Die Massenproduktion von Zement als Hauptbestandteil von Beton in der Bauindustrie führt zum Verbrauch natürlicher Ressourcen und zur Umweltverschmutzung. Die signifikante Verbesserung der Materialeffizienz während des Entwurfs- und Konstruktionsprozesses von Stahlbetonbauteilen und die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs stellen eine wesentliche Strategie zur Bekämpfung dieser anthropogenen Herausforderungen dar. Innovative Konzepte im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Transregio 280 (SFB/TRR280) sollen die zukunftsorientierte Gebäudestrategie hinsichtlich Entwurf, Modellierung, Konstruktion, Produktion und Anwendung nachhaltiger und ressourceneffizienter Bauteile aus Beton fördern. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das volle Potenzial des Hochleistungs-Textilbetons durch neuartige und verbesserte Materialzusammensetzungen unter Verwendung biologisch inspirierter Konstruktionsprinzipien auszuschöpfen.
Gezielte Untersuchungen von Pflanzenstrukturen mit spezifischen Faserorientierungen dienen daher als Anregung für belastungsangepasste Bewehrungsstrukturen. Insbesondere die Übergangszone vom Blattstiel zur Blattspreite in Pflanzenblättern zieht die Aufmerksamkeit auf sich. Bei peltaten Pflanzenarten, d.h. Blättern, bei denen der Blattstiel mittig und senkrecht in die Lamina übergeht, stellt der Übergang eine erhebliche Geometrieänderung von einem Balken zu einer Platte auf sehr kurzer Strecke dar. Eine detaillierte Untersuchung ergab mehrere Prinzipien, wie der Übergang vom Blattstiel zur Blattspreite organisiert ist. Das anwendungsorientierte 3D-Garnplatzierungswerkzeug wird im Hinblick auf eine gezielte Imprägnierung der Fasern mit den entsprechenden Tränkungsmitteln entwickelt. Das entwickelte 3D-Garnverlegegestell gewährleistet die Fixierung von räumlichen und hochverzweigten textilen Verstärkungstopologien entsprechend der Lasteinleitungsorientierung mittels individuell steuerbarer Stützstäbe und aufgesetzter 3D-Wickelkörper.
Mit Hilfe des CAE-gestützten Entwurfsprozesses und der robotergestützten Fertigungstechnologie wird die Realisierung räumlich verzweigter, biomimetischer textiler Bewehrungstopologien den Weg zu einer nachhaltigen und effizienten Wertschöpfungskette im Bausektor ebnen.