Dauerhaftigkeit – Potenzial additiver Fertigung und Performance im Vergleich zu konventioneller Fertigung

Der Beton-3D-Druck stellt eine digitale Fertigungstechnologie dar, die der Bauindustrie zukünftig grundlegend neue Gestaltungsfreiheiten bietet. Alle 3D-Druck-Technologien führen im Unterschied zur herkömmlichen Fertigung zu einem schichtweisen Aufbau der Betonkonstruktion. Daher ist je nach Druckgeschwindigkeit, Abbindeverhalten und Erhärtungscharakteristik nicht auszuschließen, dass sich Schwachstellen (sogenannte Cold Joints) zwischen den Schichten und somit unterschiedliche Materialeigenschaften ausbilden können, die sich negativ auf die Dauerhaftigkeit auswirken. Im Vortrag wird herausgearbeitet, inwieweit sich die richtungsabhängige Dauerhaftigkeit gedruckter Strukturen gegenüber herkömmlich gefertigten Strukturen unterscheidet. Bei der vergleichenden Beurteilung der Dauerhaftigkeit spielt die mit 3D-Drucktechnologie potenziell überhaupt erreichbare Gefügedichtigkeit ebenso eine Rolle wie die Verbundcharakteristik zwischen den einzelnen Schichten. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Dauerhaftigkeit der additiv gefertigten Betonbauteile auf ähnlichem Niveau wie herkömmlich hergestellter Beton liegen. Potenziell entscheidend bleiben w/z-Wert und Art des Bindemittels. Bei ablegenden Druckverfahren wie z. B. dem Shotcrete-3D-Printing wurde in ersten Tastversuchen das Carbonatisierungsverhalten näher untersucht. Im Vergleich zu konventionell hergestellten Proben wurden aufgrund geringerer Carbonatisierungstiefen in den Zwischenschichtbereichen höhere Streuungen der Carbonatisierungstiefen festgestellt [1]. Bei mittels „Extrusion“ hergestellten Strukturen zeigte sich ein ähnliches Bild. Geprüfte Frostwiderstände unterschieden sich jedoch mit Blick auf die Richtungsabhängigkeit kaum [2]. Bei mit der Selective Paste Intrusion hergestellten Prüfkörpern war der richtungsabhängig geprüfte  Frostwiderstand gegenüber gleich zusammengesetzten, herkömmlich  hergestellten Prüfkörper nahezu identisch. Auch zeigten die Probekörper einen hohen sowie richtungsunabhängigen, mit konventionell  gefertigten Probekörpern vergleichbaren Carbonatisierungs- sowie Chloridmigrationswiderstand [3,4,5].

References / Literatur
[1] Dressler, I.; Schuler, D.; Nordsiek, S.; Lowke, D.: Shotcrete 3D Printing vs. konventionell gefertigte Betonelemente: Ein Vergleich des Carbonatisierungsverhaltens. Wissenschaftlicher Kurzbericht des Instituts für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, Onlinepublikation, 2020.
[2] Gehlen, C.; Stengel, T.; Weger, D.: Gutachten ZiE/vBG 3D-Druck-Wohnhaus in Beckum (NRW), München, 03.09.2020 (unveröffentlicht).
[3] Weger, D.; Gehen, C.; Lowke, D.: Additive Fertigung von Betonbauteilen durch selektive Zementleim-Intrusion. In: Proceedings of ibausil 2018.
[4] Weger, D.; Lowke, D.; Gehlen, C.; Talke, D.; Henke, K.: Additive manufacturing of concrete elements using selective cement paste intrusion - Effect of layer orientation on strength and durability. In: Proceedings of RILEM 1st International Conference on Concrete and Digital Fabricaton. Zurich, 2018.
[5] Weger, D.: Additive manufacturing of concrete structures by Selective Paste Intrusion - SPI / Additive Fertigung von Betonstrukturen mit der Selective Paste Intrusion - SPI (in German). Dissertation. Technical University of Munich, Munich, 2020.
Co-Autoren: Dr. Daniel Weger, Schiessl Gehlen Sodeikat GmbH; Dr. Inka Dressler, TU Braunschweig

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