Shotcrete 3D Printed vs. konventionell hergestellter Beton –
Vergleich des Dauerhaftigkeitsverhaltens
Im Gegensatz zum Bauwesen ist die 3D-Drucktechnologie in vielen Industrien bereits weit entwickelt. In jüngster Zeit nimmt aber auch die Forschungsintensität zur additiven Fertigung mit Beton im Bauwesen stark zu [1, 3]. Die Gründe für die Zunahme der Forschungsintensität liegen in dem hohen Potenzial der Automatisierung sowie den morphologischen Freiheiten bei der additiven Fertigung [2]. Neben dem Partikelbett-3D-Druck-Verfahren und der Betonextrusion zählen auch Spritzbetonverfahren, wie das an der TU Braunschweig entwickelte Shotcrete 3D Printing (SC3DP), zu den potenziell für den Betonbau im großen Maßstab geeigneten 3D-Druck Technologien [3, 4, 5, 6]. Für die zukünftige breite Anwendung in der Praxis ist eine weitere Standardisierung und Zulassung der additiven Fertigungsverfahren notwendig. Hierfür ist insbesondere ein tiefgreifenderes Verständnis der Dauerhaftigkeit der 3D-gedruckten Betonbauteile notwendig.
Allerdings liegen dazu bisher nur wenige Erkenntnisse vor.
In diesem Beitrag wird eine Quantifizierung der Dauerhaftigkeitseigenschaften mittels Karbonatisierungs- und Chlorideindringwiderständen vorgenommen. Die SC3DP-Proben werden hierfür unter Variation des Beschleunigeranteils von 0, 3 und 6 M.-% bezogen auf den Zement hergestellt. Die gewählten Dosierungen entsprechen den im SC3DP-Verfahren üblichen Zugabemengen, um einen schnellen vertikalen Baufortschritt zu realisieren. Die konventionellen Proben werden mit der gleichen Materialzusammensetzung wie die SC3DP-Proben hergestellt, allerdings ohne die Zugabe von Beschleunigern.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Karbonatisierungs- und Chlorideindringwiderstände von SC3DP wie auch konventionell hergestellten Proben ohne Beschleuniger im ähnlichen Bereich liegen. Wird aber bei den SC3DP-Proben der Beschleunigeranteil erhöht, verringern sich die Dauerhaftigkeitswiderstände entsprechend. Die Erhöhung des Beschleunigeranteils geht außerdem mit einer Reduzierung der Dichte und somit mit einer höheren Porosität einher. Es ist davon auszugehen, dass die Porosität einen starken Einfluss auf die Dauerhaftigkeitseigenschaften ausübt, wie bereits andere Quellen aufgezeigt haben [7]. Für eine ausreichend gute Dauerhaftigkeit von SC3DP-Bauteilen sollte daher die Verwendung von hohen Beschleunigeranteilen begrenzt werden. Es ist zu erwarten, dass neben dem Beschleunigeranteil auch Prozessparameter wie beispielsweise Luftvolumenstrom und Düsenabstand einen Effekt auf die dauerhaftigkeitsrelevanten Eigenschaften von SC3DP-Bauteilen haben. Dieses Forschungsvorhaben wird durch den Deutschen Betonverein (DBV) gefördert.
