MultiLC Multifunktionale Leichtbetonbauteile mit inhomogenen Eigenschaften

Transkript

1 Berlin, Multifunktionale Leichtbetonbauteile mit inhomogenen Eigenschaften Dietmar Stephan, TU-Berlin 1

2 Motivation baustoffwissen.de FV WDVS konrad-fischer-info.de sto.de 2

3 Motivation bild.de baulinks.de Garbsen, 2012 Brand EPS-Lager Austrotherm, Juli 2016 Brand Roubaix,

4 Motivation 4

5 Ausgangspunkt: Infraleichtbeton (ILC) Idee: Monolithisches Bauen Tragendes und wärmedämmendes Material als Bauwerkshülle Einfach und schnell Beständig Ökonomisch Energieeffizient Nachhaltig ILC Einfamilienhaus,

6 Ziel ILC mit über den Querschnitt variierenden Eigenschaften Photokatalytische Schicht zum Abbau von Luftschadstoffen Aktive Dämmung 6

7 Arbeitsgruppen Betontechnologie Tragverhalten Bauphysik FG Baustoffe und Bauchemie FG Entwerfen und Konstruieren - Massivbau FG Bauphysik und Baukonstruktionen 7

8 Konzept Varianten der Bauteilkonfigurationen: fester Kern feste Schale einseitige Verstärkung einseitige Verstärkung mit Deckschicht Schale Kern 8

9 Betontechnologie Schale: Tragend LWC: F c > 17 MPa (LC 12/13 + 4) Dichte > 800 kg/m³ (EN 206-1) Kern: Dämmung Schaumbeton oder ILC: F c > 2 MPa Dichte: so gering wie möglich Drei Arten Beton: Leichtbeton (LWC) für die Schale Infraleichtbeton (ILC) für den Kern Schaumbeton für den Kern Schale Kern 9

10 Betontechnologie 4 unterschiedliche leichte Gesteinskörnungen: Liapor (Blähton) Liaver (Blähglas) Ecoglas (Schaumglas) Vulcamix Eigenschaften der leichten Gesteinskörnungen Material Dichte (kg/m³) Kornfestigkeit (N/mm²) Liapor 0-2 Liapor 1-4 Liapor 2-6 Liaver Liaver 1-2 Liaver 2-4 Liaver 4-8 Ecoglas 0-2 Ecoglas 2-5 Ecoglas 5-8 EN , EN , DIN V Vulcamix > 3 > 0,90 > 2,6 > 2,4 > 2,1 > 1,9 - > 1,0 > 1,0-10

11 Betontechnologie Wärmeleitfähigkeit Druckfestigkeit 11

12 Betontechnologie Wahl des Leichtzuschlages Efficiency Factor High Performance LWC > 70 12

13 Betontechnologie ρ= 430 kg/m³ λ= 0,088 W/mK Fc= 5,5 MPa 13

14 Betontechnologie Schaumbeton (Beispiel) Eirich-Mischer für den Zementleim Eimermischer für den Schaumbeton Dichte Leim = 1850 kg/m³ Dichte Schaum = 36 kg/m³ Leim : Schaum (Volumen) = 1:4 w/b = 0,40 (FM = 1,5 M.-%) Frischdichte = 350 ± 10 kg/m³ Ausbreitmaß = 550 mm Trockenrohdichte = 250 kg/m³ Druckfestigkeit (28 d) = 2,2 MPa 200 kg/m³ 14

15 Betontechnologie Modellierung von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit Analyse Modellierung 15

16 Betontechnologie Modellierung von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit: anisotrope Poren 16

17 Betontechnologie Modellierung von Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit Bestimmung thermischer und mechanischer Eigenschaften durch Experiment/Modellierung 17

18 Tragverhalten Ziele AG Tragverhalten: Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens als Grundlage für ein Bemessungskonzept W ände Balken konstruktive Durchbildung (Anschlüsse, Kraftfluss, Detailplanung usw.) 18

19 Tragverhalten Experimentelle Untersuchungen Wände 19

20 Tragverhalten Experimentelle Untersuchungen Wände: DMS 6 - unterschiedliche Belastungsvarianten - Lastausbreitung von äußeren Tragschalen in die Kernschichten - Verbundverhalten zwischen Schale und Kern DMS 5 DMS 3 DMS 2 WG 5 WG 2 DMS 7 DMS 4 20 WG 1 DMS 1

21 Tragverhalten Experimentelle Untersuchungen Balken: 21

22 Tragverhalten Experimentelle Untersuchungen Balken: - Ermittlung des Rissmoments, des Fließmoments und der maximalen Traglast - Gegenüberstellung rechnerischer und experimenteller Ergebnisse - Verifizierung zutreffender Berechnungsmethoden 22

23 Tragverhalten Konstruktive Durchbildung - Simulation Deckeneinbindung Modellierung Knoten in Statiksoftware Variante gelenkig/biegesteif über Querfedersteifigkeit im Kontaktbereich 23

24 Tragverhalten Konstruktive Durchbildung - Simulation Deckeneinbindung Analyse des Tragverhaltens mittels Stabwerkmodellen (gelenkiges Modell) Druckstrebe Zugstrebe 24

25 Bauphysik 25

26 Bauphysik Integration der Kapillarrohrmatten in Demonstatoren, Abstand von 5cm zur äußeren Oberfläche Anschluss der Matten nach Tichelmann um den Druckabfall so gering wie möglich zu halten ILC kg/m³: 26

27 Bauphysik München 27

28 Bauphysik Integration von Kapillarrohrmatten zur aktiven Wärmedämmung Simulationen zur Bestimmungen des effektiven U-Werts unter Variation der Vorlauftemperatur (Quelle z.b. Grauwasser, Grundwasser) 28

29 Bauphysik Herstellung Demonstratoren für Tests 29

30 Bauphysik Prüfung von 2 Demonstratorwänden: (3-schichtig) (homogen) Oberflächentemperatur Wand 1 (3-schichtig) Wärme-KälteZyklus 30

31 Bauphysik Aufbau hydraulisches System Demonstratoren Versuche Wärmepumpe Boiler Pufferspeicher Rückkühler Rückkühler Wärmepumpe Pufferspeicher 31 Aktivierung

32 Bauphysik 32

33 Ausblick Herstellung weiterer Demonstratorwände Anfang 2018, anschließende Untersuchung im EOTA-Prüfstand exemplarischen Untersuchungen an kleineren Demonstratoren zur baukonstruktiven Gestaltung von z. B. Fugen und Anschlüssen Prüfung von Wandabschnitten hinsichtlich ihrer Schlagregentauglichkeit mittels realitätsnaher Schlagregenuntersuchungen im entsprechenden Prüfstand des FG Bauphysik und Baukonstruktion Dokumentation der Ergebnisse des Gesamtprojektes im Abschlussbericht Ende

34 Verbundpartner gefördert durch: Laufzeit: bis