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Arbeitsgruppe Betontechnologie

In der modernen Beton- und Stahlbetonbauweise sind in den vergangenen Jahren die Anforderungen an die eingesetzten Betone stetig gestiegen. Die Einsatzgebiete werden vielfältiger und spezieller, wodurch auch der Anspruch an die Bauausführung immer größer wird. Daher werden speziell auf das Bauvorhaben und Einsatzgebiet abgestimmte Betonzusammensetzungen benötigt, deren Eigenschaftsprofile individuell angepasst werden. Neben den üblichen normativen Anforderungen aus den Einwirkungen auf ein Bauteil sind daher weitere baustellenrelevante Frischbetoneigenschaften notwendig, um ein bestmögliches Ergebnis zu erzielen. Dazu rücken die Verarbeitbarkeit (Fließfähigkeit, Mischungsstabilität, Robustheit), die Oberflächenqualität (Sichtbeton, Dauerhaftigkeit) sowie zunehmend auch die Nachhaltigkeit (Ressourcenschonung, CO2-Reduzierung) in den Vordergrund der modernen Betontechnologie.

Um den wachsenden Aufgaben mit Lösungen zu begegnen, legen derzeit fünf wissenschaftliche Mitarbeiter ihren wissenschaftlichen Fokus auf verschiedene Bereiche der Betontechnologie. Durch das so stetig wachsende und breitgefächerte Wissen kann das Team stets am Puls der Zeit  neue Ansätze entwickeln und ist daher immer interessiert an neuen Forschungsprojekten sowie Industrieaufträgen.

Rückblick

Seit Herr Prof. Dr.-Ing. L. Lohaus 2001 die Leitung des Instituts für Baustoffe übernommen hat, sind nunmehr fünf Dissertationen im Bereich der Betontechnologie entstanden.

Schon die erste Dissertation im Jahr 2001 von Dr.-Ing. Thomas Freimann zum Thema „Einfluss von Steinkohlenflugaschen auf das rheologische Verhalten von Zementleimen und -mörteln“ spiegelt die enge thematische Verknüpfung der Baustoffforschung am IfB mit den Anforderungen und Problemstellung der Praxis wieder. So ist die Verarbeitbarkeit von Frischbeton eine der wichtigsten Eigenschaften für den Betoneinbau auf der Baustelle. Sie wird maßgeblich von den rheologischen Eigenschaften und damit der Zusammensetzung der Leim- und Mörtelphase gesteuert. Freimann untersuchte hierzu systematisch den Einfluss der Zugabe von Steinkohlenflugasche (SFA) auf Leim und Mörtel.

Auch im weiteren Verlauf der Forschungsarbeiten am Institut für Baustoffe war die Verarbeitbarkeit von Betonen ein wichtiger Forschungsschwerpunkt. Ein hohes Potential zur Verbesserung der Einbaubarkeit unter schwierigen Bedingungen bieten hierfür die Selbstverdichtenden Betone. Neben der Einstellung der fließfähigen Eigenschaften und der Stabilität im Entwurf von Selbstverdichtenden Betonen stellt vor allem die Robustheit der Betone gegenüber äußeren Einflüssen wie Wassergehaltsschwankungen ein große Herausforderung dar. Als Teilergebnis der bis dahin abgeschlossenen Forschungsarbeiten formulierte Dr.-Ing. Holger Höveling in seiner Dissertation „Robustheit von Selbstverdichtendem Beton (SVB)“ im Jahr 2006 Regeln für die Zusammensetzung von SVB gegenüber Wassergehaltsschwankungen. Zudem wurde eine Modellvorstellung für die Empfindlichkeit gegenüber Wassergehaltsschwankungen dargestellt. Bis heute stellt die Entwicklung hochfließfähiger Betone mit erhöhter Mischungsstabilität und Robustheit am Institut für Baustoffe ein Kernforschungsgebiet dar.

Gerade im Bereich der Entwicklung von robusten Sichtbetonzusammensetzung und der zielsicheren Herstellung von hochwertigen Sichtbetonoberflächen konnten viele Fortschritte erzielt werden. Einen weiteren Meilenstein in der Entwicklung stellt hier die Dissertation von Frau Karen Fischer aus dem Jahre 2013 mit dem Titel „Betontechnische Einflüsse auf das Erscheinungsbild von Sichtbetonflächen bei Zementleimleckagen“ dar, in der Voraussetzungen für den Entwurf robuster Sichtbetonzusammensetzungen beschrieben werden.

Die Stabilität spielt ebenfalls im Entwurf von zementgebundenen Schäumen eine wichtige Rolle. Auf diesem speziellen Anwendungsfeld erarbeitete Dr.-Ing. Jens-Uwe Pott 2006 in seiner Dissertation „Entwicklungsstrategien für zementgebundene Schäume“ theoretische Grundlagen und Voraussetzungen für die Zusammensetzung zur Einbringung von Luft in Zementleime. Die Ansätze können sowohl für die Herstellung aufgeschäumter Zementleime, als auch für die Entwicklung von Leichtzuschlagschaumbetonen in Verbindung mit sehr leichten Zuschlägen, wie Blähglas, genutzt werden.

Zunehmend rücken im Zuge der Nachhaltigkeitsdebatte und für spezielle Anwendungsgebiete auch alternative Bindemittel in den Blickpunkt der modernen Bindemittelforschung. Ein hohes Potential wird in der Entwicklung alkali-aktivierter Zemente gesehen. Grundlagen zu Verständnis und Steuerung der chemischen, mechanischen und strukturellen Eigenschaften lieferte hierfür Dr.-Ing. Fongjan Jirasit 2010 in ihrer Dissertation „Chemical, Mechanical und Microstructural Properties of Alkali-Activated Cement“.

Forschung

Aktuelle Forschungsthemen im Bereich der Arbeitsgruppe Betontechnologie:

  • Entwurf von bauaufgabenspezifischen Hochleistungsbetonen
  • Optimierung der Stabilität von fließfähigen Betonzusammensetzung
  • Bilanzierung und Reduzierung der CO2-Last in der Betonbauweise
  • Untersuchung und Entwicklung von Vermeidungsstrategien der Farbtonungleichmäßigkeit an Sichtbetonoberflächen
  • Entwicklung von Korrosionsschutzmörtel für Offshore-Windenergieanlagen (Details)

Aktuelle Forschungsprojekte

  • Entwicklung entmischungsstabiler Sichtbetone und darauf abgestimmter neuer Verarbeitungstechniken für die zuverlässige und wirtschaftliche Herstellung anspruchsvoller Sichtbetonbauteile (Details)
  • Betonbauweise mit verminderter CO2-Last (Details)
  • Optimierungs- und Entwurfsstrategien von Beton für das Pumpen über lange Förderwege (Details)

Industrieforschung:

  • Entwurf von Betonen mit bauaufgabenspezifischen Eigenschaften
  • Entwicklung von Sichtbetonzusammensetzungen für den Praxiseinsatz

    • Sichtbetonprüfschalung (Stütze + Wand) zur Rezepturentwicklung, technische Oberflächenausbildung, Schulung und Herstellung von Probewänden
    • Begleitung von Probebetonagen im Transportbetonwerk

  • Entwicklung von Hochleistungsbeton/-mörtel für spezielle Anwendungen