Entwicklung von Hochleistungsaerogelbeton (HPAC)

Die Anforderungen an den Wärmeschutz von Gebäuden sind in den letzten Jahrzehnten deutlich gestiegen. Daher ist die Ausführung einschaliger Außenwände aus Normalbeton nicht mehr praktikabel. Um die bauphysikalischen Anforderungen zu erfüllen, sind deswegen zusätzliche Maßnahmen wie die Ausführung zweischaliger Wandkonstruktionen mit Kerndämmung oder die Anbringung eines Wärmedämmverbundsystems (WDVS) notwendig. Dieses geht jedoch mit wirtschaftlichen, gestalterischen und konstruktiven Nachteilen einher. Einschalige Außenwände aus konventionellen Leichtbetonen erfordern wegen ihrer verhältnismäßig geringen Druckfestigkeiten oder der im Vergleich zu anderen Außenwandkonstruktionen noch immer höheren Wärmeleitfähigkeiten stets sehr große Wanddicken.

Am Institut für Massivbau wurde in Kooperation mit dem Institut für Werkstoff-Forschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) durch Einbettung von Quarzglas-Aerogelgranulat in UHPC-Matrizen ein Hochleistungsaerogelbeton (HPAC) entwickelt. Dieser erfüllt die Anforderungen der Energiereinsparverordnung (ENEV) bereits mit verhältnismäßig geringen Bauteildicken bei baupraktisch relevanten Druckfestigkeiten.

Auf Basis einer großen Mischreihe wurden unter Variation der Ausgangsstoffe und Aerogelgranulatgehalte die Mischungszusammensetzung und das Mischregime im Hinblick auf die mechanischen und bauphysikalischen Festbetoneigenschaften optimiert. Der so entwickelte HPAC weist signifikant höhere Druckfestigkeiten als zuvor entwickelte Aerogelbetone auf. Zudem ist das Verhältnis zwischen Rohdichte und Druckfestigkeit deutlich günstiger als bei herkömmlichen Leichtbetonen. Die Eignung zur Anwendung von HPAC für gradierte und bewehrte Bauteile konnte festgestellt werden. Untersuchungen zum zeitabhängigen Materialverhalten und zum Tragverhalten bewehrter HPAC-Bauteile werden derzeit am Institut für Massivbau durchgeführt.

Für den entwickelten Hochleistungsaerogelbeton wurde das Patent „Hochleistungsaerogelbeton (HPAC)“ angemeldet.

In einem von der Europäischen Union im Rahmen der EFRE-/NRW-Patentvalidierung geförderten Projekt mit dem Titel „Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für Bauteile aus Hochleistungsaerogelbeton (HPAC) mit Bewehrung aus Faserverbundkunststoffen (FVK)“ wird aktuell die Weiterentwicklung von Hochleistungsaerogelbeton für biegebeanspruchte Bauteile untersucht. Die bislang durchgeführten Untersuchungen zum Biege- und Querkrafttragverhalten belegen die grundsätzliche Eignung von HPAC für diesen Anwendungsbereich.

Das Forschungsthema wird dem folgenden Profilschwerpunkt der Fakultät für Ingenieurwissenschaften zugeordnet:
Tailored Materials

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