de | en

LEAD Innovation Blog

5 innovative Baustoffe der Zukunft

Foto: Trockenbau Weissmann GmbH, Projekt: Bellis Bar in Kopenhagen

Innovative Baustoffe können in hohem Ausmaß zur Ressourceneffizienz beitragen. Im Folgenden zeigen wir Ihnen einige ausgewählte Beispiele aus Forschung und Baupraxis, die hohes Zukunftspotential bergen.  

Innovative Bodenplatten mit Gewichtsreduktion von 70 Prozent

Forscher des Departements Architektur der ETH Zürich haben Bodenelemente aus Beton entwickelt, die ohne Stahlverstärkung auskommen und 70 Prozent leichter sind als herkömmliche Betonböden. Das Geheimnis der Gewichtsreduktion liegt in gewölbten und geometrisch geformten Platten, die sich an den alten Bautechniken von Gewölben in Kathedralen orientieren.

Die tragende Platte der Bodenelemente ist lediglich zwei Zentimeter dick und benötigt durch ihre Form keinen Bewehrungsstahl zur Verstärkung. Um bei der Herstellung der Elemente Kosten zu senken, wurde nicht wie üblich mit Gussformen, sondern mit 3D-Druck gearbeitet. Allerdings wurden die Elemente nicht aus Beton, sondern aus Sand in Kombination mit einem speziellen Bindemittel gefertigt. Philippe Block von der ETH Zürich erklärt das innovative System wie folgt:

„Es ist einfach Sand, der von einem einfachen Bindemittel zusammengehalten wird. Das Material ist wirklich weich, dieses kleine Stück könnte man einfach mit der Hand abbrechen. Aber wenn man es so formt, dass es die Kräfte aufnimmt - was wir durch einen selbst entwickelten Algorithmus entdeckt haben - dann kann man auf diesem weichen Material laufen. Und man hat eine sichere Struktur, die 70 Prozent leichter ist als herkömmliche Decken.“

Die neuartigen Bodenplatten werden nun auf dem Dach des Forschungsgebäudes NEST getestet, wo ein zweigeschossiges Gäste-Penthouse im Leichtbau entstehen soll. Dafür werden 5 x 5 Meter große Bodenelemente modular vorgefertigt und dann vor Ort eingebaut. In den Hohlräumen zwischen den Betonrippen lassen sich Leitungen für Lüftung, Kühlung und Heizung verlegen, was zusätzlich Platz einspart.

Ausführliche Informationen dazu finden Sie im Vortrag von Phillippe Block:

 

 

 

Unsichtbare Akustikbeschichtung für runde Flächen

Viele Akustiklösungen erfüllen zwar ihren Zweck, können die ästhetischen Vorgaben der Architektur jedoch oft nicht erfüllen. Das hochinnovative und nachhaltig produzierte BASWA System löst dieses Problem durch eine dezente und unsichtbare Akustiklösung. Der innovative Baustoff schafft eine vollkommen glatte Decke, die akustisch hochaktiv ist und jeden Nachhall herausfiltert. Auch runde oder gewölbte Flächen lassen sich damit problemlos schallabsorbierend beschichten. Das System bietet im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen durch die Kombinierbarkeit mit einer Kühldecke einen weiteren, wesentlichen Vorteil.

Foto: Trockenbau Weissmann GmbH, Projekt: Bellis Bar in Kopenhagen

Foto: Trockenbau Weissmann GmbH, Projekt: Bellis Bar in Kopenhagen

 

Carbonbeton: Hohe Tragfähigkeit, leicht und nachhaltig

Der neue Verbundwerkstoff Carbonbeton (Textilbeton) hat das Potential, die gesamte Architektur zu revolutionieren. Das High-Performance Material ist eine Verbindung aus Beton und Kohlenstofffasern. Es verfügt über mehr Festigkeit, Langlebigkeit und Leichtigkeit als herkömmlicher Beton. Die hervorstechendsten Vorteile des Materials sind: 

  • Carbon rostet nicht. Es sind daher im Gegensatz zum Stahlbeton keine dicken Betonschichten erforderlich, um das Carbon zu schützen. Der Sandverbrauch und die mit der Herstellung von Stahlbeton verbundenen CO2-Emissionen können deutlich reduziert werden.
  • Das Baumaterial kann aus jedem Stoff produziert werden, der Kohlenstoff enthält. Derzeit nutzen Forscher beispielsweise Lignine, ein Abfallprodukt, das bei der Holzherstellung entsteht.
  • Die Tragfähigkeit ist mit Carbon um fünf- bis sechsmalhöher als bei Stahlbeton.
  • Die Carbon Variante ist viermal leichter und auch die Lebensdauer ist deutlich höher.

Die Kosten des Carbonbeton erscheinen mit etwa zwanzig Euro im Vergleich zu Stahlbeton mit einem Euro je Kilogramm sehr hoch. Bezieht man jedoch die Materialersparnis von etwa 75 Prozent sowie Langlebigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials mit ein, gleichen sich die Kosten aus.

Das erste Carbonhaus soll bereits 2019 auf dem Campus der Technischen Universität Dresden entstehen. Das TU-geführte Konsortium “C³ – Carbon Concrete Composite“ hat für das zweigeschossige Referenzobjekt Baukosten in der Höhe von etwa 5 Millionen Euro angesetzt.

„Das C-Cube soll die Eigenschaften von Carbonbeton veranschaulichen und ein Musterbeispiel für filigranes, leichtes und schlankes Bauen sein“, betont C³-Vorstandvorsitzender Prof. Manfred Curbach, der das Institut für Massivbau an der TU Dresden leitet.

Mehr zum Herstellungsprozess sehen Sie hier:

 

 

 

Tragfähiger Holzbeton für Wohn- und Bürogebäude

Eine weitere Innovation im Bereich der Betonherstellung haben kürzlich Forscher des Schweizer Forschungsprogramms "Ressource Holz"(NFP 66) mit dem neuartigen, tragfähigen Baustoff „Holzbeton“ vorgestellt. Der Kies- und Sandanteil wird hier durch feingeschliffenes Holz ersetzt, d.h. Sägemehl wird anstelle kleiner Steine in den Zement gemischt. Der Baustoff hat in manchen Mischungen einen Volumenanteil von mehr als 50 Prozent Holz. Damit ist es bedeutend leichter als herkömmlicher Beton.

Aktuell wird eine acht Meter lange Holz- und Holzzement-Verbundplatte an der Hochschule für Technik und Architektur in Freiburg getestet. Obwohl sie nur ein Drittel einer gleich belastbaren, normalen Betonplatte wiegt, könnte diese neue Art von Verbundwerkstoff grundsätzlich in Wohn- und Bürogebäuden eingesetzt werden.

 Daia Zwicky, Institut für Bau- und Umwelttechnologien iTEC, HES-SO Hochschule für Technik und Architektur Fribourg

Foto: Daia Zwicky, Institut für Bau- und Umwelttechnologien iTEC, HES-SO Hochschule für Technik und Architektur Fribourg 

"Sie wiegen höchstens die Hälfte von normalem Beton – die leichtesten schwimmen sogar. Einige Jahre werden wohl vergehen, bis die ersten Gebäude gebaut werden, in denen Holz-Leichtbeton eine buchstäblich tragende Rolle spielt. Die Kenntnisse für eine praktische Anwendung im großen Stil sind noch zu gering," erklärt Daia Zwicky, Leiter des Instituts für Bau- und Umwelttechnologien der Hochschule für Technik und Architektur Fribourg.

Erste Belastungstests im Massstab 1:1 haben gezeigt, dass der innovative Holzbeton auch in Decken- und Wandelementen einsetzbar ist und eine tragende Funktion in der Konstruktion übernehmen kann. Derzeit testen die Forscher, welche Mischungen für welchen Einsatzzweck optimal geeignet sind. Darüber hinaus arbeitet das Team an effizienten Herstellungsverfahren. 

 

Super-Material: Ultraleicht und zehnmal härter als Stahl

Der innovative Baustoff wurde von Wissenschaftern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt. Das Material ist leichter als Plastik und besteht aus einer Lage wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome. 

„Unser neues Super-Material besteht aus Graphen-Flocken, die zu einem grossen, mit Spinnweben bedecktem Netzwerk zusammengequetscht und -gedrückt werden. Das Material hat eine fluffige Struktur, die ein wenig wie eine psychedelische Meereskreatur aussieht. Das korallenartig anmutende Gebilde ist beinahe völlig hohl und weist eine Dichte auf, die lediglich fünf Prozent von herkömmlichen Graphen beträgt“, erklärt der zuständige MIT-Projektleiter Markus J. Buehler.

 

In Zukunft kann das Hightech-Material beispielsweise Brücken entstehen lassen, die ultrahart, leichtgewichtig und äußerst hitzebeständig sind.

 

 

 

Fazit: Innovative Baustoffe der Zukunft

Die Bauwirtschaft benötigt innovative Baustoffe und nachhaltige Lösungen, um die komplexen ökologischen und ökonomischen Anforderungen des 21. Jahrhunderts zu bewältigen. Leistungsfähige und langlebige Baumaterialien, die Ressourcen schonen und gleichzeitig die Produktivität erhöhen sind gefragt. Hierzu gehören neben Hightech-Baumaterialien und smarten Baustoffen auch innovative Fassadenmaterialien oder neuartige Bautechniken wie etwa der 3D Druck von Häusern.

Newsletter von LEAD Innovation

Topics: Innovationen Baustoffe und -elemente