Leichtes Infrastruktur-Betonfertigteil für den Tiefbau

Das Forschungsprojekt „Leichtes Infrastruktur-Betonfertigteil für den Tiefbau (LIfT)“ setzt sich mit der Entwicklung eines neuen Baumaterials auseinander, die den Anforderungen der heutigen Bauwirtschaft gerecht werden und neue ökologische und ökonomische Vorteile bringen. Hintergrund ist die zunehmende Kritik am traditionellen Beton, der aufgrund hoher CO₂-Emissionen bei der Zementherstellung als klimaschädlich gilt. Dennoch bleibt Beton im Bauwesen unverzichtbar, insbesondere im Tiefbau, wo hohe Anforderungen an Dauerhaftigkeit, Stabilität und flexible Formen gestellt werden. Bislang fehlen alternative Materialien, die sowohl eine umweltfreundlichere Bilanz aufweisen als auch die technischen Ansprüche erfüllen.

Projektziele und Forschungsfragen

Das Projekt LIfT zielt darauf ab, ein leichtes Betonfertigteil speziell für den Tiefbau zu entwickeln, das sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet. Ein zentrales Ziel ist die Entwicklung eines selbstverdichtenden Leichtbetons, der traditionelle Herausforderungen des Materials überwindet: Herkömmlicher Leichtbeton weist beim Einbringen und Verdichten häufig Probleme auf, da die Verdichtung durch die erhöhte Porosität und die wasseraufnehmende Struktur der Gesteinskörnung erschwert wird. Durch selbstverdichtende Eigenschaften kann dieser Arbeitsschritt entfallen, wodurch die Qualität des Endprodukts und die Effizienz der Produktion deutlich verbessert werden.

Ein weiteres zentrales Problem liegt im hohen Gewicht großvolumiger Bauteile, die bislang meist mit Normalbeton gefertigt werden und dadurch erhebliche Transportkosten und CO₂-Emissionen verursachen. Durch die Verwendung eines stabilen Leichtbetons wird das Eigengewicht dieser Bauteile so weit reduziert, dass mehr Bauteile pro Transport bewegt werden können, was die Transportkosten und den CO₂-Ausstoß verringert. So wird eine Lösung geschaffen, die die Herstellung von großformatigen Betonfertigteilen für den Tiefbau wirtschaftlicher und zugleich umweltfreundlicher gestaltet.

Ergänzend sollen in Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften der Hochschule Darmstadt computergestützte Simulationen durchgeführt werden. Diese basieren auf realen Versuchsdaten und werden kontinuierlich angepasst, um das Verhalten des selbstverdichtenden Leichtbetons (SVLB) zu optimieren. Auf dieser Grundlage wird eine Datenbank entwickelt, die den aufwändigen Prozess der Mischungsentwicklung für SVB vereinfacht und beschleunigt. So soll eine effizientere, datengestützte Gestaltung der Mischungen erreicht und der Entwicklungsaufwand reduziert werden.

Projektverlauf

Im Projekt LIfT erfolgt die Entwicklung des leichten, selbstverdichtenden Betonfertigteils (LIfT-Bauteil) in mehreren, gezielt abgestimmten Schritten:

Material- und Rezepturentwicklung: Zunächst wird die Zusammensetzung eines Leichtbetons mit selbstverdichtenden Eigenschaften im Baustofflabor der Hochschule Darmstadt erarbeitet. Dabei wird der Beton so konzipiert, dass er ohne zusätzliche Verdichtung fließt und eine gleichmäßige, porenfreie Struktur ausbildet. Das Hauptaugenmerk liegt darauf, eine Betonmischung zu entwickeln, die trotz reduzierter Dichte hohe Festigkeit und Dauerhaftigkeit bietet, um die spezifischen Anforderungen des Tiefbaus zu erfüllen.
Numerische Simulation und KI-gestützte Optimierung: Die Betonrezepturen werden mittels numerischer Modelle und KI-Technologien weiter optimiert. Durch Simulationen auf verschiedenen Skalen wird die Mikro- und Makrostruktur des Betons analysiert und eine Datenbank erstellt, die den effizientesten Materialmix identifiziert und die Stabilität der Mischung gewährleistet.
Prototypenfertigung und Qualitätssicherung: Basierend auf den optimierten Rezepturen wird ein Prototyp des LIfT-Bauteils gefertigt. Die Prototypen werden umfangreichen Tests unterzogen, um die Oberflächenqualität, Dichte, Dauerhaftigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Umweltbelastungen zu überprüfen.
Praxistest: Schließlich wird die industrielle Umsetzbarkeit untersucht und die Anwendung und Leistungsfähigkeit des LIfT-Bauteils in realen Tiefbauprojekten überprüft, um die Praxistauglichkeit sicherzustellen und ökologische sowie ökonomische Vorteile zu evaluieren.

Das gesamte Vorgehen zielt darauf ab, die technologischen und wirtschaftlichen Potenziale eines umweltfreundlicheren Leichtbetons voll auszuschöpfen und damit eine nachhaltigere Alternative für den Tiefbau zu schaffen.