Wissenschaftler erforschen Brandsicherheit bei 3D-gedruckten Betonwände

Forscher der srilankischen Universität Sri Jayewardenepura und der britischen Northumbria University haben den optimalen Parametersatz für den 3D-Druck von flammhemmenden Betonwänden ermittelt.

Obwohl sich in den letzten Jahren immer mehr Unternehmen auf den Hausbau mittels 3D-Druck spezialisieren, gibt es derzeit noch kaum Publikationen zur Brandsicherheit von aus Beton gedruckten Häusern. Aus diesem Grund hat das Team der beiden Universitäten mithilfe einer parametrischen Finite-Elemente-Analyse die Feuerbeständigkeit von zwölf Massiv-, Hohlraum- und Verbundplattenkonfigurationen modelliert. Die Spezialisten erkannten in ihrer Arbeit, dass die Wanddichte der Schlüssel zur Verhinderung von Brandausbrüchen ist. Außerdem empfehlen die Forscher die Nutzung von Steinwolle.

Standardisierung von Flammschutztests

Den Forschern zufolge hängt die Flammbeständigkeit von 3D-gedruckten Wänden von zahlreichen Faktoren ab, darunter Materialzusammensetzung, Dichte und Plattendicke sowie deren Konfiguration und Isolierung. In der Vergangenheit wurden diese Faktoren jedoch nur durch kostspielige und zeitaufwändige Brandversuche ermittelt.

Die Forscher versuchten jedoch einen anderen Ansatz. Sie ermittelten die Flammwidrigkeit von 3D-gedruckten Betonwänden anhand der Ergebnisse von Tests an der Universität Stellenbosch. In Stellenbosch erhitzte ein Forscherteam acht verschiedene rechteckige Proben auf 300 °C und fand heraus, dass die Porosität von additiv hergestelltem Beton diesen weniger bruchgefährdet macht als konventionell gegossene Pendants.

Um diese Wärmeübertragungsdaten in eindeutige Ableitungen umzuwandeln, verwendete das von Großbritannien geleitete Team die ABAQUS-Software, um 2D- und 3D-Finite-Elemente-Modelle (FE) zu erstellen. Nachdem sie mit den Ergebnissen der ursprünglichen Studie validiert worden waren, wurden sie eingesetzt, um die Feuerbeständigkeit von nicht tragenden Platten in fünf verschiedenen Dichten, vier Wandstärken und drei Konfigurationen zu bestimmen, einschließlich Prototypen mit integrierter Steinwolle-Dämmung.

Die Tests ergaben, dass die Wanddichte und nicht die Wanddicke der Schlüssel zum Erreichen der höchstmöglichen Brandschutzklasse der Isolierung ist, während die Verwendung von Steinwolle zum Packen der Hohlräume von ungefüllten Platten deren Flammwidrigkeit deutlich verbessert.

Die Ergebnisse der Forscher sind in ihrem Paper mit dem Titel “Fire performance of innovative 3D printed concrete composite wall panels – A Numerical Study” detailliert beschrieben. Die Studie wurde von Thadshajini Suntharalingam, Perampalam Gatheeshgar, Irindu Upasiri, Keerthan Poologanathan, Brabha Nagaratnam, Marco Corradi und Dilini Nuwanthika verfasst.