Verfahrenstechnik

Kurzberichte zum Forschungsschwerpunkt Verfahrenstechnik

  • Industrialisiertes Bauen im Bestand
  • Neue Sichtbetontechnik – Integration der Erkenntnisse zu Wechselwirkungen zwischen Schalungshaut, Trennmittel und Betonoberfläche in die Prozesskette bei Sichtbeton (IGF-Nr. 15873 N)

Industrialisiertes Bauen im Bestand

Bearbeiter: Dr.-Ing. Matthias Bergmann

Hintergrund und Ziele

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde interdisziplinär ein modulares System zur Fassadensanierung entwickelt, das qualitative Vorteile gegenüber einem herkömmlichen Wärmedämmverbundsystem hat. Beteiligt waren neben dem Institut für Baubetrieb die Fachgebiete Entwerfen und Gebäudelehre sowie Entwerfen und Gebäudetechnologie des Fachbereichs Architektur der Technischen Universität Darmstadt sowie der Fassadensystemanbieter alsecco GmbH und die Wohnungsbaugesellschaft THS Consulting GmbH.

Der große Bestand an Nachkriegswohnbauten im gesamten Bundesgebiet ist aufgrund eines extremen Wohnraummangels entstanden. Eine energetische Gebäudemodernisierung erscheint aus ökologischen und ökonomischen Gründen sinnvoll. Durch die Erfüllung aktueller bauphysikalischer Anforderungen sind Energieeinsparungen bei gleichzeitigem Komfortgewinn möglich, wodurch sich die ökologische und funktionale Qualität des Gebäudes verbessert und eine Senkung der Lebenszykluskosten möglich ist.

Mit einem modularen System ist es möglich dem Planer in der Gestaltung weitgehend freie Hand zu lassen und dennoch die wirtschaftlichen, ergonomischen und qualitativen Vorteile einer industriellen Vorfertigung zu erhalten. Die verfahrenstechnische Herausforderung bei einem solchen System liegt in der Entwicklung von Montage- und Logistikprozessen, die optimal mit den Fertigteilen harmonisieren respektive im Entwurf von Fertigteilen, die effiziente Montage- und Logistikprozesse ermöglichen. Der Baubetrieb sollte darüber hinaus das präventive Qualitätsmanagement sowie die Aufnahme des Gebäudebestands betrachten.

Ablauf der Logistikprozesse auf der Baustelle
Ablauf der Logistikprozesse auf der Baustelle

Gegenstand der Forschung

Die Bestandsaufnahme wird exemplarisch mittels Photogrammetrie und Laserscanning durchgeführt.

Die Simulation des Montageprozesses sorgt für optimale Abläufe und eine bedarfsgerechte Ressourcenzuordnung in der Arbeitsvorbereitung. Durch die Identifikation kritischer Vorgänge werden gezielte Maßnahmen zur Erreichung zeitlicher Ziele der Montage möglich. Hier setzt auch die agentenbasierte Bauprozesssimulation an, welche in einem aktuellen Promotionsvorhaben am Institut für Baubetrieb erforscht wird. Die Entwicklung eines effizienten Montageverfahrens erfolgt unter Einbeziehung logistischer Aspekte. Denn gerade in der Auswahl von Geräten der Baustelleneinrichtung und deren Dimensionierung liegt einer der Schlüssel für einen guten Baufortschritt.

OperationsChart der Montage der Fassaden- und Einsatzmodule
OperationsChart der Montage der Fassaden- und Einsatzmodule

Des Weiteren räumt das Institut für Baubetrieb der Ergonomie von Prozessen auf der Baustelle einen hohen Stellenwert ein. Nur durch eine ergonomische Gestaltung von Arbeitsplätzen, Werkzeugen und Baustoffen respektive Fertigteilen können Qualität und Effizienz auf der Baustelle dauerhaft sichergestellt werden. Eine systematische Analyse des Systems und der Prozesse stellt vorhandene Schwachstellen fest. Zugleich wurden mit der QFD-Methode die Eigenschaften des Systementwurfs mit den Kundenanforderungen abgeglichen.

Neue Sichtbetontechnik – Integration der Erkenntnisse zu Wechselwirkungen zwischen Schalungshaut, Trennmittel und Betonoberfläche in die Prozesskette bei Sichtbeton

Bearbeiter: Dr.-Ing. Erik Boska

Der vorliegende Kurzbericht beschreibt die Ziele und Ergebnisse der Forschungsstelle 3, Institut für Baubetrieb der Technischen Universität Darmstadt, im AiF-Verbundforschungsvorhaben (IGF-Nr. 15873 N) mit dem Kurztittel „Neue Sichtbetontechnik“.

Belastungs-Beanspruchungs-Modell
Belastungs-Beanspruchungs-Modell

Zielbeschreibung und Vorgehensweise

Ziel 1 bestand in der Erschließung weiterer Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen Schalungshaut, Trennmittel und Betonfläche bei Sichtbeton. Zur Umsetzung der Zielsetzung 1 wurde im Sinne der theoretischen Grundlagenermittlung zunächst ein neuartiges Belastungs-Beanspruchungs-Modell des mechanischen Angriffs auf die Schalungshaut entwickelt. Demnach sind Belastungen die Einwirkungen auf die Schalungshaut. Beanspruchungen bedeuten die entsprechende Reaktion in dem Verbundwerkstoff Schalungshaut. Die Belastungen wurden im Rahmen der Systematisierung auf eine normative und eine einsatzbezogene (Baustelleneinsatz) Plattform gestellt und daraus vier Versuchsserien definiert.

Scratch-Hardness-Tester [Quelle: ERICHSEN GmbH & Co. KG]
Scratch-Hardness-Tester [Quelle: ERICHSEN GmbH & Co. KG]

Im Ergebnis der Versuchsserie I wurde festgestellt, dass Oberflächenbeschichtungen der Schalungshaut aus Duroplasten (so Phenolharzbeschichtungen) über eine relativ hohe Kratzfestigkeit gegenüber Thermoplasten (so Polypropylen) verfügen. Des Weiteren konnte die Anwendbarkeit der normativen Prüfverfahren Kratzfestigkeit (DIN EN 438-2 Kapitel 22) sowie Beständigkeit gegenüber Stoßbeanspruchung mit einer kleinen Kugel (DIN EN 438-2) als geeignet für den Untersuchungsgegenstand der Schalungshaut identifiziert werden. Ebenso wurden Qualitätsunterschiede innerhalb der Thermoplaste und Duroplaste bei der Anwendung der Prüfverfahren festgestellt.

Des Weiteren wurde festgestellt, dass die Rauigkeit der Schalungshaut einen maßgeblichen Einfluss auf den Glanzgrad der Betonfläche hat.

Teilarbeitssystem Schalungshaut reinigen und Betontrennmittel auftragen
Teilarbeitssystem Schalungshaut reinigen und Betontrennmittel auftragen

Ziel 2 bestand in der Durchführung einer Prozesserfassung und einer Prozessanalyse bei der Planung und Herstellung von Sichtbeton zum Aufbau einer Arbeitsanweisung, um einen Transfer der aus Labor- und Baustellenuntersuchungen gewonnenen Erkenntnisse in die Baupraxis zu ermöglichen. Zur Umsetzung der Zielsetzung 2 wurde zunächst die Herstellung von Sichtbeton mit den Systemelementen des REFA-Arbeitssystems beschrieben. Die Auswertung der Arbeitssysteme in den Pilotprojekten erfolgte im Sinne einer Schwachstellen-analyse durch die Gegenüberstellung der Arbeitsmethode (Soll des Arbeitsablaufs) mit der Arbeitsweise (Ist des Arbeitsablaufs). Das Ergebnis der Schwachstellenanalyse mündete in baupraktischen Empfehlungen zur Anfertigung einer Arbeitsanweisung.

Förderhinweis

Das IGF-Vorhaben (15873 N) der Forschungsvereinigung (Deutscher Beton- und Bautechnik Verein e.V.) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.