3D-Beton-Compound

Die vielfältigen Möglichkeiten der direkten Verknüpfung von digitaler Planung (Building Information Modeling, BIM) und digitalen Fertigungsprozessen mit Industrierobotern sind nahezu unbeschränkt. Universitäten und Hochschulen in Deutschland forschen zu den unterschiedlichen „additiven Verfahren“ intensiv, entwickeln angepasste Baustoffe für den 3D-Druck mit Beton sowie Maschinen und Methoden zur automatisierten Integration von Bewehrung aus Stahl, Glas oder Carbon.

Folgende 3D-Beton-Fertigungsverfahren sind prinzipiell zu unterscheiden:

• Portalkran (Strangdruck durch Extrusion)
• Industrieroboter (Spritzverfahren)
• Selektives Binden
• Autobetonpumpe (Positionierung Druckkopf per GPS, Strangdruck mit „Normalbeton“)

Speziell der Einsatz der Autobetonpumpe ist derzeit Gegenstand der Forschung bei der Forschungsgemeinschaft Transportbeton e.V. (FTB). Wirtschaftlich beinhaltet der 3D-Druck von Beton signifikante Einsparpotenziale, vor allem bei der Bauzeit im Vergleich zu konventionellen Bauverfahren. 3D-Druckverfahren bieten zudem die Chance, dem Fachkräftemangel der Baubranche entgegenzuwirken, gleichzeitig aber den Gesundheitsschutz des vorhandenen Baustellenpersonals zu verbessern.

Additive Fertigungsverfahren führen zu völlig neuen gestalterischen und geometrischen Freiheiten für Bauherren und Architekten. Die Herstellung von runden Wänden oder freigeformten Flächen ist mit Beton ohne den kostenintensiven Schalungsaufwand möglich.

Enge Kooperation bei der Erprobung mit Kunden und Partnern

Die Röser GmbH, mit 6 Standorten in Baden-Württemberg, ist Spezialist für Betonschächte, Betonrohre, Sonderbauteile und besitzt als Pionier den ersten stationären 3D-Drucker im Fertigteilwerk von Cobod in Deutschland. Der dänische Anlagenhersteller ist Teil der Unternehmensgruppe des Schalungsspezialisten PERI in Weißenhorn. Mit baugleichen Anlagen wurden bereits die ersten Häuser in Deutschland in Beckum und Wallenhausen gedruckt. Die Presse hat über die Innovation im Betonbau ausführlich berichtet.

Die Entwicklung und Erprobung des Gesteinskörnung-Bindemittel-Compounds, mit einem Größtkorn von 4 mm für die Anlage in Laupheim, erfolgte unter Federführung des SCHWENK F&E-Teams in Karlstadt in enger Kooperation mit dem Unternehmen Röser IV GmbH und der SCHWENK Bauberatung. Die Mischung der Komponenten und Abfüllung des Compounds in Silofahrzeuge, Big-Bags oder als Sackware erfolgt durch die SCHWENK-Beteiligung Schretter & Cie GmbH & Co. KG in Vils, Österreich. Die Baustoffprüfung und Bestimmung der Materialeigenschaften vor Ort wurde durch das SCHWENK Technologiezentrum Süd in Allmendingen durchgeführt.

Die Herausforderung und Kunst bei der Rezeptierung ist es, unter ausschließlicher Zugabe von Wasser einen gut pumpbaren, homogenen, plastischen Mörtel herzustellen, der gleichzeitig eine gute Grünstandfestigkeit in Verbindung mit einem guten Haftverbund der einzelnen gedruckten Lagen („Layer“) zeigt, und dies bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen. Die Kombination dieser Eigenschaften ist nach Feinjustierung schließlich erfolgreich gelungen.

Folgende Kennwerte und Eigenschaften besitzt der Werktrockenmörtel mit einem Wassergehalt in druckfähiger Konsistenz:

• Druckfestigkeit nach DIN EN 196-1:  > 30 MPa (2 Tage), > 45 MPa (28 Tage)
• Biegezugfestigkeit nach DIN EN 196-1: > 4,5 MPa (2 Tage), > 7,0 MPa (28 Tage)
• Frost-Tausalz-Widerstand (CDF) nach DIN EN 12390-9:< 200 g/m2 (28 FTW), < 400 g/m2 (56 TFW)

Anmerkung: Der Grenzwert für XF4-Beton liegt bei ≤ 1.500 g/m2 (28 FTW).

Betonmöbel für den Rathausplatz Laupheim

Mit dem oben beschriebenen Compound wurden Mitte Oktober 2021 mehrere Sitzbänke und Blumentröge im 3D-Druckverfahren für die Stadt Laupheim hergestellt. Das gleichmäßige Druckbild mit sehr guter Oberflächenqualität und Schichtenverbund ist hierbei herauszuheben. Ein schönes Beispiel für die nahezu unbegrenzten Möglichkeiten der Formgebung von Beton in 3D-typischer „Baumkuchenoptik“.

Weitere Untersuchungen an diesem Material sollen zeigen, dass auch der Druck von bauaufsichtlich relevanten Gebäuden im Rahmen einer Zustimmung im Einzelfall möglich ist. Wir werden hierzu zu gegebener Zeit berichten.