Labor für Gefügemorphologie
Kontakt und Adresse
Institut für Baustoffe
Georg-Schumann-Str. 7
01187 Dresden
Telefon: +49-(0)351 - 463 36309
Telefax: +49-(0)351 - 463 37268
Direktor
Institutsdirektor
NameUniv.-Prof. Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine
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Besucheradresse:
Von-Mises-Bau, 3. Etage, Raum 315A Georg-Schumann-Straße 7
01187 Dresden
Deutschland
Detaillierte Informationen zu Prof. Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine
Leiter
Professor für zirkuläre und multifunktionale Baustoffe
Nameapl. Prof. Dr.-Ing. Marco Liebscher
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Besucheradresse:
Von-Mises-Bau, 3. Etage, Raum 312 Georg-Schumann-Straße 7
01187 Dresden
Deutschland
Arbeitsgebiete
Gruppenleiter Gefügemorphologie
- Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung zur Charakterisierung von mineralischen Baustoffen,
- Strukturanalyse von Baustoffen mittels physiko-chemischer Methoden:
- ESEM
- EDX
- Pulver-XRD
- DSC/TG
- FT-IR
- Hg-Druckporosimetrie
- Lichtmikroskopie
Schaumbeton zeichnet sich durch geringe Rohdichte und gute Wärmedämmeigenschaften aus. Dies soll zu folgenden wesentlichen Vorteilen gedruckter Schaumbetonwände führen:
- Kontinuierliche und schalungsfreie Fertigung mit geringem Personalaufwand, schnellen Ausführungszeiten und niedrigen Baukosten (direkt auf der Baustelle oder im Fertigteilwerk);
- Verhältnismäßig geringer Masseeintrag in die Gebäudekonstruktion bei ausreichender statischer Tragfähigkeit der Schaumbetonwände;
- Einhaltung der gesetzlichen Regelungen des Wärmeschutzes: Bei hinreichender monolithischer Wandstärke Verzicht auf zusätzliche Wärmedämmung; und dadurch
- Erheblich vereinfachtes Recycling nach dem Nutzungsende des Bauwerks.
Die wissenschaftlich-technische Zielstellungen waren:
- Entwicklung eines Schaumbetons, der 1) pumpbar ist bzw. direkt am Druckkopf geschäumt werden kann, 2) eine ausreichende Grünstand- und Frühfestigkeit für die schalungsfreie Ausformung aufweist bzw. 3) zum schnellen Erstarren angeregt werden kann, 4) weitgehend raumbeständig erhärtet, 5) im erhärteten Zustand hinreichend tragfähig für konstruktive Anwendungen im
mehrgeschossigen Wohnungsneubau ist, und 6) eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist;
- Entwicklung eines Druckkopfes zum 3D-Druck des Schaumbetons;
- Aufzeigen der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Schaumbeton-Drucktechnologie.
Diese Projektziele wurden in folgenden Teilschritten umgesetzt:
- Entwicklung der druckbaren Schaumbetone: 1) Design hochfester Feinmörtel als mineralische Komponente für die Schaumbetonproduktion anhand granulometrischer Optimierung des Kornhaufwerks und Anpassung des Wasseranspruchs, 2) Entwicklung von Schäumen auf Basis eines synthetischen Tensids bzw. eines proteinbasierten Schaumbildners, 3) Schaumproduktion und getrennte Mörtelherstellung mit anschließender Aufschäumung der mineralischen Matrix, 4) Steuerung von Ansteifen und Erstarren sowie der Erhärtungskinetik;
- Design und Umsetzung eines Druckkopfes für Schaumbetone;
- 3D-Druck von Schaumbetonen in der Laboranlage gemäß dem CONPrint3D®-Verfahren;
- Untersuchungen zum Schäumen des Feinmörtels direkt am Druckkopf, wobei eine grundsätzlich andere Mischtechnik verwendet wurde;
- Rheologische Charakterisierung und Prüfung der Stabilität der 3D-gedruckten Schaumbetonwände, Charakterisierung von physikalischen und mechanischen Eigenschaften des erhärteten Schaumbetons;
- Lebenszykluskostenanalyse zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit und Life Cycle Analysis (LCA) zur Bewertung ökologischer und soziologischer Aspekte des Schaumbeton-3D-Drucks im Wohnungsbau.
Für die Herstellung von druckbaren Schaumbetonen wurden zwei Verfahren verwendet: Einmischverfahren und Mischverfahren. Das Einmischverfahren erwies sich als die Vorzugsvariante, bei der die fertig gemischte Matrix und unabhängig davon vorproduzierter Schaum zusammengeführt werden. Durch iterative Rezepturoptimierung wurde z. B. der Schaumbeton A3-CN mit einer Rohdichte von ca. 980 kg/m3 hergestellt. Die Formstabilität des Materials ermöglicht eine zügige mehrschichtige Ablage der Filamente im 3D-Druckverfahren. Mit einer Druckfestigkeit von 8,3 MPa und einer Biegezugfestigkeit von 1,35 MPa des gedruckten Schaumbetons können daraus statisch tragende Wandelemente gebaut werden. Die Wärmeleitfähigkeit der entwickelten Schaumbetone betrug, je nach der Rohdichte, zwischen 0,17 und 0,35 W/mK, die für gute wärmedämmende Eigenschaften stehen.
Die entwickelten Schaumbetone, technologischen und baustofflich-analytischen Prozesse und Verfahren, sowie die Maschinenelemente einschließlich deren Integration stellen elementare Grundlagen dar, die zur großtechnischen und baupraktischen Umsetzung von schalungsfreien Formgebungsverfahren mit Schaumbetonen notwendig sind. Die Projektergebnisse können von Baustoff- und Zusatzmittelherstellern, Baumaschinenherstellern sowie Baufirmen genutzt werden, um mit beschränktem Aufwand aus dem prototypisch nachgewiesenen 3D-Druck von Schaumbeton marktfähige Produkte und Technologien mit ausgeprägten Alleinstellungsmerkmalen weiterzuentwickeln. Die erfolgte positive Bewertung der Wirtschaftlichkeit des Bauverfahrens stellt eine ausgezeichnete Grundlage für deren Überführung in die Baupraxis dar.
- Herr Prof. Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine
- Herr Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. Christof Schröfl
- Herr M.Sc. Viachaeslav Markin
- BBSR Forschungsinitiative Zukunft Bau
- Jens Otto, TUD IBB
- Frank Will, TUD Stiftungsprofessur Baumaschinen
- Kniele GmbH, Kniele GmbH (Deutschland)
- MC-Bauchemie Müller GmbH & Co. KG, MC-Bauchemie Müller GmbH & Co. KG (Deutschland)
- Opterra Zement GmbH Werk Karsdorf, Opterra Zement GmbH Werk Karsdorf (Deutschland)
- BAM Deutschland AG, BAM Deutschland AG (Deutschland)
Wissenschaftliche Mitarbeiter
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
NameDr.rer.nat. Thomas Köberle
Gefügemorphologie
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Besucheradresse:
von Mises-Bau, 4. Etage, Raum 406 Georg-Schumann-Straße 7
01187 Dresden
Deutschland
Technische Mitarbeiter
Technische Mitarbeiterin
NameFrau Dipl.-Krist. Ina Noack
Gefügemorphologie
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Von-Mises-Bau, 3. Etage, Raum 309 Georg-Schumann-Straße 7
01187 Dresden
Deutschland
Arbeitsgebiete
Arbeitsgruppe Gefügemorphologie
- Baustoffliche Analytik
- Pulver-XRD, Dünnschliffpräparation, Lichtmikroskopie
Technische Mitarbeiterin
NameFrau Dipl.-Ing. Annett Willomitzer
Gefügemorphologie
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Von-Mises-Bau, 4. Etage, Raum 406 Georg-Schumann-Straße 7
01187 Dresden
Deutschland
Aufgabenbereich
Arbeitsgruppe Gefügemorphologie
Messungen und Auswertungen zur Porengrößenverteilung, Porenvolumen, spezifische Porenoberfläche, Dichte und Partikelverteilung von Baustoffen (Porosimetrie, Rapid Air)