HTWK Leipzig ǀ PAES - Institut für Prozessautomation und Eingebettete Systeme ǀ Digitalbeton

Digitalbeton

Multifunktionale Nutzung von Carbon-Rovings als integrierte Daten-, Energie- und Sensorstrukturen

Projektlaufzeit: 02/2020 – 04/2022

Ausgangslage: Der Werkstoff Carbon stellt weltweit einen der vielversprechendsten und innovativsten Hochleistungswerkstoffe der letzten 50 Jahre dar. Aktuell steht er an der Schwelle, seinen Siegeszug auch im Bauwesen fortzusetzen. Wo derzeit noch Stahlbeton, als das seit über 100 Jahren meistverbaute Material dominiert. Der Carbonbeton beseitigt durch seine Korrosionsfreiheit nicht nur den größten Nachteil herkömmlicher Stahlbewehrungen, sondern erlaubt auch deutlich schlankere und bionische Baukonstruktionen besitzt damit das Potential völlig neue Anwendungsfelder zu erschließen. Angesichts der Tatsache, dass die Bauindustrie einer der weltweit größten Verbraucher an Energie und Ressourcen ist, kommt der dünnwandigen Carbonbetonbauweise somit eine Schlüsselrolle in der allgegenwärtigen Diskussion um Reduzierung von C02-Emissionen sowie des Verbrauchs von natürlichen Ressourcen und Energie zu.

„Während beim Thema Carbonbeton bislang die mechanischen Eigenschaften des eingesetzten Carbons als Bewehrungselement im Fokus standen, sollen nunmehr zusätzlich die elektrischen Eigenschaften des Carbons in den Fokus rücken.“

Abb.: Dünnwandiges Carbonbeton-Bauteil © TU Dresden

Abb.: Versuchsaufbau einer kapazitiven Sensorstruktur © MA Große 2020

Über die Bewehrungsgrundfunktion hinaus sollen die verwendeten Carbonfaser-Rovings synergetisch auch als Daten- und Energieübertragungsmedium bzw. sensorisches Element genutzt werden. In Vorversuchen wurde bereits deutlich, dass zum Transport von Daten und Energie über einen Carbonfaser-Roving spezielle Übertragungsverfahren benötigt werden, welche nicht nur in der Lage sind Daten und Energie über den Roving zu übertragen, sondern auch mit beliebig verlegten elektrisch leitfähigen und ungeschirmten Bewehrungsstrukturen umzugehen.

Abb.: Mehrfachnutzungspotentiale modifizierter Carbongelege © HTWK Leipzig

Projektziel: Durch die thematische Verschmelzung von Bau und Elektrotechnik sollen funktionalisierte Carbonbetonteile entwickelt werden, die durch die elektrische Bewehrungsfunktionalisierung und dem damit verbundenen Mehrfachnutzungspotential der Carbonfasern völlig neue interdisziplinäre Anwendungsfelder eröffnen. Die Carbonfaser als gleichzeitig genutztes Bewehrungs-, daten-/stromführendes sowie sensorisches Element soll zu einer wegweisenden Funktionalisierung von Betonfertigteilen für die Bauwerke der Zukunft führen. Die angestrebte „Digitalbeton-Technologie“ soll den Vorfertigungsgrad von Betonbauteilen deutlich erhöhen, den Material- und Installationsaufwand auf der Baustelle erheblich reduzieren.