3D*3B, 3D-Betondruck und Bewehrung für emissionsarme biegebeanspruchte Tragstrukturen des Hochbaus

Die Technologie des 3D-Druck-Verfahrens mit mörtelartigen, zementbasierten Materialien in einer Art Extrusionsverfahren bildet den Ausgangspunkt für das Forschungsprojekt. Diese Technologie bietet aktuell die Möglichkeit, sehr präzise und mit geringem Materialeinsatz bei großer Geschwindigkeit unbewehrte Bauteile automatisiert zu erzeugen. Erstmalig in der Geschichte des Beton- und Stahlbetonbaus entfällt der sonst notwendige und aufwendige Formenbau für das übliche Gießverfahren.

Ausgehend von der Anwendung des Druckprozesses zur Herstellung von Schalungsformteilen wird angestrebt, die Technologie mit üblichen Prozessen des Hochbaus zu vereinen, um verstärkt Potentiale zur Reduktion von Betonkubatur und den damit verbundenen geringeren Treibhausgasemissionen für Tragstrukturen im Hochbau zu nutzen. Eine wesentliche Einschränkung hierbei ist die fehlende richtliniennahe Charakterisierung von unbewehrtem und bewehrtem Druckmaterial und daraus hergestellten Bauteilen. So kann die Technologie aktuell nicht in gängige BIM-kompatible Planungs- und Entwurfsprozesse eingebunden werden. Die Anwendung von 3D-Druck-Bauteilen als Aussparungskörper im Bauprozess führt zu einer erhöhten geometrischen Komplexität, die den Anspruch an die entsprechenden Prozesse auf der Baustelle erhöht. Dies betrifft z.B. den Einbau, das Platzieren der 3D-Druck-Bauteile aus Beton und der Stahlbewehrung für Ortbetonergänzungen.

Ziel des Projekts ist es durch eine systematische Entwicklung von Versuchsanordnungen und durch mechanische Testserien Grundlagen für numerische Simulationen von unbewehrten und bewehrten 3D-Druck-Bauteilen aus Beton zu schaffen. Exemplarische Anwendung für den Hochbau sind ultraleichte Fassadenplatten mit in den Druckprozess integrierter Bewehrung und 3D-gedruckte Schalungs- und Aussparungskörper, die zur Massereduktion von Rippen und Kassettendecken dienen. Hier stehen Fragen der ergänzenden Stahlbewehrung, der Baulogistik und der Bewertung der Klimaverträglichkeit im Zentrum.

Erwartete Ergebnisse
Nach Abschluss des Projekts sollen Methoden und Daten zur Charakterisierung von 3D-Druck-Bauteilen aus Beton zur Verfügung stehen, die die numerische Simulation in der Entwurfs- und Planungsphase ermöglichen. Das Projekt klärt und bewertet anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele die Potentiale von 3D-Druck-Bauteilen aus Beton zur Reduktion von Betonkubatur und den damit verbundenen Treibhausgasemissionen im Hochbau. Die Bauprozesse und die Baulogistik, speziell die Integration von 3D-Druck-Bauteilen aus Beton und notwendige Stahlbewehrung für Ortbetonergänzungen werden für BIM-kompatible Prozesse entwickelt und getestet.

Projektleitung:
Institut für Tragwerksentwurf, TU Graz

Projektpartner*innen:
Labor für konstruktiven Ingenieurbau, TU Graz (Bernhard Freytag)
Institut für Produktionswirtschaft und Logistik, BOKU Wien (Manfred Gronalt)
Baumit Beteiligungen GmbH (Peter Weissmann)
AVI Alpenländische Veredelungs-Industrie Gesellschaft m.b.H. (Gerd Unger)