Betonbrücken mit filigranen Leichtbau-Strukturen

Wissenschaftler der TU Braunschweig arbeiten an der Entwicklung eines 3D-Injektionsdruckverfahrens, das den Bau von Betonbrücken oder Dachtragwerken mit filigranen Leichtbaustrukturen ermöglichen soll. Bisher wird beim 3D-Betondruck üblicherweise horizontal Schicht für Schicht gedruckt, um beispielsweise eine Hauswand zu errichten. Im Projekt „Beyond 3D Printing – A novel spatial printing technology for lightweight spaceframe concrete structures“ wollen die Forschenden des Instituts für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) und des Instituts für Tragwerksentwurf (ITE) sollen die Grenzen des Beton-3D-Drucks weit verschieben werden.

„Gerade im Betonbau ist es üblich, dass man die Wände massiv betoniert. Wir möchten jedoch eine leichte, aufgelöste Bauweise erreichen, die man eher von Holz oder Stahl kennt.“
Prof. Dirk Lowke, TU Braunschweig

Bei dem Verfahren injizieren die Forschenden einen Betonstrang in ein Trägermedium und bilden dort eine filigrane räumliche Struktur. Im Versuch ist die Trägerflüssigkeit ein durchsichtiges Gel. Für den großtechnischen Anwendungsprozess soll sie durch eine mineralische Suspension ersetzt werden, die günstiger, ökologisch unschädlich und in großem Maßstab recycelbar ist. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren: Die Trägerflüssigkeit muss perfekt auf den Beton und den robotisch gesteuerten Prozess abgestimmt sein, um das Material in der gewünschten Position zu halten.

Wird die Gesteinsmehlsuspension, die wie eine Schlammpackung aussieht, abgelassen, bleibt die gitterähnliche Struktur zurück. Diese eignet sich zum Beispiel für Brücken oder Dachtragwerke. Die Teile sollen in der Fabrik gefertigt und vor Ort zusammengesetzt werden. Neben dem CO₂-Einsparpotenzial können mit dem Verfahren auch neue Möglichkeiten in der Architektur geschaffen werden: komplexe Geometrien ohne räumliche Einschränkungen.

Auch an der Integration der Bewehrung forscht das Projektteam, damit die Struktur möglichst tragfähig ist. Beim Injection 3D Concrete Printing sollen dazu Stahlstrukturen eingedruckt oder ein langer Metall- oder Faserstrang im Betonstrang mitgeführt werden.

Die Forschenden rechnen mit mindestens zehn Jahren, bis die bereits patentierte 3D-Druck-Technik großtechnisch eingesetzt werden kann. Zunächst wollen die Forschenden jedoch die Machbarkeit nachweisen und zeigen, dass es mit dem Verfahren möglich ist, bewehrte Betonelemente herzustellen.

Bild oben: Wie in dieser Visualisierung könnte die im 3D-Injektionsdruckverfahren hergestellte Betonbrücke aussehen. (Quelle: ITE/TU Braunschweig)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, Konstruktionspraxis, 3D-Grenzenlos