Beton-3D-Druck durch selektive Ablage - Anforderungen an Frischbeton und Materialprüfung

Das Interesse am digitalen Betonbau steigt rapide an, damit auch die Erwartungen an diese neue, vielversprechende Technologie. Die Methoden der digitalen Fertigung mit Beton gewinnen immer weiter an Reife, sodass weltweit bereits mehrere Pilotprojekte realisiert werden konnten. Jedoch sind noch etliche Hürden zu nehmen, bevor der 3D-Druck mit Beton und andere digitale Bauverfahren in die Baupraxis überführt werden können. Eine der größten Herausforderungen ist die Erarbeitung einer praxistauglichen Vorgehensweise zur Festlegung, Einstellung und Prüfung der erforderlichen Materialeigenschaften von frischem und erhärtendem Beton. Die Schwierigkeiten bei der Gestaltung der rheologischen Eigenschaften von Frischbeton ergeben sich aus unterschiedlichen, zum Teil entgegengesetzten Anforderungen, die durch maßgebende technologische Schritte - Materialförderung, Formung, Ablage und Belastung durch darauffolgende Betonschichten - bestimmt werden. Zu durchdenken und neu zu definieren sind auch einschlägige Methoden der Materialcharakterisierung. Der vorliegende Aufsatz konzentriert sich auf diese Fragestellungen im Kontext der mit großem Abstand am häufigsten verwendeten digitalen Fertigungsmethode, nämlich dem 3D-Druck durch selektive Betonablage. Die Gedankengänge, theoretischen Grundlagen und Empfehlungen hinsichtlich der Materialprüfung lassen sich allerdings sinngemäß auch auf andere Verfahren übertragen.

3D-concrete-printing by selective deposition - Requirements for fresh concrete and testing
The interest in digital concrete construction is rapidly increasing, as well as the expectations of this new, promising technology. The methods of digital fabrication with concrete are becoming ever more mature, so that several pilot projects have already been realized worldwide. However, there are still some hurdles to overcome, before 3D-printing with concrete and other digital construction processes can be transferred to construction practice. One of the biggest challenges is the development of a practice-oriented approach for determining, adjusting and testing the required material properties of fresh and hardening concrete. The difficulties in designing the rheological properties of fresh concrete result from different, sometimes conflicting requirements, which are determined by decisive technological steps - material conveying, shaping, depositing and loading by subsequent concrete layers. To think through and to redefine are also relevant methods of material characterization. This article focuses on these issues in the context of what is by far the most commonly used digital manufacturing method, namely 3D-printing by selective concrete deposition. However, the conceptual reasoning, theoretical foundations and recommendations with regard to material testing can be analogously applied to other methods.