Die weltweite Veränderung der klimatischen Bedingungen macht eine deutliche Verringerung des globalen Ausstoßes von Treibhausgasen unumgänglich. Der Bausektor und insbesondere die Zementherstellung sind von diesen Entwicklungen nicht ausgenommen, weshalb die Suche nach alternativen, nachhaltigen Baumaterialien verstärkt in den Fokus der Industrie und der Wissenschaft rückt. Im vorliegenden Artikel sollen einige Entwicklungstendenzen aufgezeigt und gewisse Potentiale und besondere Eigenschaften dieser Materialien hervorgehoben werden. Dabei erheben die Autoren mit diesem Aufsatz keinesfalls den Anspruch auf eine vollständige Darstellung aller bekannten Optionen, sondern er soll vielmehr zu neuen Denkansätzen motivieren und Forschungsbedarf aufzeigen.

Dieser Beitrag bietet einen Überblick über den aktuellen Sachstand auf dem Gebiet der additiven Fertigungsverfahren mit Beton, auch 3D-Betondruck genannt. Im Einzelnen wird auf die zugehörige Materialprüfung von druckbarem bzw. gedrucktem frischem, erhärtendem und erhärtetem Beton eingegangen. Außerdem werden mögliche Varianten zur Integration der Bewehrung in die additive Fertigung mit Beton dargelegt.

Mit der neuartigen Bauweise der additiven Fertigung wurden verschiedene Strukturen aus Carbonbeton hergestellt. Die in diesem Beitrag thematisierte Besonderheit ist die Verwendung von Carbonbewehrung mit mineralischer Tränkung, die es ermöglicht, den Verbund zur Betonmatrix zu verbessern und das volle Potential der digitalen Fertigung im Hinblick auf die geometrische Freiheit auszuschöpfen. Nach der Vorstellung des verwendeten 3D-Druckverfahrens und der Tränkung der Bewehrung wird auf die unterschiedlichen Möglichkeiten der Bewehrungsintegration eingegangen. Im Anschluss werden die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen an den mittels der bevorzugten Herstellungsweise gefertigten Prüfkörpern unter Einbeziehen von CT-Aufnahmen diskutiert. Die entwickelte Technologie hat das Potential, den Bauprozess effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten.

Angetrieben von vielversprechenden Effizienzsteigerungen wird der Beton-3D-Druck stetig weiterentwickelt. Um die gewonnenen Erkenntnisse niederschwellig in die Baupraxis zu überführen, empfehlen sich druckbare Betone im Rahmen des geltenden Regelwerks. Dabei stellt die Limitierung des Mehlkorngehalts eine Herausforderung dar. Um diese zu meistern, wird eine verallgemeinerbare, numerisch unterstützte Anwendung der Korngrößenverteilung nach Andreasen und Andersen als Basis für den Betonentwurf vorgeschlagen. Experimentelle Untersuchungen haben eine gute Verbaubarkeit und hinreichende Extrudierbarkeit eines Betons mit einem 16 mm Größtkorn und einem Mehlkorngehalt von 500 kg/m³ demonstriert.

Das Erkennen und die Lokalisierung kritischer Risse ist ein wesentlicher Schlüssel für eine sichere und nachhaltige Bauwerksnutzung. In diesem Beitrag wird ein neuartiges, kostengünstiges Sensorsystem vorgestellt, das zur Echtzeit-Zustandsüberwachung von sowohl neuen als auch Bestandsbauwerken geeignet ist. Erste Ergebnisse zeigen, dass das System prinzipiell in der Lage ist, die Gesamtdehnung eines Bauteiles zu erfassen sowie auftretende Risse zu erkennen und zu lokalisieren. Die Erkennungsgenauigkeit hängt dabei von technischen Parametern ab, wodurch das System auf verschiedene Einsatzszenarien angepasst werden kann.

Während die Zugfestigkeit im Fokus der Forschung am Werkstoff Carbonbeton steht, wurde die Tragfähigkeit des Materials unter Druck bisher kaum untersucht. Aufbauend auf ersten Erkenntnissen zur einaxialen Druckfestigkeit von Carbonbeton werden im Rahmen dieses Projekts scheibenförmige Prüfkörper aus Carbonbeton mit einer kombinierten Einwirkung aus Druck und zusätzlich wirkenden Querdruck- und Querzugbelastungen betrachtet. Dieser Beitrag stellt die ersten Ergebnisse der zweiaxialen Druckbelastungen vor und gibt einen Ausblick auf weiterführende Untersuchungen im Projekt.

Die Wiederverwendung von Carbonfasern gewinnt angesichts steigender Ressourcenknappheit und Klimaschutzbestrebungen zunehmend an Bedeutung. Insbesondere die ganzheitliche Betrachtung von geschlossenen Stoffkreisläufen erreicht im Bauwesen einen immer höheren Stellenwert. Durch das Aufbereiten und In-Form-Bringen von Carbonfasern zu Halbzeugen wird der noch offene Stoffkreislauf geschlossen. Aufgrund von unterschiedlichen technologischen Hürden unterliegt die konstante Herstellung von Stäben und Gelegen aus recycelten Carbonfasern bei gleichbleibender Qualität noch großen Schwankungen. Ziel der Forschung ist die Untersuchung und Charakterisierung von Carbonstäben und Carbongelegen aus recycelten Fasern im Vergleich zu Halbzeugen aus neuen Carbonfasern.

Nature brings lot of possibilities and inspirational ideas in various industries. Many fields of human activity from transportation, energy and electronics derives inspiration from natural structures and systems to be more efficient. The civil engineering and industry of building materials is not an exception. The ongoing joint research project CRC/TRR 280 [1] aimed on looking for a new methodology and approaches in design of light weight and bio inspired structures made of textile reinforced concrete (TRC). Special interest is on shell structures with membrane stresses that brings an extremely favourable span-to-material ratio that in turn means excellent structural performance. The current paper aimed to show the numerical side of the current research project.

Der Einsatz von Betonbauteilen mit nichtmetallischer Bewehrung ist aktuell auf Pilotbauwerke beschränkt. Die Aufnahme der nichtmetallischen Bewehrung in den Annex R der Neufassung des Eurocode 2 zeigt aber deren steigende Bedeutung. Die für das Jahr 2022 geplante Veröffentlichung des Gelbdruckes der DAfStb-Richtlinie „Betonbauteile mit nichtmetallischer Bewehrung“ stellt einen wesentlichen Meilenstein dar, um die baupraktische Umsetzung für den Neubau zu erleichtern. Aus Forschungsprojekten ist über Pilotanwendungen mit vorhabenbezogenen Genehmigungen ein Regelwerk entstanden, das der Tragwerksplanung Vorgaben zur Bemessung und konstruktiven Durchbildung und den Herstellern Angaben zu den für die Anwendung der Richtlinie erforderlichen Kennwerten der Bewehrungen sowie Hinweise für die Bauausführung bereitstellt.

Das Ziel des vorliegenden Projektes war es, eine sortenreine und gewichtsoptimierte Betonbauweise unter Einsatz mineralischer und lastpfadgerechter Faserverbundbewehrungen zur vorwettbewerblichen Anwendung weiterzuentwickeln, um damit neue Geschäftsfelder für KMU im Bereich des Bauwesens zu eröffnen sowie längerfristig den Technologiestandort Baden-Württemberg zu stärken. Dabei knüpft das Projekt nahtlos an die Arbeiten aus dem SPP 1542 – Leicht bauen mit Beton – an. Der vorliegende Kurzbericht fasst die Forschungsergebnisse zusammen. Für eine ausführlichere Beschreibung der Arbeiten sowie die Darstellung der Ausgangslage wird auf [1] sowie auf die Homepage [2] verwiesen. / The objective of the current project is to further develop a weight-optimised concrete construction method using mineral and load-path compatible fibre-composite reinforcements for pre-commercial applications. The outcome of the project could open new business opportunities for small- and mid-size enterprises in the construction sector and, in the longer term, strengthen Baden-Württemberg as a technology hub. The project seamlessly ties in with the previous work from SPP 1542, the results of which are summarised in this short report. For a more detailed description of the work readers are referred to [1] as well as to the homepage [2].