Forschungsprojekte der Jahre 2015 bis 2019
cemsuisse engagiert sich aktiv in der angewandten Forschung und unterstützt und koordiniert Forschungsprojekte in den Bereichen Zement und Beton. Hier ein Überblick und Einblicke (Abstracts) in die Forschungsaktivitäten ab dem Jahre 2015 bis ins Jahr 2019.
Projekte 2019
Im Rahmen der cemsuisse-Forschungsförderung wurden 2019 mehrere ingenieurtechnische Projekte mit interessanten Ergebnissen abgeschlossen.
Das Projekt «Design of Textile Reinforced Concrete» befasste sich mit der Bewehrung durch Textilfasern. Auch hier zeigte sich, dass Nachhaltigkeit nicht nur CO2-Abdruck ist. Zwar benötigen Textilfasern, weil sie nicht korrodieren, weniger Überdeckung als Stahl und haben eine bessere Ökobilanz als dieser, aber die Stabilität eines solchen Bauwerks ist eine Herausforderung. 2019 wurden die Elemente zum Bau eines Pavillons erfolgreich hergestellt.
Auch 2019 war die Karbonatisierung ein wichtiges Thema im Rahmen unserer Forschungsarbeiten. Die Karbonatisierung hat massgeblichen Einfluss auf die Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauten. Dabei geht es einerseits darum, die Bewehrung möglichst lange vor Korrosion zu schützen, andererseits möchte man für Ökobilanzberechnungen genau wissen, wieviel CO2 dank Karbonatisierung absorbiert werden kann. Im Projekt «Sicherstellung der Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauten bei Karbonatisierung» untersuchten wir den Fortschritt der Korrosion und die Berücksichtigung dieser Phase zur Überdeckungsbemessung in Normen. Das Projekt «Karbonatierungsgrad und CO2-Aufnahme von Betongranulat» widmet sich der effektiven Aufnahme von ehemals verbautem Beton – und zwar vor und nach dem Rückbau.
Im Projekt «Methanation of cement-based CO2 emissions without prior CO2 separation» wurde die technische Machbarkeit einer direkten Nutzung des CO2 aus dem Gasstrom von Zementwerken gezeigt. Mit Wasserstoff kann das Kohlenstoffdioxid in einem Katalysator in Methan umgewandelt werden. Neben dieser Erkenntnis wurde indessen klar, dass die dabei benötigte erneuerbare Energiemenge nicht vorhanden ist, und etwa das Fünffache der heute zur Zementproduktion benötigten Gesamtenergiemenge beträgt. Dies ist nicht nur eine Herausforderung für die Zementindustrie, sondern auch für alle grossen CO2-Emittenten in der Schweiz sowie für Politik und Gesellschaft.
Ein weiteres Forschungsprojekt betraf das Phosphor-Recycling aus Klärschlamm, welcher heute von der Zementindustrie zum Teil stofflich und thermisch verwertet wird. Hier ist das Ziel, den Phosphor aus dem Klärschlamm zu entfernen, ohne ihn vorher zu veraschen, damit der Brennwert erhalten bleibt und nicht zusätzliche Aschen aus Verbrennungsanlagen abgelagert werden müssen.
Projekte im Überblick:
Abstract – Design of Textile Reinforced Concrete
Design of Textile Reinforced Concrete
Abstract – Prof. Dr. Ueli Angst, Dr. Matteo Stefanoni, Prof. Dr. B. Essener, ETH Zürich
Sicherstellung der Dauerhaftigkeit von Stahlbetonbauten bei Karbonatisierung
Abstract – G. Gerner, T. Keller, L. Meyer und R. Wanner, ZHAW, Wädenswil
Phosphor-Recycling aus Klärschlamm
Abstract – Dr. Albin Kenel, i-beratung gmbh, Affoltern am Albis
Festigkeitsentwicklung von Betonen
Abstract – Dr. Andreas Leemann, EMPA
Sulfatwiderstand und Phasen-Zusammensetzung von modernem Spritzbeton
Abstract – Prof. Dr. Walter Kaufmann, Tomislav Markic, ETH Zürich
Betongelenke – Experimentelle Untersuchungen zur Herleitung von Bemessungsregeln unter besonderer Berücksichtigung der Teilflächenpressung und des Potenzials von Faserbeton
Projekte 2018
Im Rahmen der cemsuisse Forschungsförderung wurden 2018 mehrere ingenieurtechnische Projekte mit interessanten Ergebnissen abgeschlossen. Erkenntnisse aus einem Projekt zum Sulfatwiderstand von Betonen waren beispielsweise direkt für eine Normenrevision dienlich. Auch von Projekten in den Themenbereichen «Betongelenke» und «Textilbeton» erhofft man sich wichtige Erkenntnisse, um Bemessungsregeln für spezifische Anwendungen oder sicheres Design von Produkten zu erarbeiten.
Doch auch die Nachhaltigkeit von Betonbauten und deren komplexe Beurteilung ist ein wichtiges Thema der cemsuisse-Forschungsförderung. Diese umfasst Forschungsfragen zur Reduktion der CO2-Emissionen bei der Herstellung und Anwendung von Baustoffen bis zur dauerhaften Bauweise mit optimaler Betonqualität und sicherem Tragwerksverhalten. Mehrere unserer Forschungsprojekte befassen sich mit unterschiedlichsten Fragestellungen an dieser Schnittstelle.
Zur Bewertung und Ökobilanzierung von Bauwerken werden in der Schweiz im Vergleich zur EU unterschiedliche Methoden verwendet. Mit einem von cemsuisse mitunterstützten Projekt der Koordinationskonferenz der Bau- und Liegenschaftsorgane der öffentlichen Bauherren KBOB sollen die Voraussetzungen für eine eurokompatible Umweltbewertung mittels EPD (Environmental Product Declaration) geprüft und eine Harmonisierung mit der bisherigen Methode der KBOB ermöglicht werden.
Abstract – Dr. Albin Kenel, i-beratung gmbh
Festigkeitsentwicklung von Betonen
Abstract – Dr. Andreas Leemann, EMPA
Sulfatwiderstand und Phasenzusammensetzung von modernem Spritzbeton
Abstract – Prof. Dr. Daniel Heinzmann, Prof. Dr. Karel Thoma, HSLU
Effiziente konstruktive Durchbildung von Rahmenecken in Stahlbeton
Abstract – Andreas Leemann, Roman Loser, Frank Windfeld, EMPA und Stéphane Cuchet, Holcim (Suisse) SA
Validierung des Sulfatwiderstandes nach SIA 262/1, Anhang L – englisch
Abstract – Prof. Dr. Walther Kaufmann, Tomislav Markic, ETH Zürich
Betongelenke – Experimentelle Untersuchungen zur Herleitung von Bemessungsregeln unter besonderer Berücksichtigung der Teilflächenpressung und des Potentials von Faserbeton
Abstract – Prof. Dr. Walther Kaufmann, Tena Galkovski, ETH Zürich
Spannungszustand in ungerissenen Betonbauten – Potential zur Reduktion der Mindestbewehrung und für den Einsatz von Baustoffen mit begrenzter Duktilität
Schlussbericht – WMM Ingenieure AG, CSD Ingenieure AG
Konzeptstudie EDV-Tool “Nachhaltiger Betonbau”
Abstract – Dr. Miguel Fernandez Ruiz und Prof. Dr. Aurelio Muttoni, EPFL
Design of Textile Reinforced Concrete: a consistent approach towards reliable design methods and a suitable safety format
Abstract – Dr. Renaud Delmelle, Dr. Andre Heel
Methanisierung von zementbasierten CO2 Emissionen ohne vorgängige CO2 Separation
Abstract – Dr. Fritz Hunkeler, Dr. Stafanie von Greve-Dierfeld, TFB AG
Untersuchungen zur langfristigen Karbonatisierung unter unbewitterten Aussenlagerungsbedingungen (Stevenson-Screen)
Projekte 2017
Der Fokus der cemsuisse-Forschungsförderung lag im Jahr 2017 verstärkt auf ingenieurtechnischen Fragestellungen. Gleich mehrere Projekte befassten sich mit dem Tragverhalten spezifischer Bauteile sowie mit deren Bewehrung: Betongelenke und Rahmenecken sind beispielsweise besonderen Belastungen ausgesetzt, weshalb durch experimentelle Untersuchungen die Kenntnisse darüber verbessert werden sollen. Entscheidend für seine Tragkraft und seine Dauerhaftigkeit ist das Verhalten des erhärteten Betons, sowohl bezüglich seiner Festigkeit als auch seiner Widerstandskraft gegen Umwelteinflüsse.
Nachhaltiges Bauen mit Beton umfasst stets auch die Reflexion bezüglich benötigter Ressourcen. Von besonderem Interesse ist deshalb auch der Umgang mit der Bewehrung. Das Entwicklungspotenzial von Textilbeton wird in einem innovativen Forschungsprojekt näher beleuchtet: Es eröffnen sich damit neue Möglichkeiten im Design von leichten Betonbauteilen.
Abstract – Prof. Dr. R. Boes, ETH Zürich
Optimierung verschleissresistenter Materialien an Sedimentumleitstollen und wasserbaulichen Anlagen
Abstract – Dr. Fritz Hunkeler, TFB
Untersuchungen zur langfristigen Karbonatisierung unter unbewitterten Aussenlagerungsbedingungen
Abstract – Dr. Albin Kenel, i-beratung gmbh
Festigkeitsentwicklung von Betonen
Abstract – Prof. Aurelio Muttoni, EPF Lausanne
Construire plus léger et de façon plus durable : béton textile pour des éléments minces
Abstract – Dr. Andreas Leemann, EMPA
Sulfatwiderstand und Phasenzusammensetzung moderner Spritzbetone
Abstract – Dr. Daniel Heinzmann, Hochschule Luzern
Effiziente konstruktive Durchbildung von Rahmenecken in Stahlbeton
Abstract – Dr. Fritz Hunkeler, TFB
Einfluss der Karbonatisierung auf den Frost-Tausalzwiderstand (FTW) von Betonen
Abstract – Dr. Fritz Hunkeler, TFB
Vorarbeiten zur Entwicklung einer Prüfung zur Beurteilung des Abplatzwiderstandes von Beton
Abstract – Dr. Andreas Leemann, EMPA
Validierung des Sulfatwiderstandes nach SIA 262/1, Anhang L
Abstract – Dr. Walter Kaufmann, ETH Zürich
Betongelenke – Experimentelle Untersuchungen zur Herleitung von Bemessungsregeln unter besonderer Berücksichtigung der Teilflächenpressung und des Potenzials von Faserbeton
Abstract – Dr. Walter Kaufmann, ETH Zürich
Spannungszustand in ungerissenen Betonbauten – Potenzial zur Reduktion der Mindestbewehrung und für den Einsatz von Baustoffen mit begrenzter Duktilität
Projekte 2016
In mehreren cemsuisse-Forschungsprojekten wurde die Karbonatisierung des Betons untersucht. Bei diesem chemischen Prozess reagiert CO2 aus der Luft mit dem Calciumoxid (CaO) im Beton: Es entsteht das neutrale Calciumcarbonat (CaCO3). Dies führt im Ergebnis dazu, dass ein Teil des bei der Herstellung von Zement emittierten CO2 wieder zurückgebunden wird. Die Fähigkeit von Beton, CO2 aus der Umgebungsluft zu absorbieren, hat jedoch auch einen Einfluss auf die Dauerhaftigkeit. Daher gilt es, bei der Planung und Erstellung von Betonbauwerken den Karbonatisierungswiderstand zu berücksichtigen.
Abstract – Prof. Thomas Vogel, ETH Zürich
Ermüdungsverhalten von kreuzweise bewehrten Stahlbetonplatten
Abstract – Dr. Albin Kenel, i-beratung gmbh
Festigkeitsentwicklung von Betonen
Abstract – Andreas Leemann, EMPA
Karbonatisierungswiderstand von Recyclingbeton
Abstract – Prof. Dr. Aurelio Muttoni, EPFL
Construire plus léger et de façon plus durable : béton textile pour des éléments minces
Abstract – Prof. Dr. Walter Kaufmann, ETH Zürich
Betongelenke – Stand der Technik und Entwicklungspotential
Abstract – Susanne Kytzia, HSR
Zielkonflikte Nachhaltiges Bauen
Abstract – Andreas Leemann, EMPA
Sulfatwiderstand und Phasenzusammensetzung moderner Spritzbetone
Abstract – Prof. Dr. Daniel Heinzmann, HSLU
Effiziente konstruktive Durchbildung von Rahmenecken in Stahlbeton
Projekte 2015
Die Bedeutung der Betontechnologie für die Qualität von Bauwerken ist komplex. Daher befassen sich mehrere cemsuisse-Projekte mit dem Zusammenhang zwischen Karbonatisierung und der Dauerhaftigkeit von Bauwerken vor allem im Hochbau.
Zudem wurden neue Projekte bewilligt, die sich mit ingenieurtechnischen Fragen befassen: Der Stand der Technik und das Entwicklungspotenzial von Betongelenken ist für zukünftiges nachhaltiges Bauen ebenso von Interesse wie der Einsatz von Textilbetonen zur Herstellung dünner Tragelemente.
Abstract – Prof. Dr. R. Boes, ETH Zürich
Optimierung verschleissresistenter Materialien an Sedimentumleitstollen und wasserbaulichen Anlagen
Abstract – Prof. Thomas Vogel, ETH Zürich
Ermüdungsverhalten von kreuzweise bewehrten Stahlbetonplatten
Abstract – Prof. Dr. Albin Kenel, i-beratung gmbh
Festigkeitsentwicklung von Betonen
Abstract – Dr. Andreas Leemann, EMPA
Karbonatisierungswiderstand von Recyclingbeton
Abstract – Prof. Aurelio Muttoni, EPFL
Construire plus léger et de façon plus durable : béton textile pour des éléments minces
Abstract – Prof. Dr. Walter Kaufmann, ETH Zürich
Betongelenke – Stand der Technik und Entwicklungspotential
Abstract – Prof. Susanne Kytzia, HSR
Zielkonflikte nachhaltigen Bauens