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Forschung im Fachgebiet Organische Baustoffe

Schwerpunkte

Organische Baustoffe aus NaWaRo

NaWaRo basierte, organische Baustoffe sind nicht nur Holz, sondern auch alle anderen Baumaterialien, die man von verschiedenen Pflanzen gewinnen kann. Das beinhaltet nicht nur lasttragende Elemente, sondern auch Naturfaserdämmstoffe, biobasierte Kunststoffe und hybride Bauteile, wo z. B. Holz und/oder Naturfaser-Textilien mit Beton kombiniert werden. Dort entstehen spezifische Fragen wie z. B. Dauerhaftigkeit, Kompatibilität der individuellen Komponenten, Alterung, Verhalten unter quasi-statischer und dynamischer Belastung, Kriechverhalten, Fügetechnik und andere. Wir untersuchen experimentell die relevanten Eigenschaften und deren Änderungen über die Zeit. Wir entwickeln und validieren die Materialmodelle und untersuchen u. a. die Strukturen der Baustoffe mit Hilfe z. B. von Licht- und Elektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie (AFM) oder Porosimetrie.

Organische und anorganische hybride Baustoffe und Bauteile

Hier liegt der Fokus in der Entwicklung neuer Baustoffe, in welchen verschiedene Vorteile einzelner Komponenten kombiniert werden sollen. In diesem Zusammenhang werden Fragen wie Recycling, Materialkompatibilität, Dauerhaftigkeit, Tragfähigkeit und Rheologie untersucht.

Organische und in anorganische Werkstoffe

Die Forschungsschwerpunkte organischer Werkstoffe befassen sich zentral mit Themen der Dauerhaftigkeit polymerer Werkstoffe.

Grundsätzlich unterliegen alle Werkstoffe je nach Stabilsierung und je nach äußeren Randbedingungen mehr oder weniger ausgeprägt Ermüdungs- bzw. Alterungsprozessen. Die Lebensdauer ist eine Funktion der Zeit, der Temperatur, der Belastung (statisch, dynamisch) sowie des Mediums.

Eine häufige Fragestellung ist die Lebensdauer faserverstärkter harzgetränkter Liner in der Sanierung von Rohrleitungen.  So wurde in einem Forschungsvorhaben der Einsatz von GFK-Linern für die Sanierung von Fernwärmeleitungen bei Temperaturen von 120°C und bei einem Druck von 10 untersucht. In einem weiteren Vorhaben geht es um die dynamische Belastung von Linern in Druckrohrleitungen etwa infolge von Druckstössen. Hier gingen dynamische Langzeitversuche mit Finite-Element-Berechnungen Hand in Hand. Nicht nur in der unterirdischen Infrastruktur spielt die Schwingfestigkeit faserverstärkter Strukuren eine Rolle, sondern auch bei zunehmend aus Gründen der Gewichtsersparnis in Transportmitteln eingesetzten Bauteilen. Stets ist der aufeinander abgestimmte Aufbau von der faserverstärkten Struktur bis hin zum Finish von hoher Bedeutung.

Ein weiteres Vorhaben hat sich mit der dynamischen Dauerhaftigkeit von Klebnähten unter dem Einfluss von Agenzien befasst. Im Grunde geht es bei den Forschungsvorhaben wie auch bei schadensanalytischen Untersuchungen stets um das Versagen von Werkstoffe und Werkstoffkombinationen im Wechselspiel mit der Umgebung.

Die Forschungsschwerpunkte anorganischer Werkstoffe befassen sich mit der Verwertung von Sekunddärrohstoffen aus industriellen Prozessen sowie mit der Entwicklung neuer Baustoffe.

Hierbei spielt ggf. die Reaktivität der Materialien eine Rolle, das Eluatverhalten wie auch die Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse. Nicht zuletzt sind auch hier Anfragen aus der Praxis oft ein Anstoss für vertiefende Untersuchungen.

Nicht zuletzt spielen auch Kombinationen organischer und anorganischer Strukturen stets eine Rolle.

 

Aktuelle Projekte

Entwicklung eines nachhaltigen Schutzplankensystems aus hochbeanspruchbaren Holzverbundelementen – Teilvorhaben: Numerische Simulation und Dynamik

Ziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines nachhaltigen Schutzplankensystems basierend auf
hochbeanspruchbaren Holzverbundelementen unter Verwendung heimischer Hölzer. Damit soll ein
dauerhaftes und wettbewerbsfähiges System entstehen, das mit den derzeitigen Stahl- und
Stahlbetonsystemen konkurrieren kann.

Als Projektziele werden
- ein Prototyp einer HolzSchutzplanke für die Aufhaltestufe N2 und für die Aufhaltestufe H1
angestrebt.

Das Teilvorhaben der TU Braunschweig hat die Entwicklung eines Modells zur numerischen Simulation der
HolzSchutzplanke bei dynamischen Einwirkungen wie Anprall und eines Ingenieurmodells zur
ingenieurmäßigen Abschätzung des Verhaltens der HolzSchutzplanke bei dynamischen Einwirkungen wie
Anprall zum Ziel.
Während das numerische Modell allgemeingültig und (deswegen) höchst komplex sein wird, wird das
Ingenieurmodell auf die zu entwickelnde HolzSchutzplanke beschränkt sein und es sollen mit Hilfe
verhältnismäßig einfacher Gleichungen die Auswirkungen von Änderungen einzelner Systemkomponenten
abgeschätzt werden können.
 

Langzeitverhalten von Holz-Hybridsystemen für nachhaltiges Bauen

Ressourcenschonung und Energieeffizienz bestimmen das Bauen der Zukunft. Holz ist ein umweltfreundlicher und vielseitiger Baustoff. Neben der guten Ökobilanz bieten Holzkonstruktionen auch diverse technische Vorteile. Innovative Holz-Hybridsysteme haben noch bessere mechanische Eigenschaften, eine höhere Dauerhaftigkeit und ermöglichen schlanke Bauteilaufbauten. Damit sind sie nicht nur ressourcenschonender als konventionelle Bauweisen, sondern erweitern auch den architektonischen Spielraum. In diesem Projekt untersuchen wir das Langzeitverhalten solcher Hybridsysteme, optimieren sie und schaffen somit die Grundlage für ihren Einsatz in der Bauindustrie. Unser Ziel ist es, den Anteil von Holz in künftigen Bauwerken signifikant zu erhöhen.

 

Holz ist ein vielseitiger und natürlich vorkommender Werkstoff. Es hat eine relativ hohe Festigkeit im Verhältnis zu seinem Gewicht und bietet zudem eine hohe Anpassungs- und Verarbeitbarkeit. Daher ist es nicht überraschend, dass Holz einer der frühesten und am längsten verwendeten Baustoffe ist. Darüber hinaus sind Holzkonstruktionen oft auch ästhetisch ansprechend, was ihre Nutzung weiter begünstigt.

Heutzutage dominieren jedoch Mauerwerk, Stahl und Beton den Markt. Insbesondere Stahlbeton wurde speziell auf die hohen Belastungszustände im mehrgeschossigen oder weitspannenden Hoch- und Ingenieurbau zugeschnitten. Die Kombination aus Beton (hohe Druckfestigkeit) und Stahl (hohe Zugfestigkeit) sorgt für eine hohe Gesamtstabilität. Außerdem sind Stahl und Beton homogen. Die mechanischen Eigenschaften von Stahl und Beton lassen sich präzise vorhersagen und gezielt auf die vorgesehene Beanspruchung einstellen. Bei korrekter Ausführung ist Stahlbeton überdies sehr dauerhaft, auch bei wechselhafter Witterung.

Die Herstellung, Verarbeitung und Wiederverwertung von Stahlbeton ist allerdings sehr energieintensiv. Durch den hohen Energieeinsatz und durch chemische Prozesse bei der Zementherstellung werden große Mengen CO2 freigesetzt. Auch die langen Transportwege der Rohstoffe wirken sich negativ auf die CO2-Bilanz aus. Holz hat einen deutlich geringeren Energiebedarf, ist als schnell nachwachsender Rohstoff klimafreundlicher und zudem lokal verfügbar. Angesichts der Rohstoffknappheit und steigender Energiepreise rückt Holz als Baumaterial auch aus wirtschaftlicher Sicht wieder in den Fokus der Bauindustrie.

Neben diversen Vorteilen weist Holz allerdings auch einige nachteilige Eigenschaften auf, die seine Verwendung als Baumaterial in tragenden Konstruktionen bisher einschränken. Holz hat eine vergleichsweise niedrige Zug- und Druckfestigkeiten senkrecht zur Faserrichtung und, abhängig von der Holzart, eine relativ geringe Dimensionsstabilität und Haltbarkeit bei schwankender Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Außerdem unterliegen die mechanischen Eigenschaften von Holzkonstruktionen aufgrund der natürlich gewachsenen Holzstruktur immer gewissen Schwankungen. Um trotz der Variabilität eine Ausfallsicherheit zu gewährleisten, geht man vom ungünstigsten Fall aus. Daher sind Holzkonstruktionen tendenziell überdimensioniert.  

Um den Anwendungsspielraum von Holzkonstruktionen zu erweitern, werden zwei innovative Holz-Hybridsysteme untersucht, mit denen sich die nachteiligen Eigenschaften von Holz ausgleichen lassen. Durch die gezielte Kombination mit anderen Materialien verbessern sich die mechanischen Eigenschaften der Gesamtkonstruktion erheblich. Insbesondere an Stellen mit hoher Belastung sind die Hybridsysteme sehr vorteilhaft, beispielsweise im Zugspannungsbereich eines Balkens, in Bauteilverbindungen oder als Umhüllung von Pfeilern. Die Variabilität der mechanischen Eigenschaften der Gesamtkonstruktion wird außerdem reduziert und damit das Verhalten genauer vorhersagbar. Die Hybridsysteme ermöglichen somit schlankere Aufbauten, erweitern die Gestaltungsspielräume und sparen Ressourcen.

 

Holz-Beton-Verbundsystem (HBV)

Im Vergleich zu herkömmlichem Stahlbeton verwenden Holz-Beton-Verbundsysteme (HBV) Holz anstelle von Stahl, um die im Verbund auftretenden Zugkräfte aufzunehmen. Dieses Hybridsystem fördert die Verwendung von Holz als nachhaltigen Werkstoff im Bauwesen. Desweiteren kann dieses System Vorteile für den Einsatz unter Biegebeanspruchung bieten, in welchem die hohe Zugspannungen an der Unterseite des Verbundsystems auftreten, wie bspw. bei Unterzügen oder Deckenplatten. Bei Letzteren wird zunächst eine Holzbalkenkonstruktion mit einer Decklage aus Holzwerkstoffplatten installiert. Die Decklage ist fester Bestandteil der Konstruktion und dient sowohl als Unterstützung als auch als Schalung. Sie wird mit einem Kleber bestrichen und anschließend mit Frischbeton ausgegossen. Die Betonschicht sorgt für eine hohe Festigkeit in der Druckzone, während das Holz Zugkräfte aufnimmt. Im Verbund ergibt sich somit eine hohe Biegefestigkeit. Im Vergleich zu Stahlbetondecken werden große Anteile an Zugbewehrung und Beton eingespart. Außerdem erleichtern HBV-Systeme die Verarbeitung auf der Baustelle, denn im Gegensatz zur konventionellen Bauweise wird die Schalung nach Aushärtung des Betons nicht entfernt.

 

Kombination aus Holz mit Faserverbundkunststoff (Holz-FKV)

Holz-Faserverbundkunststoff-Systeme nutzen die Festigkeiten von synthetischen (z. B. Glas oder Carbon) und natürlichen (Flachs oder Basalt) Fasern im zugbeanspruchten Bereich aus. Je nach Anwendung und Beanspruchung werden hierfür mehrere Lagen aus Kleber und Fasergewebe auf der Zugseite von Holzkonstruktionen angebracht. Für die Applikation von FVK kommen verschiedene Methoden wie bspw. Vakuuminfusion oder das sog. Hand-Lay-Up-Verfahren, welches bei hohen Ansprüchen an Flexibilität oder in-Situ Verstärkungen Vorzüge bietet. Im Gegenzug bietet die Vakuuminfusion eine hohe Qualität und Reproduzierbarkeit.  Durch die Verstärkung des Holzbalkens mit Faserverbundkunststoff lässt sich die Zugfestigkeit und Steifigkeit des Bauteils deutlich erhöhen und die hohe, natürliche Variabilität des Holzes besser kontrollieren. Und zwar so weit, dass auch der Einsatz bislang wenig genutzter Holzarten und Sortierklassen denkbar ist. Damit könnte sich der Spielraum für eine klima- und umweltgerechte Forstwirtschaft erweitern. Aufgrund seiner flexiblen Verarbeitung kann Faserverbundkunststoff sogar in bereits bestehenden Holzbauten dazu eingesetzt werden, die tragende Konstruktion zu verstärken.

 

Bislang gibt es wenig Erkenntnisse über das Langzeitverhalten der beiden Holz-Hybridsysteme unter verschiedenen Umweltbedingungen. Die aktuellen Studien beschränken sich auf das Kurzzeitverhalten. Eine Nachwuchsforschergruppe unter der Leitung des Fraunhofer WKI untersucht nun erstmals das Langzeitverhalten dieser hybriden Holzbausysteme. Das Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Fraunhofer WKI und des Instituts für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der Technischen Universität Braunschweig betrachtet das Langzeitverhalten der Materialien einschließlich der Materialdegradation unter verschiedenen klimatischen und mechanischen Belastungsumgebungen. Die Untersuchungen werden auf Mikro-, Meso- und Makroebene durchgeführt und konzentrieren sich auf die folgenden zwei Themenbereiche:

- Mikrostruktur und die Mechanismen des Verbunds innerhalb der beiden Hybridsysteme

- Langzeitverhalten und Dauerhaftigkeit der beiden Hybridsysteme unter verschiedenen klimatischen und mechanischen Belastungsbedingungen

Die Untersuchungen helfen uns dabei, das Langzeitverhalten von klebstoffgebundenen Holz-Hybridsystemen verstehen und einschätzen zu können. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden wir die Systeme optimieren und entwickeln Richtlinien für die sichere Konstruktion. Somit ebnen wir den Weg für den Einsatz in künftigen Bauwerken.

 

Projektpartner: Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)

Laufzeit: 1.12.2018 bis 30.11.2021

Verbesserte Ressourceneffizienz nachwachsender Rohstoffe durch die Verwendung von Land- und Forstwirtschaftsabfällen sowie Bau- und Abbruchabfällen für eine nachhaltige Gebäudeumwelt

Das Projekt Verbesserte Ressourceneffizienz nachwachsender Rohstoffe durch die Verwendung von Land- und Forstwirtschaftsabfällen sowie Bau- und Abbruchabfällen für eine nachhaltige Gebäudeumwelt (ReMatBuilt) ist ein deutsch-chinesisches Projekt, das vom BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) via Projektträger Jülich finanziert wird. Die deutschen Partner (Technische Universität Braunschweig; Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut WKI; AgroMaterialSupport; Entsorgungstechnik-Bavaria GmbH; Advanced Compounding Rudolstadt GmbH) und die chinesischen Partner (Hunan Universität und Xuchang Jinke Recycling Co., Ltd.) arbeiten gemeinsam an diesem Thema mit dem Ziel, innovative, technisch ausgereifte und umweltfreundliche Hybridbauweisen zu entwickeln und Produkte für eine nachhaltig gebaute Umwelt zu bauen. In der Zwischenzeit wird dieses Projekt alle Partner bei der Durchführung gemeinsamer Aktivitäten unterstützen, einschließlich der Durchführung gemeinsamer Forschung, des Austauschs von Projektteilnehmern und der Organisation eines multilateralen Workshops und der Erstellung und Einreichung künftiger Projektanträge. Auf diese Weise kann nicht nur die akademische Kommunikation, sondern auch der industrielle Austausch zwischen Deutschland und China gefördert werden.

Der Arbeitsplan von ReMatBuilt besteht aus fünf Hauptphasen:

(1) Aufbau der Vernetzung des Konsortiums, Austausch von wissenschaftlichem Personal, Durchführung von Marktanalysen im Bereich " Verbesserte Ressourceneffizienz nachwachsender Rohstoffe durch die Verwendung von Land- und Forstwirtschaftsabfällen sowie Bau- und Abbruchabfällen für eine nachhaltige Gebäudeumwelt";

(2) Identifizierung und Klassifizierung von Sortier- und Recyclingverfahren aus der land- und forstwirtschaftliche Abfälle sowie von Bau- und Abbruchabfällen, die in Deutschland und China verwendet werden. Die daraus resultierenden Informationen werden es ermöglichen, neue Sortier- und Reinigungstechniken der recycelten Rohstoffe für die Herstellung neuer Bausysteme zu bestimmen und einzusetzen;

(3) Charakterisierung der kurz- und langfristigen Leistung der vorgeschlagenen Struktursysteme und Produkte;

(4) Charakterisierung und Verbesserung des mechanischen und thermischen Verhaltens der vorgeschlagenen strukturellen Systeme, um sicherzustellen, dass diese Systeme die deutschen und chinesischen Bau- und Baustoffdesignstandards und -spezifikationen erfüllen können;

(5) Demonstration und Verbreitung der Aktivitäten und Ergebnisse der Projekte.

 

Projektpartner:

Technische Universität Braunschweig(Koordinator)

Fraunhofer-Institute für Holzforschung WKI

Entsorgungstechnik-Bavaria GmbH, Waste Disposal, Recycling and Sorting Technology

Advanced Compounding Rudolstadt GmbH

AgroMaterialSupport

Universität Hunan (China)

Xuchang Jinke Resource Recycling Co. Ltd. (China)

 

Projekt: BMBF (German Federal Ministry of Education and Research) via Projektträger Jülich

Projektdauer: 03.2020 – 02.2023 (36 Monate)

Projektkoordinator und –leiter: Apl. Prof. Dr. Libo Yan

Kontaktperson: Apl. Prof. Dr. Libo Yan; Wenzhuo Ma

 

 

Forschungsergebnisse:

Testing methods for shear strength of bond line between concrete and different types of engineered wood

Q Fu, L Yan, B Kasal (2020)

International Journal of Adhesion and Adhesives 102, 102671 (2020)

 

Behavior of adhesively bonded engineered wood–Wood chip concrete composite decks: Experimental and analytical studies

Q Fu, L Yan, T Ning, B Wang, B Kasal

Construction and Building Materials 247, 118578 (2020)

 

Seismic performance of mortarless reinforced masonry walls

L Huang, Y Lu, L Yan, B Kasal, L Wang, T Zhang

Journal of Building Engineering 31, 101368

 

Mechanical properties of recycled aggregate concrete modified by nano-particles

C Gao, L Huang, L Yan, R Jin, H Chen

Construction and Building Materials 241, 118030 (2020)

 

Interfacial bond behavior between wood chip concrete and engineered timber glued by various adhesives

Q Fu, L Yan, T Ning, B Wang, B Kasal

Construction and Building Materials 238, 117743 (2020)

Erhöhte Ressourceneffizienz durch den Einsatz von Materialien aus Bau und Abbruch, landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Abfällen für eine nachhaltige Gebäudeumwelt

Das Hauptziel des Projekts ReMatSusBu ist es, die Zusammenarbeit zwischen deutschen Partnern mit Partnern aus der Tschechischen Republik und Slowenien in Bildung und Forschung zu stärken und um die Wettbewerbsfähigkeit und wissenschaftliche Exzellenz aller Partner zu verbessern (auf dem Gebiet der Ressourceneffizienz, der Wiederverwendung von Recycling- und Abfallstoffen, und der nachhaltigen Gebäudeumwelt). Dieses Projekt wird alle Partner in die Lage versetzen und darin unterstützen, gemeinsame Grundlagenforschung und angewandte Forschung durchzuführen, Projektteilnehmer auszutauschen, multilaterales Workshop zu organisieren und Ausschreibungen zu EU H2020 sowie anderen nationalen und internationalen Ausschreibungen zu identifizieren. Das Projekt wird allen Partnern helfen, ein stabiles Konsortium zu bilden, die Wettbewerbsfähigkeit der erfolgreichen Akquisition von Projektmitteln (öffentliche und private/industrielle Quellen) im nationalen und internationalen Umfeld (z.B. EU-Rahmenprogramm für Forschung und Innovation) in den Bereichen Ressourceneffizienz, Wiederverwendung von Recycling- und Abfallstoffen und nachhaltiges Bauen zu verbessern. Dieses Projekt wird das Konsortium auch dabei unterstützen, die Einreichung für gezielte Ausschreibungen am Ende des Projekts vorzubereiten und abzuschließen.

 

Projektpartner:

Fraunhofer Institute for Wood Research, WKI, Germany

InnoRenew CoE, Slovenia

Czech Technical University (CTU) in Prague, Czech Republic  

 

Projektträger: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Förderdauer/Laufzeit: 24 months

Ansprechpartner: Apl. Prof. Dr. Libo Yan

 

Veröffentlichungen:

Gao C, Huang L, Yan LB, Jin R, Kasal B. Strength and ductility improvement of recycled aggregate concrete by polyster FRP-PVC tube confinement. Composites Part B: Engineering 2019 (162):178-192

Jin R, Yan LB, Sonoyejo ABO, Huang L. Kasal B. Multivariate regression models in estimating the behavior of FRP tube encased recycled aggregate concrete. Construction and Building Materials 2018 (191): 216-227.

ecoSUP – das ökologische Stand-up-Paddle-Board

Kurzbeschreibung des Projekts

Ziel des ecoSUP Projekts ist die Entwicklung eines Kompositwerkstoffs für den Leichtbau aus 100% nachwachsenden Rohstoffen und dessen Demonstration anhand eines Stand-up-Paddle-Boards.

 

Worum geht es in dem Projekt?

Stand-up-Paddeling (kurz SUP) boomt und hat mittlerweile alle Gewässer, ob Meer, Fluss oder See, erobert. Das Stehpaddeln ist endgültig Trendsportart geworden, soll sogar olympisch werden und nicht erst seit dem Corona-Sommer 2020 steigen die Verkaufszahlen von SUP-Boards. Allein auf dem Brett, umgegeben von Wasser, verspricht das »Suppen« Freiheit, Unabhängigkeit und Entspannung und zählt als Natursportart: Sportler benötigen wenig Infrastruktur, die Wild- und Wassertiere stören könnte, und können direkt an heimischen Gewässern lossurfen.

Allerdings wirkt sich die Herstellung von Surfmaterial und –zubehör negativ auf die Umwelt aus. In der Regel besteht der Kern herkömmlicher (fester) Surfboards aus erdölbasierten Kunststoffen. Für die Beschichtung werden meist Glas und Carbonfasergewebe verwendet, die mit umweltschädlichen Polyester- oder Epoxidharz verstärkt werden.

Wir wollen ein vollständig biobasiertes SUP-Hardboard aus recycelten und natürlichen Leichtbau-Materialien entwickeln: das ecoSUP. Für den Kern verwerten wir Balsaholz aus ausgedienten Rotorblättern von Windenergieanlagen, die nach ihrer Nutzung als Abfall anfallen und derzeit hauptsächlich thermisch verwertet werden. Mit dem Projekt soll ein neuer Verwertungsweg für die weitere Nutzung des enthaltenen Tropenholzes aufgezeigt werden.

Die Hülle des Boards soll aus 100% biobasierten Polymer bestehen. Hierbei konzentrieren wir uns auf den Einsatz von Flachsfasern, da sie über hervorragende mechanische Eigenschaften verfügen und in Europa angebaut werden.

 

In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI, dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) und weiteren assoziierten Partnern soll so ein neues, vollständig biobasiertes Leichtbaumaterial entwickelt werden. Der Grundstein mit ersten vielversprechenden Vorversuchen konnte bereits im Rahmen der Sondierungsphase des Förderprogramms „Neue Produkte für die Bioökonomie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gelegt werden. Am 01.03.2021 startete das Projekt in die zweijährige Machbarkeitsphase.

 

Projektpartner:       Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI

Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF)

Fördermittelgeber:          Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Projektträger:                     Projektträger Jülich e.V. (PtJ)

Laufzeit:                01.03.2021 bis 28.02.2023

FKZ:                           031B01092A

Standardisierung eines Prüfverfahrens für Schlauchliner in druckbelasteten Kanalisationsrohren

Thematisch liegt das Projekt im Bereich der grabenlosen Sanierung von Abwasserrohrleitungen. Hierzu wird in den Rohr- und Kanalsystemen das Schlauchlining-Verfahren (engl. Cured-in-place pipe, CIPP) angewendet, bei dem ein Liner aus faserverstärktem Kunststoff auf verschiedene Arten in den beschädigten Kanal gelegt wird. Durch das vorherige Tränken der Fasern mit einer Reaktionsharzmasse ist die anschließende Aushärtung mittels Heißwasser, Dampf oder UV-Licht möglich.

Während für drucklose Rohrsysteme bereits Normen und Regelwerke existieren, nach denen Eignungsnachweise für die eingesetzten Materialien erbracht werden können, sind entsprechende Nachweise im Bereich der Druckrohre noch nicht vorhanden respektive wissenschaftlich ausreichend untersucht. Aus diesem Grund gestaltet es sich als schwierig, konkrete Aussagen zur Dauerfestigkeit der genutzten Liner treffen zu können.

Ziel des Projektes ist die Normung eines dynamischen Prüfverfahrens für Druckrohrsysteme und Druckschlauchliner zur Sanierung der Druckleitungen.

Verwertung von Schlacken aus der Stahlindustrie

Schlacke bezeichnet in der Metallurgie einen glasig oder kristallin erstarrten Schmelzrück-stand nichtmetallischer Art. Es handelt sich um ein Stoffgemisch, das sich aus verschiedenen Oxiden zusammensetzt.

Linz-Donawitz-Schlacke (LDS) entsteht bei der Herstellung von Stahl aus Roheisen. Beim Betrieb von z. B. drei Konvertern fallen pro Tag je nach Chargenanzahl ca. 65 - 80 Kübel Schlacke an (entspricht ~ 2.000 t). Die Firma Erich Friedrich Hüttenservice übernimmt die Schlacke aus dem Stahlwerk der Salzgitter AG und verarbeitet sie über mehrere Prozessschritte zu einem verwertbaren Baustoff. Die Schlacke muss auf „Reifelagern“ gelagert werden, um eine vollständige Abreaktion des vorliegenden Freikalks zu erreichen und somit die Verwertbarkeit der Schlacke zu erreichen.

LDS wurden bisher im Straßen-, Wege- und Gleisbau eingesetzt. Das Problem derzeitiger Aufbereitungsverfahren besteht darin, dass sie langwierig (mindestens 2 Jahre) sind und somit einen großen Platzbedarf (Deponieraum) haben. Ferner kommt es seit einigen Jahren trotz relativ homogener Stoffzusammensetzungen in schon eingebautem Zustand zu ungewollten partiellen Volumenzunahmen durch nachträgliche Hydratation. Dieses Phänomen verhindert aktuell die Weiterverwertung der Schlacke. Ab einer Volumen-zunahme von > 5 % darf die Schlacke nach DIN EN 1744-1 nicht mehr im Straßen- und Wegebau eingesetzt werden, da dies Schäden an Straßen und Bauwerken verursachen kann. Dies führt aktuell dazu, dass die LDS zum Großteil nur gelagert werden kann. Der vorhandene Deponieraum ist allerdings begrenzt.

Schlacke kann Natursteine in vielen Anwendungen sehr gut ersetzen. Um die Weiter-verwertung des größten Anteils der Schlacke fortzuführen und zu beschleunigen, muss aber ein neuartiges Aufbereitungsverfahren entwickelt werden, mit dem eine nachträgliche Volumenzunahme > 5 % verhindert werden kann.

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