Beton gilt als „Klimakiller“. Etwa acht Prozent der weltweiten Kohlenstoffdioxid-Emissionen werden für die Herstellung des meistverwendeten Baustoffs unserer Zeit verantwortlich gemacht. Hauptverantwortlich dafür ist in erster Linie das in Beton enthaltene Bindemittel Zement. Könnte man den Zementanteil reduzieren und Betonfertigteile dadurch umweltfreundlicher herstellen? Im Studiengang Bauingenieurwesen beschäftigt man sich damit. Unter der Regie von Prof. Dr.-Ing. Alexander Taffe wollen Annika Schimkus und Max Gerber ein innovatives Messsystem entwickeln, das dabei hilft, die Produktion von Betonfertigteilen ressourcenschonender zu gestalten. Die beiden wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen kooperieren dabei mit der Betonwerk GmbH Milmersdorf und dem Kölner IT-Dienstleister Curasoft. Alle Projektpartner werden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aus dem Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand gefördert.

„BetoPrüf 4.0“ haben Annika Schimkus und Max Gerber das Forschungsprojekt benannt. Der Name kommt nicht von ungefähr. „BetoPrüf“ verweist auf den Ansatz, den sie verfolgen: Prüfen, um den Beton zu verbessern. Dabei geht es zentral um den Einsatz von Ultraschallwellen, welche die Branche bereits erfolgreich für die sogenannte Zerstörungsfreie Prüfung von Bauwerken (ZfPBau) nutzt. Auch Annika Schimkus und Max Gerber haben das Verfahren im Zuge ihres Masterstudiums Bauingenieurwesen an der HTW Berlin kennengelernt. „Sehr gut sogar“, sagt Max Gerber. Denn die Hochschule sei im Bereich Zerstörungsfreie Prüfverfahren für Beton im deutschlandweiten Vergleich exzellent aufgestellt. Zum einen durch die Expertise von Prof. Dr.-Ing. Taffe, zum anderen dank einschlägiger Geräte in den Laboren des Studiengangs. Auch Annika Schimkus hat schon Brücken mit Hilfe von Ultraschallwellen geprüft. „Das macht man beispielsweise, um herauszufinden, wo genau sich Spannglieder befinden“, erzählt sie. 

Auf Neuland begibt sich das Duo allerdings, wenn es um den bauteilbezogenen Einsatz von Ultraschall bereits in der Produktion von Betonfertigteilen geht. Im Fokus des Forschungsprojekts steht der sogenannte „Erhärtungsprozess“ des Betons. „Wichtig ist für uns die Phase zwischen dem Ansteifen des Betons und seinem Erhärten“, erklärt Annika Schimkus. „Genau diese Phase nehmen wir ins Visier und wollen mit Ultraschallwellen präzise messen, wann welche Prozesse im Beton ablaufen und wie wir steuernd eingreifen können“. Dabei werde man parallel eine Fülle von Daten erheben, deren Spektrum von der Festigkeit über die Temperatur und die Feuchtigkeit bis zur Körnung der Betonmischung reicht. Diese Daten werde man anschließend mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz auswerten. Daher der Zusatz 4.0 im Namen „BetoPrüf 4.0“ des Forschungsprojekts. Aber auch der Blick der Betonexpert*innen auf die Daten bleibt unerlässlich.

„Künstliche Intelligenz hilft, weil das Zusammenspiel der verschiedenen Faktoren im Erhärtungsprozess nicht in eine einfache Formel zu pressen sein wird“, meint Max Gerber. Da müsse man sich mit IT-Unterstützung schrittweise herantasten. Doch das wird sich lohnen, sind die beiden jungen Wissenschaftler*innen überzeugt. Wenn ein intelligentes, in die Produktion integriertes Messverfahren beinahe in Echtzeit Aussagen über die Festigkeit und Beschaffenheit der Betonmischung erlaubt, dann könnten die Materialien vom Unternehmen flexibel angepasst werden. Das würde sowohl die Qualität des Betons steigern als auch Spielräume für eine umweltfreundlichere und wirtschaftlichere Herstellung eröffnen. „Man könnte die mitunter vorkommende Überfestigkeit des Betons vermeiden, noch öfter recycelten Beton verwenden oder den Anteil von Ersatzstoffen mit geringerem CO2-Ausstoss als Zement erhöhen“, entwerfen Max Gerber und Annika Schimkus mögliche Szenarien.

Mit der Betonwerk GmbH Milmersdorf ist ihr Wunschpartner mit von der Partie. „Der aufgeschlossene und IT-affine Geschäftsführer hat schon mehrfach mit uns kooperiert“, erzählt Max Gerber. Er kenne die Schwächen des Produktionsprozesses gut und sei sehr interessiert an Innovationen. Das uckermärkische Unternehmen, in dem tagtäglich Beton für ein ganzes Mehrfamilienhaus verarbeitet wird, steuert u.a. die Materialien für die Experimente im Labor des Studiengangs bei und wird später einen Prototyp der neuen Betriebsanlage bauen. 

Zweiter Kooperationspartner ist die Kölner IT-Firma Curasoft GmbH. Sie wird sich um den Algorithmus kümmern, mit dessen Hilfe die Betonmischung sukzessive optimiert wird. Übrigens: Wer glaubt, Beton würde deutschlandweit nach einem bestimmten Standard angemischt, irrt gründlich. Jeder Betonhersteller hat seine eigene Rezeptur; die muss er haben, denn verarbeitet werden beispielsweise Gesteinskörnungen aus Kiesgruben der unmittelbaren Umgebung, die sich von Region zu Region unterscheiden. 

Die Ziele im Forschungsprojekt sind also klar formuliert, mit den Vorbereitungen haben Annika Schimkus und Max Gerber im November 2025 begonnen. Es gilt, Testkörper mit geeigneten Eigenschaften für die Experimente herzustellen, die vorhandene Ausstattung im Labor noch um das eine oder andere Messgerät zu ergänzen, genau zu definieren, welche Messungen stattfinden, wie sich die Sensoren in die Produktion der Fertigteile integrieren lassen und wo genau die Daten im Produktionsprozess abgegriffen werden. Bis Ende 2027 sollen Ergebnisse vorliegen.