Nachhaltige Prozesse, Bauprodukte und Bauweisen
Die MFPA forscht an CO2- und energieoptimierten Verfahren und Produkten sowie Sensorverfahren zu deren Bewertung. Die Entwicklung von neuen Produkten und Recycling-Baustoffen erfordert zudem Methoden zur Bewertung der Umweltwirkungen für diese Produkte. Die Herausforderung besteht darin, Produkte über deren gesamten Lebensweg zu betrachten. Dafür kommen Stoffstromanalysen und ökobilanzielle Betrachtungen (Life Cycle Assessment – LCA) zum Einsatz.
Forschung
- Mikrowellentrocknung in der Ziegelindustrie
- Entwicklung von Baustoffen und Bauprodukten unter Einsatz von Sekundärrohstoffen bzw. Recyclingmaterialien, z.B. Optimierung von Recycling-Beton
- Entwicklung wärmetechnisch und hygrothermisch optimierter Bauteile mittels numerischer Simulation und experimentellen Methoden
- Sensorlösungen zur Feuchtebestimmung in der Ziegelindustrie und am Bau
- Erforschung von Strukturen und Materialien mit funktionalisierten (z.B. IR-reflektierenden, photokatalytischen) Eigenschaften und deren Anwendung für Bauprodukte
- Bewertung von Herstellverfahren, Baustoffen und Bauprodukten hinsichtlich ökologischer Vor- und Nachteile im Rahmen von ökobilanziellen Betrachtungen
- Sortierung von Mauerwerksbruch, Baureststoffen nach Anforderung
- Ökobilanzielle Bewertung und Optimierung neuer Bauprodukte (z. B. RC-Gipsen, Haldenmaterialien, Ziegel)
Dienstleistung
- Ermittlung strahlungsphysikalischer Eigenschaften - Bestimmung von gerichteter und diffuser Reflexion und Transmission sowie der Polarisation von Materialien bei Wellenlängen von 175 nm bis ca. 30 µm. (z. B. nach DIN EN 410, DIN EN 12898 usw.)
- bauphysikalische Prüfung von Bauteilen hinsichtlich ihrer wärme- und feuchtetechnischen Eigenschaften sowie numerische Simulation des Wärme- und Feuchtetransportes
- Ermittlung der hygrischen, dielektrischen und thermischen Eigenschaften
- Bildanalyse in der Produktion (z. B. Risserkennung am Mundstück)
- Stoffstromanalysen und ökobilanzielle Betrachtung (LCA)
- Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen
- Software Umberto LCA+ für die Erstellung von CO2- und Ökobilanzen, Ermittlung der Ökoeffizienz
- Datenbank ecoinvent 3
- MIR-FIR-Spektrometer der Fa. Bruker Spektrometer (Infrarot-Bereich)
- UV-Vis-NIR-Spektrometer Cary 5000 Agilent Technologies (UV-, sichtbarer und naher IR-Bereich)
- Faseroptische Sensorik
- ZVR Netzwerkanalysator Rohde & Schwarz (DC, 10 kHz – 4 GHz)
- Netzwerkanalysator PNA E8363B AGILENT (10 MHz – 40 GHz)
- Spektrumanalysator FSL 6 Rohde & Schwarz (9 kHz – 6 GHz)
- Tektronix Kabeltester
- TDR 100 Zeitbereichsreflektometer
- Ultra Wideband (UWB) M-Sequenz-Radarsystem (17 MHz – 13,5 GHz)
- Koaxiale Messzellen in verschiedenen Größen
- Koaxiale Oberflächensonden (100 MHz – 40 GHz)
- Druckversuchsstand bis 40 bar
- Resonatoren für unterschiedliche Frequenzen
- Resonatorfeuchtemessgeräte (100 MHz)
- Diverse Trockenschränke und Wägesysteme
- Feuchteschnellbestimmer auf Basis Mikrowellentrocknung
- Feuchteschnellbestimmer auf Basis Infrarottrocknung
- Kryostat zur temperaturabhängigen Kalibrierung (-30 °C – 200 °C)
- dynamische Dampfsorption (DVS), Dewpoint-PotentiaMeter (WP4C) sowie Druckplattenapparaturen zur Messung der Feuchtespeicherung von Materialien,
- Coulometer WDS400 Sartorius
- gesättigte Salzlösungen zur Einstellung bestimmter relativer Feuchten u. a.
- 3D-Druck für verschiedenen Materialien
- Mikrowelle, Ofen, Wärmeschränke
- 3D-Scanner GOM Atos, Kamerasystem zur digitalen Bildkorrelation
Projekte
Im Vorhaben sollen die Anwendung von Gips als Leichtbaustoff (Einsparung mehr als 50 % des Rohstoffes), die Nutzung von Übergangsgestein (Haldenmaterial) als Baustoff, neue Verwendungsmöglichkeiten von Gipsstäuben aus aufbereiteten Gipsabfällen sowie modulare und nutzungsflexible Gipsleichtbauelemente, die als Bauteil wiederverwendbar sind, untersucht werden. Darüber hinaus sollen materialseitige Lösungen für konstruktive und rückbaufreundliche Bauweisen, eine materialselektive Trennung, eine uneingeschränkte Recycelbarkeit sowie Kl-Verfahren zur automatischen Sortiertechnik erarbeitet werden.
Fördermittelgeber/in
Freistaat Thüringen aus Landesmitteln des Thüringer Ministeriums für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft
Richtlinie zur Förderung der Forschung (FOR-Richtlinie)
Projektträger/in
Thüringer Aufbaubank
Projektleiter/in
Dr.-Ing. Saskia Nowak
Partner/innen
F.A. Finger – Institut für Baustoffkunde Bauhaus-Universität Weimar
Hochschule Nordhausen
Institut für Angewandte Bauforschung Weimar GmbH
CASEA GmbH
MUEG Mitteldeutsche Umwelt- und Entsorgung GmbH
Laufzeit
Mai 2021 - Sep 2023
Kurzfassung
Im Vorhaben sollen die Anwendung von Gips als Leichtbaustoff (Einsparung mehr als 50 % des Rohstoffes), die Nutzung von Übergangsgestein (Haldenmaterial) als Baustoff, neue Verwendungsmöglichkeiten von Gipsstäuben aus aufbereiteten Gipsabfällen sowie modulare und nutzungsflexible Gipsleichtbauelemente, die als Bauteil wiederverwendbar sind, untersucht werden. Darüber
hinaus sollen materialseitige Lösungen für konstruktive und rückbaufreundliche Bauweisen, eine materialselektive Trennung, eine uneingeschränkte Recycelbarkeit sowie Kl-Verfahren zur automatischen Sortiertechnik erarbeitet werden.
Ziel des geplanten Kooperationsvorhabens ist es, statisch-konstruktive und bauphysikalische Grundlagen für die Bemessung und Nachweisführung von Strohballenmauerwerk zu erarbeiten. Um dies zu erreichen, ist es unerlässlich, eine Klassifizierung der lastabtragenden Strohballen bezüglich ihrer statisch konstruktiven Eigenschaften vorzunehmen.
Fördermittelgeber/in
Freistaat Thüringen aus EU-Mitteln des EFRE und Landesmitteln des Thüringer Ministeriums für Infrastruktur und Landwirtschaft (TMIL), Förderung der Zusammenarbeit in der Land-, Forst- und Ernährungswirtschaft (LFE)
Projektträger/in
Thüringer Aufbaubank
Projektleiter/in
Dr.-Ing. Stefan Helbig
Partner/innen
Bauhaus-Universität Weimar, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau
Hoppe Arcitur, Weimar
KeHo Agrarhandel GmbH, Niedertopfstedt
Agrargemeinschaft "Gebirge" e.G., Kleinkröbitz
Laufzeit
Sep 2021 - Feb 2024
Kurzfassung
Ziel des geplanten Kooperationsvorhabens ist es, statisch-konstruktive und bauphysikalische Grundlagen für die Bemessung und Nachweisführung von Strohballenmauerwerk zu erarbeiten. Um dies zu erreichen, ist es unerlässlich, eine Klassifizierung der lastabtragenden Strohballen bezüglich ihrer statisch konstruktiven Eigenschaften vorzunehmen. Ausgangspunkt für eine Klassifizierung sollen vorkonditionierte Strohballen sein, denen definierte Festigkeits- und Formänderungsparameter zugeordnet werden können. Die Konditionierung soll über gezielte Vorbeanspruchungen der Strohballen und einer damit verbundenen Verdichtung und Vorwegnahme zeitabhängiger Formänderungsanteile realisiert werden. Durch die gezielten Vorbeanspruchungen sollen in den Strohballen Ei-genspannungszustände (Vorspannungen) erzeugt werden, die eine Klassifizierung des Wandbaustoffs unabhängig von den Eigenschaften des Ausgangsmaterials ermöglichen.
Die intermittierende Mikrowellentrocknung kann derzeit als einziges alternatives Verfahren die rein auf fossilen Brennstoffen basierende konvektive Trocknung in der Ziegelindustrie ablösen und zu einer Verkürzung der Trocknungsdauer bei gleichzeitiger energetischer Optimierung des Prozesses beitragen. Der im Vergleich zur konvektiven Trocknung um ein Vielfaches effizientere Energieeintrag ermöglicht sehr hohe Verdampfungsgeschwindigkeiten und bedarf daher einer gut optimierten Regelung.
Fördermittelgeber/in
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Projektträger/in
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF)
Projektleiter/in
Dr. rer. nat. Ralf Wagner
Partner/innen
Institut für Ziegelforschung Essen e.V.
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik
Laufzeit
Jan 2020 - Dez 2022
Kurzfassung
Die intermittierende Mikrowellentrocknung kann derzeit als einziges alternatives Verfahren die rein auf fossilen Brennstoffen basierende konvektive Trocknung in der Ziegelindustrie ablösen und zu einer Verkürzung der Trocknungsdauer bei gleichzeitiger energetischer Optimierung des Prozesses beitragen. Der im Vergleich zur konvektiven Trocknung um ein Vielfaches effizientere Energieeintrag ermöglicht sehr hohe Verdampfungsgeschwindigkeiten und bedarf daher einer gut optimierten Regelung. Andernfalls würden die hohen Dampfdrücke zur Zerstörung der Ziegelrohlinge führen. Die Prozessteuerung muss auf den zeitlich veränderlichen und beiderseitig gekoppelten Temperatur- und Feuchtigkeitsprofilen im Inneren der Ziegel basieren. Bisher existieren aber keine belastbaren Daten an Hand derer dies realisierbar ist. Ziel des Projektes ist es, auf Grundlage der Materialeigenschaften und experimentbasierter Berechnungsmodelle die intermittierende Mikrowellentrocknung so weit zu entwickeln, dass sie als Verfahrensschritt für die Ziegelindustrie und somit als ein alternatives Trocknungsverfahren zur Verfügung steht. Zur Beschreibung des Trocknungsprozesses sollen elektrodynamische und thermodynamische Modelle formuliert und miteinander gekoppelt werden. Für die Modellformulierung und deren Validierung werden Experimente in einem absatzweise betriebenen Mikrowellentrockner stattfinden. Außerdem ist eine vollständige Charakterisierung sowohl der Ziegelrohlinge wie auch der fertig getrockneten Produkte vorgesehen.
