Nachdem in den ersten zwei Strategien Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mit der maßgeblichen Intention durchgeführt werden, den Werkstoff Beton für die Verkehrsinfrastruktur adaptiv und bei Bedarf von außen steuerbar zu gestalten, liegt der Schwerpunkt der dritten Strategie auf der Funktionalisierung und Multifunktionalisierung des Betons.
Das Arbeitsfeld umfasst zwei Schwerpunkte:
1. Funktionalisierung von Gesteinskörnungen im Beton
Bislang dienen Gesteinskörnungen im Beton lediglich als Stützgerüst, welches durch den Industriekleber Zement stabilisiert wird. Mit der dritten Strategie (Arbeitsfeld 3) sollen geeignete Gesteinskörnungen so funktionalisiert werden, dass weitere Funktionen übernommen werden können. Dabei werden Kerne hoher Dichte mit einer weichen Schale ummantelt. Der Einsatz dieser funktionalisierten Gesteinskörnungen soll eine signifikante Verbesserung der Dämpfungseigenschaften des Betons nach sich ziehen, so dass die negativen Auswirkungen starker Aufprallereignisse und auch permanenter dynamischer Lasten reduziert werden. Anzustreben ist insbesondere eine Verringerung der Mikrorissbildung und damit eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit der Konstruktionen. Unter Umständen ist mithilfe dieses Grundprinzips auch eine Lärmreduktion möglich.
2. Mikrostrukturierung des Betongefüges
Durch die intelligente Verbindung von Schichten mit unterschiedlichen Gefügemerkmalen und Betonzusammensetzungen sollen neuartige Eigenschaften für das gesamte Bauteil generiert werden. Insbesondere sind auch hier die Dämpfungseigenschaften des Bauteils zu verbessern. So sollen z.B. schichtweise Helmholtz-Resonatoren in den Beton eingefügt werden, um die Wellenfortpflanzung im Material zu dämpfen. Durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Resonatoren können mehrere Frequenzen bzw. Frequenzintervalle gedämpft werden. Daneben soll in der oberen Schicht verkapseltes photokatalytisch wirkendes TiO2 (Anatas) implemetiert werden, welches über sehr lange Zeiträume freigesetzt wird. Die Kapseln beinhalten neben dem photokatalytischen TiO2 auch Zeolithe, die durch ihre feuchteregulierenden Eigenschaften in der Lage sind, lokal ideale Feuchtebedingungen für die Photokatalyse zu schaffen. Die beschriebenen Ansätze sollen praktisch in Fertigteilen für die kommunale Verkehrsinfrastruktur umgesetzt werden. Innerstädtisch ergeben sich für die Fertigbauweise von Verkehrswegen und -flächen eine ganze Reihe von Vorteilen, die durch die dargestellten Lösungsansätze ergänzt werden. Insbesondere mit Blick auf die hohen Verkehrslasten und die teilweise enormen NOx-Emissionen in großen Städten, bieten die Ansätze hohes Potential.
Für beide Themenfelder wäre der experimentelle Aufwand zur Erforschung und Umsetzung der zugrundeliegenden Ideen extrem hoch. Deshalb wird die Bearbeitung der dritten Strategie in enger Kopplung von Simulation und Experiment erfolgen.
2. Mikrostrukturierung des Betongefüges
Durch die intelligente Verbindung von Schichten mit unterschiedlichen Gefügemerkmalen und Betonzusammensetzungen sollen neuartige Eigenschaften für das gesamte Bauteil generiert werden. Insbesondere sind auch hier die Dämpfungseigenschaften des Bauteils zu verbessern. So sollen z.B. schichtweise Helmholtz-Resonatoren in den Beton eingefügt werden, um die Wellenfortpflanzung im Material zu dämpfen. Durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Resonatoren können mehrere Frequenzen bzw. Frequenzintervalle gedämpft werden. Daneben soll in der oberen Schicht verkapseltes photokatalytisch wirkendes TiO2 (Anatas) implemetiert werden, welches über sehr lange Zeiträume freigesetzt wird. Die Kapseln beinhalten neben dem photokatalytischen TiO2 auch Zeolithe, die durch ihre feuchteregulierenden Eigenschaften in der Lage sind, lokal ideale Feuchtebedingungen für die Photokatalyse zu schaffen. Die beschriebenen Ansätze sollen praktisch in Fertigteilen für die kommunale Verkehrsinfrastruktur umgesetzt werden. Innerstädtisch ergeben sich für die Fertigbauweise von Verkehrswegen und -flächen eine ganze Reihe von Vorteilen, die durch die dargestellten Lösungsansätze ergänzt werden. Insbesondere mit Blick auf die hohen Verkehrslasten und die teilweise enormen NOx-Emissionen in großen Städten bieten die Ansätze hohes Potential.
Für beide Themenfelder wäre der experimentelle Aufwand zur Erforschung und Umsetzung der zugrundeliegenden Ideen extrem hoch. Deshalb wird die Bearbeitung der dritten Strategie in enger Kopplung von Simulation und Experiment erfolgen.