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Technical University of Munich

Forschung am Lehrstuhl Werkstoffe und Werkstoffprüfung im Bauwesen

Forschungsvorhaben Arbeitsgruppe Betontechnologie

Beton ist der meist verwendete Baustoff der Gegenwart und wie kein anderes Material geeignet, architektonische Visionen in einer nahezu grenzenlosen Formenvielfalt zu realisieren. Zahlreiche betontechnologische Innovationen der letzten Jahre zeigen, dass er auch das Potenzial hat, die Architektur der Zukunft zu prägen. In diesem Sinne beschäftigt sich die Forschung in der Arbeitgruppe Betontechnologie mit den wesentlichen Aspekten des Baustoffs Beton - von der Herstellung (Mischen), über die Verarbeitung (Rheologie) bis hin zu den mechanischen Eigenschaften und der Dauerhaftigkeit. Die Schwerpunkte liegen insbesondere in den Bereichen Konstruktionsbetone (Ultra-Hochfester Beton, Selbstverdichtender Beton, Leichtverarbeitbarer Beton, Sichtbeton), Nachhaltigkeit (ressourcenschonendes Bauen mit UHPC, nachhaltiger Fasereinsatz) sowie Dauerhaftigkeit (Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand). Weitere wichtige Forschungsgebiete stellen der Betonstraßenbau und die Verbunddübel dar.

Forschungsvorhaben Arbeitsgruppe Stahl und Korrosion

Stahl ist der starke Partner von Beton. Doch kann die Dauerhaftigkeit von Stahlbeton durch Korrosion stark beeinträchtigt werden und hohe volkswirtschaftliche Schäden verursachen. Der Werkstoff Stahl und dessen Schädigung durch Korrosion sind die Kernforschungsthemen der Arbeitsgruppe. Neben der Modellierung des Schadensfortschritts bei Korrosion von Stahl in Beton steht die probabilistische Lebensdauerberechnung als Entscheidungshilfe bei der Bemessung von Bauwerken auf Dauerhaftigkeit im Fokus. Ergänzt wird die Forschung durch die Entwicklung optimierter Inspektions- und Erhaltungsstrategien sowie durch die Analyse der Aussagegenauigkeit der Korrosionsdetektion im Stahlbeton. Auch Einwirkungskombinationen wie dynamische Beanspruchung und Korrosion oder die Untersuchung der Wirksamkeit beschichteter Bewehrung werden in der Arbeitsgruppe wissenschaftlich untersucht.

Forschungsvorhaben Arbeitsgruppe Bitumenhaltige Baustoffe und Gesteine

Der von der Arbeitsgruppe umspannte Forschungsbereich behandelt Themen sowohl der Einzelmaterialien Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel sowie Gesteinskörnungen als auch des daraus zusammengesetzten As­phaltes. Auf dem Gebiet der Gesteinskörnungen werden auch die Einflüsse der Gesteinskör­nungen auf den Beton mit betrachtet. Ausgehend von dem gesamten Arbeitsgebiet der Ar­beitsgruppe sind die Forschungsthemen naturgemäß sehr stark praxisorientiert, bzw. ingenieurmäßig ausgerichtet.

  • Praxisgerechte Beurteilung der Qualität von feinen Gesteinskörnungen für den Anwendungsbereich Asphalt (Qualifine)
    Bewertung des Einflusses der Wasserempfindlichkeit von feinen Gesteinskörnungen auf die Mörteleigenschaften von Asphaltdeckschichten aus Walzasphalt

  • Frostprüfung an Asphalt – Entwicklung eines Performance-Prüfverfahrens an Asphalt zur Beurteilung des Widerstands gegen Frost-Tausalz-Beanspruchung von Gesteinskörnungen
  • Repräsentative Ermittlung der performance-relevanten Asphalteigenschaften als Grundlage neuer Vertragsbedingungen
  • Entwicklung eines unmittelbar in die Aufbereitung integrierbaren Verfahrens zur trockenen Absonderung des Glimmers aus Granitbrechsand
  • Akustisch optimale Textur bei Asphalten mit künstlicher Gesteinskörnung aus EOS
  • Auswertung der Griffigkeitsdaten aus der laufenden Straßenzustandserfassung – Erweiterung des bisherigen Erfahrungshintergrundes im Hinblick auf den Widerstand gegen Polieren von feinen Gesteinskörnungen
  • Beurteilung von Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstandes gegen Zertrümmerung
  • Wasserdurchlässigkeit von Baustoffgemischen im Labor und in situ
  • Grundlagen der Gefügeentwicklung von UHPC. Verbundforschung Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand von Beton unter besonderer Berücksichtigung der verwendeten Gesteinskörnungen
  • Untersuchungen zum Frost-Tausalz-Widerstand von Beton der Expositionsklasse XF2 nach ZTV-ING, Teil 1: Historische Erkundung
  • Weiterentwicklung der Prüfung des Kälteverhaltens von Straßenbaubitumen und PmB mit dem Ben­ding Beam Rheometer
  • Bewertungshintergrund für Prüfverfahren zur Griffigkeitsprognose
  • Untersuchungen zum Ersatz des Brechsand-Natursand-Verhältnisses durch den Fließkoeffizienten

Forschungsvorhaben Forschungsbereich Computational Modeling and Simulation

We are also active in the Innovation and analysis of building materials through computational modeling, simulation, and AI. Specifically, we focus on the a) design and analysis of novel sustainable building materials, modeling and simulation of durability and damage using mechanics based multiscale models and the development of computational techniques for improving the efficiency of experimental and simulation-based analysis of building materials. 

1. Multiscale Materials Modeling:

  • Materials Design and Model based Characterization: Leveraging simulation-based approaches to innovate, design, and evaluate novel sustainable cementitious composites and other building materials. This includes enhancing properties such as strength and durability, with a specific focus on improving performance with reduced environmental impact.
  • Durability and Damage Prediction through Mechanics based Multiscale Modeling: Utilizing mechanics based multiscale modeling to accurately predict the behavior of concrete and assess the effects of various loadings on material durability, aiming to significantly extend thier lifespan.

2. Innovative Computational Techniques for Material Science:

  • Machine Learning for Efficient Simulations: Applying machine learning for model-order reduction to streamline complex simulations, enhancing efficiency without sacrificing accuracy.
  • Development of Novel Numerical Methods: Innovating in numerical methods (including Continuum Micromechanics, Voxel Finite Element Method, Finite-Cell Method, Lippmann-Schwinger-FFT, and the Lattice Boltzmann Method) for accurate scale-bridging simulations to improve predictive capabilities and analysis across different material scales.
  • Simulation of Non-equilibrium Processes: Employing Cellular-Potts models to simulate and understand the behavior of materials under non-equilibrium conditions, crucial for predicting complex microstructural evolution.

3. Data-Driven and AI-Enhanced Approaches for Material Innovation:

  • Harnessing extensive experimental datasets using  machine learning to drive the development, characterization, and optimization of building materials.

 

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