Griechische Forscher testen Betonarten für den 3D-Druck

Aristotle University of Thessaloniki, School of Civil Engineering und Laboratory of Building Materials in Thessaloniki, Griechenland haben zusammen ein Paper zum Thema Betonarten und ihre Verwendung zum 3D-Druck veröffentlicht. In dem Artikel, mit dem Titel „Evaluation of workability parameters in 3D printing concrete”, werden unterschiedliche Zusammenstellungen von Beton getestet und diese bewertet.

Um mehrstöckige Häuser mit einem additiven Verfahren zu drucken, gibt es bestimmte Anforderungen an den Beton, so sollten die unteren Schichten nicht auf Grund der obersten Schichten zusammengedrückt werden. Auch die Fließfähigkeit ist wichtig, weil die Masse durch eine Düse gedrückt wird. Dafür darf die Mischung nicht zu klumpig oder flüssig sein. Die Wände müssen viele Jahre halten. Aus diesem Grund sind Hohlräume und extreme Schichtdickenänderungen auf jeden Fall zu vermeiden. Die Wissenschaftler drucken 5 Schichten mit jedem Material und bewerteten dann den Druck. Diese vier Kriterien wurden als Hauptbewertung genommen, um jedes Verfahren zu testen.

Das Team verwendete drei Grundmischungen, einmal nur Kalkstein, einmal nur silikatischen Flusssand und als letztes eine 50-50 Mischung den beiden Materialien.

“Es wurden mit verschiedenen Zuschlagstoffen, Bindemitteln und unterschiedlicher Wassermenge und Fließmittel Betonmischungen hergestellt, nach vier verschiedenen Tests auf ihre Verarbeitbarkeit geprüft und gedruckt, um einen breiten Datenbereich von gemessenen Verarbeitbarkeitsparametern zur Verfügung zu haben und schließlich ihre kennzeichnenden Schwellwerte zu definieren eine Betonmischung als druckbar”, erklären die Forscher.

Keine Mischung ist optimal

Keins der unterschiedlichen Mischungen konnte alle vier Kriterien erfüllen, ein Gemisch aus Kalkstein und Zement konnte bis zu drei Kriterien erfüllen. Es wurde ebenfalls bewertet wie hoch der Stromverbrauch und die Belastung auf den Schneckenantrieb war. Das Fließ- und Trockenverhalten wurde in einem Abstand von 15 Minuten gemessen, um zu beobachten ob die Schichten immer breiter wurden.

Die Kalksteinmischungen härteten schneller aus als die Sandmischungen, dafür waren die Mischungen mit Kalkstein meist nicht druckbar, die Sandmischungen jedoch schon. Kalkstein benötigt aufgrund seiner feinen Struktur mehr Wasser als der Flusssand.

“Die Verwendung von alternativen zementartigen Materialien wie Flugasche und Pfannenofenschlacke als Ersatz für Zement (20 Gew .-%) führt zu einer durchschnittlichen Verringerung der Druckfestigkeit um 30% und der Dichte um 10%, verglichen mit Mischungen mit 100% Zement als Bindemittel”, schlussfolgern die Forscher. „Es sollte auch erwähnt werden, dass in den meisten Fällen während des Druckens beobachtet wurde, dass Flugaschegemische im Vergleich zu anderen Gemischen verringerte Werte und eine höhere Verlustrate der Verarbeitbarkeit mit der Zeit zeigten. Es wird jedoch erwartet, dass niedrigere Kosten und Volumenstabilität von gehärtetem Beton die Vorteile der Verwendung von Flugasche oder Pfannenofenschlacke in Beton für den 3D-Druck sind. “