Anforderungen an Ausgangsstoffe und Materialprüfung

Beton-3D-Druck

Das Interesse am digitalen Betonbau steigt rapide an und damit auch die Erwartungen an diese vielversprechende Technologie [1, 2]. Noch sind etliche Hürden zu nehmen, bevor der 3D-Druck mit Beton in die Baupraxis überführt werden kann. Eine der größten Herausforderungen ist die Erarbeitung einer praxistauglichen Vorgehensweise zur Festlegung, Einstellung und Prüfung der erforderlichen Materialeigenschaften von frischem und erhärtendem Beton.

Die Gestaltung der rheologischen Eigenschaften des druckbaren Betons ist ein sehr komplexer Vorgang mit zum Teil gegensätzlichen Anforderungen, resultierend aus den einzelnen Abschnitten des Produktionsprozesses [3]:

Problemloses Fördern des Betons an den Druckkopf. Dies soll im Industriemaßstab üblicherweise durch Pumpen geschehen. Daher muss die Pumpbarkeit des Frischbetons gewährleistet werden.

Problemlose Materialablage durch den Druckkopf. Entscheidend ist ein stetiges Austreten des Frischbetons aus der Düse genau mit dem vorgegebenen Materialaustrag (Volumen pro Zeiteinheit) durch die Düsenöffnung bei minimalem Energieverbrauch. Dies wird unter dem Begriff Extrudierbarkeit zusammengefasst.

Frühe Belastbarkeit des frisch abgelegten Betons durch darauffolgende Betonschichten zur Gewährleistung eines zügigen Baufortschritts. Die zunächst platzierten Filamente dürfen durch die Ablage neuer Filamente nach einem im Druckplan vorgegebenen Mindestzeitintervall keine signifikante Verformung erfahren. Diese Eigenschaft des Frischbetons, die Formstabilität unter zunehmender Last zu behalten, wird als Verbaubarkeit bezeichnet.

Die Abbildung zeigt die Relevanz der Pumpbarkeit, Extrudierbarkeit und Verbaubarkeit am Beispiel der an der TU Dresden entwickelten CONPrint3D-Technologie. Einschlägige Methoden der Materialcharakterisierung im Frischzustand sind zu durchdenken und neu zu definieren. Ähnlich wie bei der Überführung von selbstverdichtendem Beton in die Baupraxis müssen auch hier neue normative Regelungen entwickelt werden.

References / Literatur
[1] Mechtcherine, V., Nerella, V. N.: 3D-Druck mit Beton: Sachstand, Entwicklungstendenzen, Herausforderungen. Bautechnik, 95 (2018), Heft 4, 275-287.
[2] Mechtcherine, V., Nerella, V. N.: Integration der Bewehrung beim 3D-Druck mit Beton. Beton- und Stahlbetonbau 113 (2018), Heft 7, 496-504.
[3] Mechtcherine, V., Nerella, V. N.: Beton-3D-Druck durch selektive Ablage – Anforderungen an Frischbeton und Materialprüfung. Beton- und Stahlbetonbau (2019), Heft 1, in Druck.

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