Dr.-Ing. Tobias Schack: Auch im Betonbau müssen wir uns immer mehr mit Klimaschutz und Ressourceneffizienz beschäftigen. Die Betone werden immer komplexer. Es ist nicht mehr ein Dreikomponentensystem aus Zement, Wasser und Gesteinskörnung, sondern ein Multiparametersystem. Die Zemente bestehen heute schon aus drei bis vier Hauptbestandteilen. Zudem setzen wir immer mehr rezyklierte Gesteinskörnung ein. Somit holen wir uns deutlich mehr Schwankungen ins System. Diese gilt es bei der Frischbetonherstellung zu beherrschen. Meine Arbeit soll dazu beitragen, die Eigenschaften des Betons bei der Herstellung und Verarbeitung zielsicher zu erfassen und zu bewerten.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Die auf der Baustelle bisher angewendeten Methoden sind sehr stark empirisch geprägt. Es hängt viel davon ab, wie viel Erfahrung die Prüfenden haben. Ein Baustoffprüfer, der seit 30 Jahren auf der Baustelle ist, kann subjektiv anhand des Erscheinungsbildes des Betons viele Eigenschaften abschätzen. Es ist aber keine quantitative Bewertung auf diese Weise möglich. Genau solche Bewertungsverfahren, die auf der Baustelle einsetzbar sind und die Betoneigenschaften quantitativ in Echtzeit erfassen und bewerten, brauchen wir aber.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Standardmäßig wird auf der Baustelle das sogenannte Ausbreitmaß gemessen, um die Konsistenz und damit die Verarbeitbarkeit des Frischbetons einzuordnen. Dieses normative Prüfverfahren gibt es seit mehr als 60 Jahren. Der erfahrene Prüfer erkennt bei der Durchführung noch weitere Merkmale in der Oberfläche des ausgebreiteten Frischbetons, wie zum Beispiel eine starke Reflexion oder Absonderungen von Leim, die zur Abschätzung von Betoneigenschaften genutzt werden können. Genau diese Aspekte habe ich auch im Rahmen meiner Arbeit genutzt, nur dass ich diese bisher augenscheinlich erkennbaren Merkmale in eine quantitative Methode überführt habe.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Der Ausbreitversuch wird dabei immer noch standardmäßig durchgeführt. Im Anschluss werden Bilddaten vom ausgebreiteten Frischbeton mit einer standardmäßigen Kamera aufgenommen. In diesen Bildern werden spezifische Muster und Strukturen ermittelt. Das können zum einen geometrische 2-D-Eigenschaften, aber auch aus mehreren Bildern ermittelte 3-D-Informationen sein. Die identifizierten Merkmale werden in Kennwerte umgewandelt, die zum Beispiel die Oberflächenstruktur des Frischbetons beschreiben. Darüber lässt sich unter anderem der Leimgehalt, die Korngrößenverteilung oder das Größtkorn der Gesteinskörnung präzise bestimmen. Auch für die Reflexion habe ich Kennwerte hergeleitet, um zum Beispiel auf das Wasserrückhaltevermögen des Frischbetons rückschließen zu können.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Ich denke, für jüngere Menschen könnte der Beruf attraktiver werden. Wir spüren bereits einen Rückgang in den Auszubildendenzahlen. Wenn Methoden der Künstlichen Intelligenz oder Computer Vision im Betonbau zum Einsatz kommen, kann das Jugendliche begeistern.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Das wäre vorstellbar. Unser Ziel ist es, die Technologie möglichst schnell in die Produktreife zu überführen. Dazu würden wir gerne ein Start-up aus dem Lehrstuhl ausgründen. Ich hoffe, es klappt noch in diesem Jahr. Ein Vorteil der Methode ist auch, dass wir zum Beispiel die Baustelle direkt mit dem Herstellerwerk vernetzen können. Der Lieferant könnte festgestellte Qualitätsabweichungen auf Basis der digitalen Daten schnellstmöglich anpassen.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Viele stehen neuen Anwendungen offen gegenüber. Momentan sind die meisten Methoden noch auf theoretische Daten fokussiert. Zur digitalen Qualitätsregelung des Frischbetons sind aber Daten des Ist-Zustands notwendig, um mögliche Schwankungen zu erfassen und dann zielsicher reagieren zu können. Deshalb müssen digitale Methoden zur Qualitätsprüfung des Frischbetons in den Produktionszyklus des Frischbetons integriert werden.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Die Schwankungen in den Ausgangsstoffen, die wir künftig beherrschen müssen, werden immer größer. Neben der Gesteinskörnung als natürlichem Rohstoff holen wir zum Beispiel noch rezykliertes Material herein. Diese Schwankungen müssen wir zeiteffizient und zielsicher ermitteln und regeln. Darüber hinaus müssen wir Klinker einsparen. Das können wir durch neue Zemente oder einen verringerten Zementgehalt im Beton erreichen. Betontechnologisch bedeutet Letzteres aber, dass die Betone nicht mehr so robust reagieren, zum Beispiel auf Schwankungen des Wassergehalts. Eine präzise Ermittlung der Betoneigenschaften wird zur zielsicheren Anwendung solcher Betone immer wichtiger. Dies gelingt nur mit neuen innovativen Methoden zur Qualitätsprüfung des Frischbetons. Die entwickelte Methode der bildbasierten Frischbetonprüfung bildet die Grundlage für eine mögliche digitale Qualitätsregelung des Frischbetons.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Mich begeistert, dass man aus so einem relativ einfach zusammengesetzten, aber trotzdem hochkomplexen Material Bauteile in nahezu jeder Form herstellen kann. Diese Flexibilität der Formbarkeit kombiniert mit der Komplexität des Baustoffs, die immer wieder neue Fragen aufwirft, finde ich spannend.

Dr.-Ing. Tobias Schack: Es ist eine wahnsinnige Freude und erfüllt mich mit großem Stolz, denn der Preis hat in unserer Branche einen sehr guten Ruf. Es werden immer Ideen mit einem sehr hohen Wert für die Praxis ausgezeichnet. Mein Thema bekommt dadurch natürlich noch einmal mehr Aufmerksamkeit. Das ist für mich extrem positiv, auch im Hinblick auf die Überführung der Idee in die Praxis.