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Non-Waste-Wachsschalungen: Neuartige Präzisions-Schalungen aus 100 % recycelbaren Industrie-Wachsen zur Herstellung von geometrisch komplexen Beton-Bauteilen



Für den Hochleistungswerkstoff UHPC (Ultra Hochfester Beton) bietet sich zukünftig die Chance, durch seine Feinheit und hohe Festigkeit neue Anwendungsgebiete für effiziente filigrane Konstruktionen zu erschließen. Trotz der intensiven Forschungen wurde UHPC bislang kaum in der Baupraxis eingesetzt. Ein Grund dafür ist die noch fehlende Regelung durch Normen. Ein weiterer wesentlicher Grund ist nach Meinung der Antragsteller, dass die Bauwirtschaft auf den Einsatz von UHPC noch nicht vorbereitet ist. Denn die Herstellung von Decken, Stützen, Platten und Scheiben aus UHPC mit den marktgängigen geraden und ebenen Systemschalungen wird dem Werkstoff und der Wirtschaftlichkeit nicht gerecht. Frei geformte Bauteile sind zwar technisch möglich, erfordern aber aufwendige und teure Sonderlösungen.

Hier setzt das beantragte Forschungsvorhaben an: Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen allgemeingültigen Schalungstechnologie, um Beton-Bauteile – insbesondere aus UHPC, aber aus Normalbetonen bis hin zu Leichtbetonen – möglichst wirtschaftlich und in nahezu jeder geometrisch komplexen Form mit maximaler Präzision herzustellen. Zudem soll die neue Schalungstechnologie nachhaltig sein, weswegen die gänzliche Vermeidung von Abfallprodukten angestrebt wird. Als formgebender Werkstoff wird Industriewachs verwendet, welcher durch Schmelzen gänzlich in den Materialkreislauf zurückgeführt werden kann.

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Klaus Dröder
k.droeder@tu-braunschweig.de
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Prof. Dr.-Ing. Harald Kloft
h.kloft@tu-braunschweig.de
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Bearbeiter/in:

Dr.-Ing. Hans Werner Hoffmeister
H.Hoffmeister@tu-braunschweig.de
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Dipl.-Ing. Jeldrik Mainka
jeldrik.mainka@tu-bs.de
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Dipl.-Ing. Sarah Baron
s.baron@tu-braunschweig.de
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Projektlaufzeit:

von 12/2014 bis 11/2016

In der ersten Phase des laufenden DFG SPP 1542 wurden am ITE in Kooperation mit dem iBMB „neuartige Verbindungen für geometrisch komplexe Flächen- und Stabwerkselemente aus UHPC entwickelt“, wobei Wachs bereits ansatzweise eingesetzt wurde, um Schalungen für passgenaue trockengestoßene Bauteilfügungen herzustellen. In kleinmaßstäblichen Vorversuchen wurden hier verschiedene synthetische Paraffin-, Polyethylen- und Fischer-Tropsch-Wachse für einen Einsatz als Schalungsmaterial getestet. Die Übertragbarkeit der Technologie auf komplexere und großformatigere Bauteile soll nun im Forschungsvorhaben „Non-Waste-Wachsschalungen: Neuartige Präzisions-Schalungen aus 100 % recycelbaren Industrie-Wachsen zur Herstellung von geometrisch komplexen Beton-Bauteilen“ untersucht und weiterentwickelt werden.

Um eine möglichst große Vielfalt von Formen und Anwendungsbereichen abzudecken, sollen in dem Forschungsvorhaben zwei grundlegende Einsatzgebiete erforscht werden: Die Herstellung von „Außen-Wachsschalungen“, in welche der Beton eingefüllt wird und die Herstellung von „Hohlraum-Wachsschalungen“, welche den eingefüllten Beton verdrängen und nach Herausschmelzen des Wachses im Inneren der Betonbauteile Hohlräume erzeugen. Durch die Kooperation des Instituts für Tragwerksentwurf (ITE) und des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) werden die Erfahrungen im frei geformten Schalungs- und Betonbau mit denen der Fertigungs- und Automationstechniken des Maschinenbaus zusammengeführt. Das Forschungsvorhaben ist auf zwei Jahre ausgelegt und soll so die zeitnahe Bereitstellung der Ergebnisse für die Forschergruppen des SPP 1542 ermöglicht.

Eine mögliche Funktionsweise der Wachs-Schalungstechnologie wird im folgenden Video kurzen dargestellt:


Der UHPC Donut – Funktionsprinzip der Non-Waste-Wachsschalungstechnologie am Beispiel eines hoch präzisen Zylinderrings aus ultra-hochfestem Beton

Veröffentlichungen

[1] Mainka, J.; Heinemann, T.; Kloft, H.: A novel recyclable wax formwork-system for high-precision free-form UHPC members and joints. In: Brasil, R. und Pauletti, R. (Eds.): Shells, Membranes and Spatial Structures: Footprints, Proceedings of the IASS-SLTE 2014 Symposium, 15.-19.9.2014, Brasilia (Brasilien), 2014
[2] Mainka, J.; Kloft, H.; Stein, E.: A novel precise formwork technology based on CNC milled recyclable industrial wax for the casting of geometrically complex concrete elements. In: KIVI (Hrsg.): Future Visions – Proceedings of the IASS Symposium 2015 & ISOFF Symposium, 17.–20.8. & 16./17.8.2015 in Amsterdam (the Netherlands), paper No. IASS2015-517423, 12 S., ISBN (Electronic): 978-90-5363-042-6, 08/2015 (published on USB stick)
[3] Mainka, J.; Kloft, H.; Baron, S.; Hoffmeister, H.-W.; Dröder, K.: Non-Waste-Wachsschalungen: Neuartige Präzisionsschalungen aus recycelbaren Industriewachsen. Beton- und Stahlbetonbau 111 (2016) 12, S. 784–793)
[4] Mainka, J.; Kloft, H.; Stein; E.; Wirth, F.: Non-Waste wax formwork-technology: Innovative precision formwork for concrete members made of recyclable industrial waxes. In: Bögle, A.; Grohmann, M. (Eds.): Interfaces: architecture.engineering.science – Proceedings of the IASS Annual Symposium 2017, 25.–28.9.2017 in Hamburg, Hamburg: HCU & IASS, 2017, book of abstracts: p. 180, full paper published digitally: paper no. 9575, 10 pages