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Die Florida International University (FIU) hat vom Army Corps of Engineers einen Forschungszuschuss in Höhe von 3,2 Millionen Dollar für den 3D-Druck von Ultrahochleistungsbeton (UHPC) erhalten. Die innovative Forschung soll Militärs und Fachleuten aus der Industrie dabei helfen, extrastarke, maßgeschneiderte Strukturen auf Abruf zu erstellen.
UHPC ist fester und haltbarer als herkömmlicher Beton. Das Material wird in den kommenden Jahren für die Bauindustrie sehr wichtig werden, sagte Atorod Azizinamini, Direktor für Infrastrukturforschung und Innovation im Amt für Forschung und wirtschaftliche Entwicklung und Professor für Bauingenieurwesen am FIU College of Engineering & Computing.
“Schon eine Schale aus UHPC, die um eine Struktur gewickelt wird, erhöht deren Gesamtfestigkeit”, so Azizinamini, der den Zuschuss federführend untersucht hat. “Die Eigenschaften von UHPC ermöglichen es uns, Strukturen kleiner und leichter zu machen. Dies führt zu Energieeinsparungen und einem geringeren CO2-Ausstoß.
Ein weiterer großer Vorteil von UHPC ist, dass es schwer ist, Wasser einzudringen. Dies ist wichtig, denn wenn eine Substanz wie Salzwasser durch den Beton eines Gebäudes dringt und den Bewehrungsstahl erreicht, kann dies Korrosion verursachen.
“Die Idee eines wirklich hochwertigen Betons ist es, die Zeit zu verlängern, die das Chlorid im Wasser braucht, um in den Beton einzudringen und den Stahl zu erreichen”, sagte Kingsley Lau, ein außerordentlicher Professor in der Abteilung für Bau- und Umwelttechnik und einer der Hauptverantwortlichen für die Studie.
Durch den 3D-Druck von UHPC kann man theoretisch maßgeschneiderte, komplizierte Bauteile herstellen, indem man einfach eine Datei an eine Maschine sendet. So könnten beispielsweise Militärangehörige vor Ort Stützbalken für Brücken drucken, und ein Bauarbeiter in einem abgelegenen Gebiet könnte ein Verstärkungselement für ein Gebäude drucken. Alles, was man dazu braucht, ist das UHPC-Material, einen Drucker und ein Design. Das wäre ein logistischer Durchbruch.
Die Herausforderung beim Drucken von UHPC besteht darin, dass jede Schicht beim Auftragen zu erstarren beginnt, ähnlich wie ein Bürgersteig gelatineartig ist, bevor er aushärtet. Wenn die Betonschichten in einem gedruckten Design gestapelt werden, können sich an den Nähten Unregelmäßigkeiten bilden.
Die FIU-Forschung wird sich darauf konzentrieren, herauszufinden, welche genauen chemischen Zusammensetzungen von UHPC die Bildung dieser anfälligen Nähte am besten verhindern. Die Professoren werden Empfehlungen für drei Arten des 3D-Drucks aussprechen: Drucken von Schichten, Sprühen von Schichten und eine neue Art des Extrusionsdrucks, die die FIU patentiert hat. Eine spezifische “Zutatenliste” für UHPC ist auch deshalb hilfreich, weil Beton oft aus lokalen Quellen stammt und seine chemische Zusammensetzung von Ort zu Ort unterschiedlich sein kann.
Der Zuschuss wurde mit Unterstützung von Mitgliedern des Kongresses gewährt.
“Dies ist eine wichtige Investition des Armeekorps in die Florida International University, die dazu beitragen wird, unsere Verteidigungsbereitschaft aufrechtzuerhalten und gleichzeitig Innovationen voranzutreiben und Arbeitsplätze für unsere Arbeitskräfte in Florida zu schaffen”, sagte der US-Abgeordnete Mario Diaz-Balart, ranghöchstes Mitglied des Unterausschusses für Transport, Wohnungsbau und Stadtentwicklung des US-Repräsentantenhauses.
Die Forschung kommt zu einer Zeit, in der UHPC immer erschwinglicher und praktischer wird. Azizinamini schätzt, dass ein Kubikmeter des Materials heute weniger als 10 Prozent des Preises kostet, der bei der Markteinführung galt. Es werden auch Spezifikationen für die Konstruktion von Gebäuden mit UPHC entwickelt. Die FIU-Forschung soll eine neue Welle von Fortschritten bei diesem aufstrebenden Baumaterial auslösen.
“Ich bin sehr stolz darauf, die innovativen Lösungen zu unterstützen, die die FIU entwickelt und die dazu beitragen werden, dass unsere Küstenanlagen widerstandsfähiger werden”, sagte die US-Abgeordnete Debbie Wasserman Schultz, Vorsitzende des Unterausschusses für militärische Bauvorhaben und Veteranenangelegenheiten des Haushaltsausschusses.
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