vakuum-Dämmschicht ist dabei in die tragende Konstruktion integriert, so dass kein aufwendig herzustellender mehrschichtiger Aufbau erforderlich ist. Das Verbundprojekt ist mit verschiedenen Wirtschaftsunternehmen sowie der Technischen Universität Kaiserslautern als wissenschaftlichem Partner breit aufgestellt.
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