Ziel des interdisziplinären Projektes war die Entwicklung eines modularen Labormöbelsystems auf der Basis zementgebundener Hochleistungswerkstoffe als Beitrag zur Substitution konventioneller, kosten- und energieintensiver Werkstoffe. Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Weiterentwicklung von zementgebundenen Hochleistungswerkstoffen völlig neue Einsatzfelder, auch außerhalb des Bauwesens, erschließen lassen.
Solitärtisch im Stecksystem aus weißem Ultrahochleistungsbeton (UHPC)
UHPC für Industrie- und Labormöbelsysteme
Das Kooperationsprojekt wurde interdisziplinär von Fachleuten aus der Bauindustrie, dem Labor- und Prüfgerätebau sowie der angewandten Forschung bearbeitet. Als Projektziel stand die Entwicklung eines zementgebundenen Hochleistungswerkstoffs mit besonderen Eigenschaften (Design-Beton). Der hochfeste Werkstoff war die Grundlage zur Entwicklung und Herstellung filigraner, textilbewehrter Systemkomponenten zur Verwendung in Industrie- und Labormöbelsystemen. Dies leistet, unter Berücksichtigung der wesentlichen Aspekte der Werkstoffeigenschaften, der statischen Anforderungen, des ästhetischen Erscheinungsbildes sowie der Funktionalität und Gebrauchstauglichkeit einen Beitrag zur Substitution konventioneller, kosten- und energieintensiver Werkstoffe wie beispielsweise Edelstahl oder keramischer Beläge.
Funktionsmuster Laborspülentisch (Arbeitsplatte, Ablageböden, Türen, Seiten- und Rückwandverkleidungen aus Design-Beton mit Tragkonstruktion aus Edelstahl)
Werkstoffentwicklung Design-Beton – Methoden der statistischen Versuchsplanung (DoE) mit numerischer Optimierung
Herstellungsverfahren und Funktionsmuster
Auf der Grundlage neu entwickelter Rezepturen – mit einem handelsüblichen Bindemittel-Compound hergestellt – wurden Laborarbeitsplatten als erste Funktionsmuster werkseitig gefertigt und einem Langzeittest unter Laborbedingungen unterzogen. Damit ließ sich die grundsätzliche Eignung von zementgebundenen Hochleistungswerkstoffen für Labormöbelkomponenten nachweisen. Die Entwicklung projektinterner Rezepturen beruhte auf der zielgerichteten Auswahl und umfassenden Analyse reaktiver und inerter Komponenten und der Anwendung von Methoden der Packungsdichteoptimierung. Es konnten Einsatzpotentiale für Anfallstoffe erschlossen werden. Zur Erfassung theoretisch schwer quantifizierbarer Einflussfaktoren auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften wurden Methoden der Statistischen Versuchsplanung und Auswertung (DOE) angewandt. Diese ermöglichen eine effiziente Herangehensweise an komplexe Fragestellungen mit mehreren Einflussfaktoren. Auf Grundlage einer Varianzanalyse wurden für alle Antwortgrößen empirische, mathematische Modelle erstellt und im Hinblick auf geeignete Einflussfaktoren numerisch optimiert. Das Hauptaugenmerk lag auf den rheologischen Eigenschaften und den Biegezugfestigkeiten.
Funktionsmuster von Laborarbeitstischen aus Ultrahochfestem Beton (UHPC)
Entwicklung von Ausgangsmischungen
Die gewonnenen Ergebnisse wurden dazu genutzt, zwei spezielle, vorgefertigte Ausgangsmischungen mit zugehöriger, flüssiger Zusatzmittelkomponente zu entwickeln, die eine wirtschaftliche, werkseitige Fertigung betongrauer sowie weißer bzw. intensiv durchgefärbter Labormöbelkomponenten ermöglichen. Die Zusammensetzungen sind selbstverdichtend, besitzen ein sehr gutes Formfüllvermögen und weisen im erhärteten Zustand eine ausgezeichnete Oberflächenqualität sowie eine hohe mechanisch/chemische Beständigkeit auf. Eine Wärmebehandlung verbessert die mechanischen Eigenschaften, ist aber nicht zwingend erforderlich. Die entwickelten Design-Betone ermöglichen die Herstellung äußerst filigraner, textilbewehrter Möbelkomponenten mit Querschnitten zwischen 6 und 20 mm.
Fertigung der Betonkomponenten
Anfertigung eines modularen Labormöbelsystems
Basierend auf dieser werkstofflichen Entwicklung wurde ausgehend von verschiedenen Entwurfsvarianten ein modulares Labormöbelsystem entwickelt, das auf der Materialkombination Edelstahl (Tragkonstruktion) und Design-Beton (Arbeitsplatten, Ablageböden, Korpus-Verkleidungen, Prüfgeräteaufnahmen) beruht. Die höhere Masse zementgebundener Komponenten ist für die Dämpfung dynamischer Lasten aus der Integration von Baustoffprüfgeräten wie Rütteltischen und Waagen von Vorteil. Es wurden Funktionsmuster für ein modulares Industrie- und Labormöbelsystem entworfen und realisiert. Die Verbindung der Labormöbelkomponenten mit der Tragkonstruktion erfolgte durch Kleben. Die Design-Beton-Komponenten bieten ausgezeichnete, kundenspezifisch anpassbare Möglichkeiten zur farblichen oder texturiellen Gestaltung. Die Oberflächen können u. a. mit eingeprägten Logos ausgestattet werden. Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Weiterentwicklung von zementgebundenen Hochleistungswerkstoffen völlig neue Einsatzfelder, auch außerhalb des Bauwesens, erschließen lassen. Die Projektergebnisse bieten Potentiale für weitere Anwendungsfelder.
Ansprechpartner
Dipl.-Ing. René Tatarin
+49 (0) 3643 8684 – 131
+49 (0) 3643 8684 – 113
r.tatarin∂iab-weimar.de
Projektpartner
► TESTING Bluhm & Feuerherdt GmbH
► BB Beton und Bauwaren GmbH
