DigiHemp - Digitale Technologien zur Qualitätssicherung und Leistungssteigerung hanfbasierter Baustoffe

Entwicklung digitaler Methoden zur Abbildung, Prognose und Optimierung der thermischen/mechanischen Eigenschaften von Kompositwerkstoffen aus biobasierten Rohstoffen. Berücksichtigung des komplexen Materialaufbaus wie auch der Eigenschaften der Bestandteile für die Prognose und Verbesserung der Baustoffeigenschaften, mit dem übergeordneten Ziel des vermehrten Einsatzes von biobasierten Baustoffen.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation und Problematik

Die bis dato im urbanen Umfeld verwendeten konventionellen Baumaterialien sind aufgrund ihres Energiebedarfs im Zuge der Herstellung und schlechten Rückbaubarkeit/Rezyklierbarkeit hinsichtlich Nachhaltigkeit als bedenklich einzustufen.

Vereinzelt kommen alternative biobasierte Baustoffe zum Einsatz, welche jedoch aufgrund ihrer vergleichsweisen hohen Variabilität (Streuung) in den technischen Eigenschaften nach wie vor das Nachsehen gegenüber konventionell eingesetzten Baustoffen haben. Neben der preislichen Diskrepanz sind diese Eigenschaften der technischen Leistungsfähigkeit biobasierter Baustoffe die derzeit bestimmenden Faktoren für ihre eher sporadische Anwendung.

Innovationsgehalt und Ziele

Die Steigerung der Leistungsfähigkeit biobasierter Baustoffe und der verbreitete und vermehrte Einsatz in Neubau und Sanierung ist das zentrale Ziel von DigiHemp. Abgehend von der üblichen "Trial & Error" Methode sollen Ansätze basierend auf der Mehrskalenmodellierung (siehe Abbildung 1) weiterentwickelt und auf die Besonderheiten biobasierter Bestandteile angepasst werden.

Schematischer Aufbau: Identifikationsversuche / Teilkomponenten / Nano-, Mikro-, Meso- und Makroebene, Homogenisierung, Validierungsversuche und Technische Eigenschaften. — Abb. 1: Schematischer Aufbau eines Mehrskalenmodells für die Bestimmung technischer Eigenschaften mit Identifikations- und Validierungsversuche (Copyright: DigiHemp)

So können Schwankungen in den Eigenschaften der Ausgangsstoffe und Einstellungen zum Herstellungsprozess sowie ihre Auswirkung mit dem Ziel verbesserter technischer Eigenschaften mit reduzierter Streuung bei der Entwicklung neuartiger biobasierter Baustoffe modellmäßig berücksichtigt werden (siehe z.B. Erfassung des Materialaufbaus in Abbildung 2).

So kann z.B. die Auswirkung einer möglichen vorangegangenen Sortierung der biobasierten Rohstoffe (Klassifizierungen mit geringeren Schwankungen der Eigenschaften) auf die erzielbaren technischen Eigenschaften und deren Streuung untersucht werden. Basierend auf der Sensibilitätsanalyse und Identifikation der maßgebenden Parameter sollen die thermischen/mechanischen Eigenschaften verbessert, deren Streuung reduziert, und sohin der vermehrte Einsatz von biobasierten Baustoffen erreicht werden.

Zeiss Röntgenmikroskop in der Testkammer und eine Materialnahaufnahme. — Abb. 2: Zeiss Röntgenmikroskop am NanoLab@uibk: (links) Foto der Testkammer und (rechts) beispielhafte voxelbasierte Aufnahmen der Materialmorphologie (Graustufen repräsentieren Materialphasen mit unterschiedlichen Dichten) (Copyright: DigiHemp)

Angestrebte Ergebnisse bzw. Erkenntnisse

Geometrische, mechanische und thermische Charakterisierung von biobasierten Rohstoffen
Experimenteller Datensatz zu biobasierten Baustoffen
Modellbasierte Bestimmung effektiver mechanischer und thermischer Eigenschaften
Bestimmung/Verbesserung technischer Eigenschaften sowie deren Streuung

Projektbeteiligte

Projektleitung

Institute for Construction and Material Technology, University Innsbruck

Projekt- bzw. Kooperationspartner:innen

Hempstatic GmbH

Kontaktadresse

Univ.Prof. Dr. Roman Lackner
Technikerstraße 13
A-6020 Innsbruck

Tel.: +43 (512) 507 63500
E-Mail: materialtechnologie@uibk.ac.at
Web: www.uibk.ac.at/mti/