3D-Druck mit Carbonbeton: Technologie und die ersten Untersuchungsergebnisse

Der 3D-Druck mit zementgebundenen Materialien erfordert geeignete Lösungen für die Integration der Bewehrung während des Herstellungsprozesses. Im vorliegenden Aufsatz wird eine neue Technologie vorgestellt, die mineralisch imprägnierte Carbonfasergarne (engl: mineral-impregnated carbon-fibre, MCF) für diesen Zweck verwendet. Diese neue Art der nicht korrosiven Bewehrung weist hervorragende mechanische Eigenschaften, hohe Nachhaltigkeit und Dauerhaftigkeit auf. Entscheidend ist jedoch, dass MCF eine extrem hohe technologische Flexibilität bietet, da sie im frischen Zustand leicht geformt und vollautomatisch verarbeitet werden kann. Der Artikel beschreibt eine neue Düse, die für die Integration der MCF-Bewehrung direkt in Betonfilamente bei den extrusionsbasierten 3D-Druck-Verfahren entwickelt wurde. In jede Betonschicht wurden gleichzeitig drei Carbongarne eingeführt. Die bestehenden Prüfverfahren wurden angepasst, um das Zug- und Biegeverhalten von gedrucktem Carbonbeton sowie die Qualität des Verbunds zwischen Bewehrung und Beton zu beurteilen. Die Versuche ergaben eine mechanische Leistung des gedruckten Betons, die mit der von Textilbeton aus Carbonfasern vergleichbar ist. Die präsentierte Forschung hat die Machbarkeit und das sehr hohe Potenzial der neuen Technologie in Bezug auf die Digitalisierung und Automatisierung des Betonbaus nachgewiesen.

3D printing with carbon concrete: technology and the first test results
3D printing with cement-based materials requires appropriate solutions for the integration of reinforcement during the manufacturing process. The article at hand presents a new technology developed for this purpose which is based on using mineral-impregnated carbon-fibre (MCF) composites. This new type of non-corrosive reinforcement yields excellent mechanical performance, high sustainability and durability. Crucial is however, that it offers extremely high technological flexibility, since MCF can be easily shaped in the fresh state and processed fully automated. The article describes a new nozzle developed for the integration of MCF reinforcement directly into concrete filaments in the context of the 3D printing based on layered extrusion. Three carbon yarns were introduced simultaneously in each concrete layer. The existing testing procedures were adapted for assessing tensile and flexural behaviours of printed carbon concrete as well as of bond between reinforcement and concrete. The experiments showed mechanical performance comparable with that of textile reinforced concrete made with carbon fibre. The research work proved the feasibility and very high potential of the new technology with respect to digitation and automation of concrete construction.