Prof. Dr.-Ing. Frank Schmidt-Döhl

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Prof. Dr.-Ing. Frank Schmidt-Döhl

Technische Universität Hamburg
Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie

Prof. Dr.-Ing. Frank Schmidt-Döhl

Technische Universität Hamburg
Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie

About

Das von Professor Schmidt-Döhl geleitete Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie an der TUHH setzt sich nicht nur mit einer breiten Palette an Forschungsfeldern auseinander, sondern führt auch Materialprüfungen durch, wodurch das Institut permanent an praktischen Umsetzungen in der Wirtschaft beteiligt ist. Entstehen durch die Prüf- und Gutachtertätigkeiten bisher unerforschte Herausforderungen, werden diese umgehend wissenschaftlich untersucht: Dadurch entwickelt sich ein kontinuierliches Zusammenspiel zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Auf diese Weise werden neue Verfahren erforscht, die in Forschungsprojekten erprobt werden, um abermals neue Dienstleistungen anbieten zu können. Davon profitiert auch die Lehre des Instituts: Der zweitgrößte Bachelorstudiengang der TUHH, Bau- und Umweltingenieurwesen, sowie der zweitgrößte Masterstudiengang, Bauingenieurwesen, weisen eine große Anzahl studentischer Arbeiten auf. Die Arbeiten der Nachwuchswissenschaftler:innen sind dabei meist in laufende Projekte eingebunden, wodurch neue Forschung in Zusammenarbeit mit Unternehmen durchgeführt werden kann. Hierbei spielen auch Aspekte der Digitalisierung und Nachhaltigkeit im Bauwesen eine immer größere Rolle.

Dauerhaftigkeit von Baustoffen und Bauteilen

Seit Beginn seines Werdegangs sind Dauerhaftigkeitsfragen ein Forschungsthema von Prof. Schmidt-Döhl: Dementsprechend ist er auch Mitentwickler der Software Transreac, die zur Simulation und Prognose von Korrosionsvorgängen von Beton, Mörtel und Naturstein in Forschung und Praxis eingesetzt wird und kontinuierlich weiterentwickelt wird. Ganz im Sinne einer offenen und übergreifenden Zusammenarbeit stehen die ausführbaren Versionen sowie der Quellcode Dritten auf Anfrage ebenso frei zur Verfügung. Neben der rechnerischen Simulation spielt zudem fortlaufend die experimentelle Untersuchung verschiedenster Schadensprozesse eine wichtige Rolle. Insbesondere das Spezialwissen von Prof. Schmidt-Döhl im Bereich Ultrahochleistungsbeton (UHPC), Salzbeton und Polymersilikatmörtel ist hierbei ausschlaggebend. Zudem ist Professor Schmidt-Döhl Mineraloge, wodurch er über umfangreiche Kenntnisse im Bereich Naturstein verfügt. Ein Resultat dieses Wissens sowie von Forschungsarbeiten des Instituts sind beispielsweise die Anwendungsgrenzwerte für Ultrahochfesten Beton im Falle eines chemischen Angriffs, die in die neue Richtlinie Ultrahochfester Beton des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb) einfließen. Diese Richtlinie bewirkt eine Verlängerung der Lebensdauer von Bauwerken, wodurch Professor Schmidt-Döhl und dessen Institut einen wesentlichen Aspekt zur Nachhaltigkeit im Bauwesen leisten.

Materialprüfung

Das Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie ist neben der Forschung und Lehre auch in der Materialprüfung tätig, wodurch vielfältige Wechselwirkungen hervorgerufen werden. Prof. Schmidt-Döhls Expertise, die er in die Arbeit des Instituts einfließen lässt, beruht auf seinem umfangreichen Werdegang: Vor seiner Tätigkeit an der TUHH war er Abteilungsleiter der Materialprüfanstalt für das Bauwesen in Braunschweig und ist zudem Autor des ausführlichen Fachbuchs „Materialprüfung im Bauwesen“. Das führt zu einflussreichen Resultaten: Das Schnellprüfverfahren der bauaufsichtlich eingeführten Alkali-Richtlinie des DAfStb geht beispielsweise auf Arbeiten des Instituts zurück. Hierfür organisiert das Institut zudem die jährliche Vergleichsprüfung des Verfahrens mit ca. 30 teilnehmenden Institutionen. Auch das Protonenverbrauchsverfahren nach DIN 19573 geht auf Forschungs- und Normungsarbeit des Instituts zurück. Außerdem wurde vor kurzem ein auf Infrarotspektroskopie beruhendes Prüfverfahren von Prof. Schmidt-Döhl entwickelt, mit dem erstmalig die festigkeitsbildende C-S-H-Phase zementgebundener Baustoffe nicht nur an Modellsubstanzen, sondern auch an realen Proben quantitativ analysiert werden kann.

Digitalisierung im Bauwesen

Die Digitalisierung führt zu erheblichen Veränderungen der Bauprozesse und eröffnet gleichzeitig völlig neue Möglichkeiten: Hierfür lässt sich beispielsweise die Verknüpfung von Building Information Modeling (BIM), also die Erstellung digitaler Zwillinge von Gebäuden und Bauwerken, und dessen Wirkung auf Nachhaltigkeit im Bauwesen nennen. Am Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie der TUHH beschäftigt sich insbesondere der Oberingenieur Herr Thomas Kölzer mit diesen Fragen. 2018 und 2019 konnten Frau Jana-Nadine Boll und Frau Nadine Bendt, die betreut von Herrn Kölzer am Institut ihre Abschlussarbeit angefertigt haben, den Implenia Award in der Kategorie BIM gewinnen.

Aktuelle
Forschungsprojekte /
Aktivitäten

Hochauflösende elektronenmikroskopische Untersuchungen zum Ermüdungsverhalten von Hochleistungsbetonen und mehrskalige Modellierung mittels Bonded Particle Model

Ultra-Hochleistungsbeton (UHPC) wird z.B. in Bauwerken wie Brücken, Hochhäusern und Windkraftanlagen verwendet. Ziel eines Projektes im Schwerpunktprogramm (SPP) 2020 der Deutschen Forschungsgemeinschaft von Professor Schmidt-Döhl ist es, Gefügeschädigungen durch Ermüdung in zementären Hochleistungswerkstoffen einerseits mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie zu untersuchen und andererseits anhand von Bonded Particle Model (BPM) zu modellieren, um zu einem vertieften Verständnis der Ermüdung von Hochleistungsbeton zu gelangen. Das Projekt wird zusammen mit Dr. Martin Ritter von der Betriebseinheit Elektronenmikroskopie und Prof. Maxim Dosta (Juniorprofessur Mehrskalensimulation von Feststoffsystemen) der TUHH durchgeführt. Prof. Schmidt-Döhl ist Sprecher der Arbeitsgruppe Mikrostrukturanalytik des SPP.

Link: https://www.tuhh.de/bp/forschung/aktuelle-projekte.html

Weiterentwicklung der Prüfung der Alkalireaktivität von Gesteinskörnung

Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion ist ein schwerwiegender Schadensprozess von Betonbauwerken, der von der Gesteinskörnung ausgeht. Die aktuellen Prüfverfahren zur Vermeidung der Alkali-Kieselsäure-Reaktion sind langwierig und haben Probleme mit heterogen zusammengesetzten Gesteinen (bunte Kiese). Zur Wareneingangskontrolle in Betonwerken ist keines der vorhandenen Prüfverfahren geeignet. Um ein schnelles Prüfverfahren für diesen Bereich zu generieren, ist es notwendig, direkt an der Gesteinskörnung zu prüfen. Im Rahmen des Graduiertenkollegs Prozesse in natürlichen und technischen Partikel-Fluid-Systemen (PintPFS) der TUHH wird im Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie an einem entsprechenden Prüfverfahren gearbeitet, basierend auf der Kinetik der ablaufenden Reaktionen.

Link: https://www.tuhh.de/bp/forschung/aktuelle-projekte.html

Chemischer Angriff auf Geotechnische Elemente

Geotechnische Elemente aus zementären Werkstoffen werden häufig für die Gründung von Tiefbaukonstruktionen verwendet. Je nach Umweltbedingungen und Eigenschaften des Untergrundes können sie chemischen Reaktionen durch Grundwasser und/oder Boden ausgesetzt sein. Im Rahmen eines Verbundprojektes der Bundesanstalt für Wasserbau untersucht das Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie die Anwendungsgrenzen geotechnischer Elemente bei chemischem Angriff. Dabei kommt z.B. auch die von Prof. Schmidt-Döhl entwickelte und seitdem beständig verbesserte Software Transreac zum Tragen, mit der Korrosionsprozesse von Bauteilen aus porösen mineralischen Baustoffen simuliert werden können, sowie die umfangreichen Erfahrungen mit Fragen der Dauerhaftigkeit und chemischem Angriff.

Link: https://www.tuhh.de/bp/forschung/aktuelle-projekte.html

Einblicke in die Zementhydratation mittels Infrarotspektroskopie

Professor Schmidt-Döhl entwickelte eine auf ATR-Infrarotspektroskopie basierende Methode zur quantitativen Analyse der festigkeitsbildenden und weitgehend röntgenamorphen C-S-H-Phase in zementären Materialien. Dazu wird die Siliziumkonzentration in den Q1-und Q2-Strukturelementen in der C-S-H Phase gemessen. Mit dieser schnellen und preisgünstigen Methode ist es möglich, nicht nur Modellsubstanzen, sondern auch reale Baustoffproben auf diese für zementäre Werkstoffe grundlegende Substanz zu analysieren.

Link: https://www.tuhh.de/bp/forschung/aktuelle-projekte.html

Digitalisierung und Informatisierung im Bauwesen

Im Zuge der Digitalisierung ergeben sich für das Bauwesen viele Neuerungen, die nicht nur durch zunehmende Einbindung innovativer Technologien, sondern insbesondere auch durch immer stärker vernetzte Systeme entstehen. Die Methode Building Information Modeling (BIM) stellt diesbezüglich ein wesentliches Phänomen dar. Forschungsansätze ergeben sich für sämtliche Informatisierungs- und Kommunikationswege innerhalb des Bauwesens. Neben Implementierungen neuer Softwarelösungen in verschiedenen Planungsphasen finden sich zudem immer häufiger digitale Arbeits- und Hilfsmittel auf Baustellen wieder, die es im Hinblick auf ökonomische und ökologische Aspekte im Rahmen branchenspezifischer Besonderheiten zu untersuchen gilt. Das Thema wird am Institut für Baustoffe, Bauphysik und Bauchemie durch den Oberingenieur Herrn Thomas Kölzer bearbeitet.

Link: https://www.tuhh.de/bp/forschung/aktuelle-projekte.html

Zukunftsvision

Professor Schmidt-Döhls Vision ist es, zukünftig eine stärkere Nutzung von Selbstorganisationsprozessen bei Werkstoffen zu verwenden sowie ein Bauen ohne Flächenverbrauch zu erforschen, um die Umwandlung von landwirtschaftlichen Flächen in Bauland zu verringern. Im Bereich der Materialprüfung möchte er ein Prüfverfahren für Wareneingangskontrollen, das zur Vermeidung von Alkali-Kieselsäure-Reaktionen von Beton dienen soll, entwickeln.

Schwerpunkte

  • Korrosion und Dauerhaftigkeit von Baustoffen, Baustoffverbünden und Bauteilen (experimentelle Untersuchung, Modellbildung, rechnerische Lebensdauerprognose und –bemessung, Baustoffoptimierung)
  • Spezial- und Hochleistungsbaustoffe
  • Prüfverfahren für Baustoffe und Bauteile
  • Zusammenhänge zwischen Zusammensetzung, Gefüge, Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften beim Übergang vom unverarbeiteten Baustoff über den Verarbeitungszustand zum erhärteten Material
  • Energieeinsparung, Bauen und Umwelt

Kooperationen

  • Deutscher Ausschuss für Stahlbeton
  • Gesellschaft Deutscher Chemiker
  • Deutsche Mineralogische Gesellschaft
  • Vorsitzender des Vorstandes der Gesellschaft für Forschung und Entwicklung
  • Forschungsschwerpunkt Produktorientierte Werkstoffentwicklung der TUHH

Interessiert an

  • Baustoffherstellern
  • Planer:innen
  • Bauausführenden Unternehmen
  • Immobilienbesitzer:innen
  • Gutachter:innen
  • anderen Forschungs- und Prüfinstitutionen
  • Behörden
  • Verbänden

Professor Schmidt-Döhls Institut verfügt über ein sehr gutes Prüfinstrumentarium. Neben der Lehre und Forschung bietet das Institut Baustoffherstellern, bauausführenden Unternehmen, Planern:innen, Immobilienbesitzern:innen, Gutachtern:innen, anderen Forschungs- und Prüfinstitutionen sowie Behörden und Verbänden eine Reihe von Dienstleistungen an: Unterstützung bei der Entwicklung und Optimierung von Produkten und Verfahren, Beratung bei der Produktauswahl und beim Qualitätsmanagement und Durchführungen von Schulungen und Weiterbildungsmaßnahmen. Darüber hinaus untersucht Professor Schmidt-Döhl Bauschäden und unterstützt beim Bauen im Bestand bei der Zustandserfassung und –beurteilung bestehender Bauwerke sowie bei der Erarbeitung unkonventioneller Konzepte.

Wissen entdecken, Expertise finden &

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