Herausforderungen für Baumaterialien bei Kälte
Niclas Depenbrock, Absolvent des Fachbereichs Bauingenieurwesen, untersuchte in seiner Masterarbeit die Eigenschaften von Baumaterialien bei niedrigen Temperaturen. Die Forschung, die sowohl auf einer Baustelle in Finnland als auch im Labor stattfand, konzentrierte sich auf die Frage, inwieweit Kälte die Beschädigung von Materialien beim Einbau beeinflusst. Ziel ist es, die Funktionalität von Baustoffen auch unter extremen Wetterbedingungen sicherzustellen, um Baustopps in kalten Regionen zu vermeiden.
Die Untersuchung zeigte, dass bestimmte Baumaterialien bei Minusgraden Schäden aufweisen können, die bei Plusgraden nicht auftreten. Insbesondere Geogitter, die im Tiefbau zur Stabilisierung von Tragschichten unter Straßen eingesetzt werden, verändern ihre Eigenschaften bei Kälte. Diese Kunststoffgitter sollen die mechanischen Eigenschaften der Schottertragschicht verbessern und die Bildung von Spurrillen durch schwere Fahrzeuge verhindern.
Feldversuch in Finnland
Für den Praxistest reiste Depenbrock für eine Woche nach Kemi im Norden Finnlands. Dort testete er gemeinsam mit internationalen Forschenden Geokunststoffe unter realen Bedingungen auf einer Straßenbaustelle. Auf einem Testfeld von etwa 40 mal fünf Metern wurden Kunststoffgitter verschiedener Hersteller in eine Schottertragschicht eingebaut. Die Verdichtung des Schotters mittels Walze stellte dabei die größte mechanische Belastung dar, bei der potenzielle Schäden entstehen können.
Die Arbeitstage in Finnland waren intensiv und kalt. Depenbrock schnitt Materialproben zu, markierte Bodenstellen, maß Temperaturen und unterstützte die Koordination mit dem Bauunternehmen. Die Geogitter verblieben eine Nacht im Boden und wurden anschließend vorsichtig mit einem speziellen Sauger, der die Bodenschichten schonender entfernt als ein Bagger, wieder ausgebaut.
Die Zeit vor Ort war spannend und ging schnell vorbei. Zwischendurch mussten wir uns in einem Auto aufwärmen, in dem wir permanent die Heizung laufen ließen. Denn unser Projektziel, unter minus fünf Grad Celsius zu testen, haben wir dauerhaft erreicht. Während die Materialien eingebaut waren, hatten wir im Peak minus 14 Grad.
Laboruntersuchungen und Ergebnisse
Nach dem Feldversuch wurden die Materialproben im Labor weiter untersucht. Zusätzliche Laborversuche bei Minusgraden bestätigten, dass Materialschäden auftraten, die bei Raumtemperatur nicht feststellbar waren. Depenbrock baute hierfür einen Versuchsstand in einem Kühl-LKW bei der Kiwa GmbH TBU in Greven auf. Die Proben wurden auf minus 20, minus zehn, minus fünf und null Grad Celsius heruntergekühlt, und Gewichte fielen auf die Gitter, um realistische Einwirkungen während des Einbaus zu simulieren.
Anschließend führte Depenbrock Zugversuche mit den Geogittern durch, um deren Zugfestigkeit zu ermitteln. Die Erkenntnis: Je weniger ein Baustoff beschädigt ist, desto mehr Zugkraft kann er aufnehmen, bevor er reißt. Für seine Masterarbeit, die den Grundstein für weitere Forschung in diesem Bereich legt, erhielt Niclas Depenbrock den Hochschulpreis für die beste Masterarbeit im Fachbereich Bauingenieurwesen. Der Feldversuch in diesem Maßstab und bei Minusgraden war der erste seiner Art. Depenbrock setzt seine Forschung an Geokunststoffen fort und promoviert nun am Fachbereich Bauingenieurwesen in einem Verbundprojekt mit der RWTH Aachen.
Hintergrund zum Hochschulpreis
Der Hochschulpreis wird jährlich vom Präsidium der FH Münster in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft der Freunde der FH Münster e. V. (gdf) an die besten Abschlussarbeiten verliehen. Nur etwa ein Prozent aller Absolventen eines Jahrgangs erhält diese Auszeichnung. Niclas Depenbrock gehört zu den Preisträgern des Hochschulpreises 2021 für die besten Arbeiten aus dem Jahr 2020. Seine Masterarbeit ist Teil eines internationalen Forschungsprojektes, das unter anderem Einbauempfehlungen für Geokunststoffe erarbeiten möchte. Die Arbeit entstand in Kooperation mit der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie (NTNU) unter der Betreuung von Zweitprüfer Arnstein Watn und Erstprüfer Prof. Dr.-Ing. Frank Heimbecher, der auch die wissenschaftliche Leitung des TBU innehat.