Machbarkeitsuntersuchungen zu kontinuierlichen und schalungsfreien Bauverfahren durch 3D-Formung von Frischbeton

Beton ist einer der wichtigsten Baustoffe unserer Zeit. Weltweit wird mehr als die Hälfte des Betonvolumens als Ortbeton direkt auf der Baustelle verarbeitet. Doch die übliche Ortbetonbauweise ist gekennzeichnet durch hohen Personaleinsatz und erfordert einen sehr großen Aufwand für Gerüst- und Schalungsarbeiten. In Folge davon ergeben sich ein immenser Verbrauch von wertvollen Rohstoffen und hohe Lohnkosten. Um diese Defizite in Zukunft zu vermeiden, wird aktuell daran geforscht, additive Fertigungsverfahren auf das Bauwesen zu übertragen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens der TU Dresden wurde die Machbarkeit eines neuartigen, schalungsfreien Betonbauverfahrens auf interdisziplinärer Ebene (Maschinenbau, Baustofftechnik, Baubetrieb) untersucht. Unter der Berücksichtigung von bisherigen internationalen Forschungsergebnissen wurde zunächst analysiert, mit welchen Maßnahmen und unter welchen Bedingungen eine Anwendung effizienterer, schalungsfreier Formungssysteme für Beton realisiert werden kann. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Ansätzen lag in diesem Forschungsvorhaben ein besonderer Fokus auf der praxistauglichen Umsetzung: das innovative Bauverfahren soll direkt auf der Baustelle ausgeführt werden (Ortbetonbau), die gerätetechnische Basis stellen etablierte Baumaschinen dar und als Baustoffe sollen im Massivbau übliche Betone zum Einsatz kommen

Die Arbeitsinhalte umfassten zunächst die Analyse bekannter additiver Fertigungsverfahren und die Prüfung, inwieweit sich diese auf das Bauwesen übertragen lassen. Anschließend wurden Anforderungskriterien für den Baustellenprozess definiert und auf interdisziplinärer Ebene untersucht. Technische Lösungen für Betonförderung, Druckkopf und Großraumrobotik wurden erarbeitet und bewertet. Es wurden die rheologischen bzw. mechanischen Eigenschaften der Frisch- und Festbetone untersucht und darauf aufbauend speziell für den 3D-Druck geeignete Betone entwickelt. Im Fokus weiterer Analysen standen die baubetriebliche Prozessoptimierung, Untersuchungen zu erforderlichen Datenstrukturen und -formaten sowie Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen. Mit den Erkenntnissen aus der Forschungsarbeit konnte die Machbarkeit der angestrebten Betonbautechnologie nachgewiesen werden. Zentrale Ergebnisse sind:

                - Auflistung konkreter Anforderungen an die Maschinentechnik,

                - geeignete Feinbetonrezepturen einschließlich Methoden zur Prüfung der betontechnologischen Eigenschaften,

                - Wirtschaftlichkeitsanalysen zu Kosten und Ausführungszeiten,

                - Demonstration in Laborversuchen im Maßstab 1:5 mit Hilfe eines Versuchsstandes.

Sowohl von technischer als auch von wirtschaftlicher Seite sind damit die Grundlagen für die Weiterentwicklung dieses Bauverfahrens geschaffen.