Umweltfreundlicher 3D-Betondruck: Eine Blaupause für den Bau der Zukunft

Ein Forschungsteam der University of Virginia School of Engineering and Applied Science hat als erstes untersucht, wie ein neuartiges Material auf Pflanzenbasis, Zellulose-Nanofibrillen, die Vorteile der 3D-gedruckten Betontechnologie verstärken könnte.

“Die Verbesserungen, die wir sowohl bei der Bedruckbarkeit als auch bei den mechanischen Eigenschaften festgestellt haben, deuten darauf hin, dass die Einbeziehung von Zellulose-Nanofibrillen in kommerziell bedruckbare Materialien eher früher als später zu widerstandsfähigeren und umweltfreundlicheren Baupraktiken führen könnte”, so Osman E. Ozbulut, Professor an der Fakultät für Bau- und Umwelttechnik.

Der 3D-Druck von Beton ist ein aufstrebender Trend im Bauwesen, der zahlreiche Vorteile bietet: schnelle und präzise Bauweise, potenziell aus recycelten Materialien, reduzierte Arbeitskosten und weniger Abfall, sowie die Möglichkeit, komplexe Designs zu realisieren, die mit traditionellen Methoden schwer umzusetzen wären. Der Prozess verwendet einen speziellen Drucker, der eine zementartige Mischung in Schichten aufträgt, um die Struktur mithilfe von CAD-Software zu erstellen. Bisher sind jedoch die verfügbaren druckbaren Materialien begrenzt und Fragen zur Nachhaltigkeit und Haltbarkeit bestehen weiterhin.

“Wir haben es mit widersprüchlichen Zielen zu tun”, so Ozbulut. “Die Mischung muss gut fließen, um eine reibungslose Verarbeitung zu ermöglichen, aber gleichzeitig zu einem stabilen Material mit kritischen Eigenschaften aushärten, wie z. B. einer guten mechanischen Festigkeit, einem Verbund zwischen den Schichten und einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit.”

Durch Experimente mit unterschiedlichen Mengen an CNF-Zusatz stellte das Team fest, dass die Zugabe von mindestens 0,3 % CNF die Fließeigenschaften erheblich verbesserte. Mikroskopische Analysen der gehärteten Proben zeigten eine bessere Materialbindung und strukturelle Integrität. Weitere Tests in Ozbuluts Labor ergaben, dass CNF-verstärkte 3D-gedruckte Komponenten auch Zug-, Biege- und Druckbelastungen standhielten.

“Heute wird bei der Entwicklung von Mischungen viel ausprobiert”, sagte er. “Wir befassen uns mit dem Bedarf an mehr guter Wissenschaft, um die Auswirkungen verschiedener Zusatzstoffe besser zu verstehen und die Leistung von 3D-gedruckten Strukturen zu verbessern.”

Diese Forschung könnte die Akzeptanz und Anwendung von 3D-gedrucktem Beton in der Bauindustrie erheblich verbessern und neue Wege für nachhaltigere und effizientere Bauweisen eröffnen.