Forscher der chinesischen Hebei University of Technology und der australischen Swinburne University of Technology haben eine Betonmischung vorgestellt, die aus Abbruchabfällen besteht und als neues Baumaterial für den Beton-3D-Druck verwendet werden können soll. Die Wissenschaftler verwendeten dafür recycelte Betonaggregate, Keramsitpartikel und Wüstensand, um extrudierbares Baumaterial in drei verschiedenen Partikelklassifizierungen zu formulieren. Diese Art von Recycling würde das Bauen mit 3D-Druck neben vielen weiteren Vorteilen auch noch umweltfreundlicher machen.

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Forscher der Swinburne University of Technology und der Hebei University of Technology haben einen Weg gefunden, Bauabfälle in ein nachhaltiges 3D-Druck-Material umzuwandeln. Recycelte Betonaggregate, Keramsitpartikel (Blähbeton) und Wüstensand konnten das Forscherteam in kostengünstiges, extrudierbares Baumaterial in drei verschiedenen Partikelklassifizierungen formulieren. Ein erster Test zeigte einen selbst tragenden „Skeletteffekt“ bei dem neuen Betonersatz.

Dieser verleiht ihm möglicherweise die für den Einsatz in Hochleistungsbauanwendungen nötige Festigkeit und Haltbarkeit. Ihre Arbeit veröffentlichten sie in einem Artikel mit dem Titel „3D printing eco-friendly concrete containing under-utilised and waste solids as aggregates“ im Fachjournal Cement and Concrete Composites.

3D-Druck mit Beton

Der 3D-Druck mit Beton wird oft genutzt. Das Unternehmen incremental3D und der Designer Philipp Adautz stellten mit 3D-Druck Betonmöbel mit Farbverläufen her. Die bislang größte Beton-Fußgängerbrücke wurde mit dem 3D-Drucker gebaut. Mit der additiven Fertigung ist der Einsatz neuer, umweltfreundlicher Ersatzstoffe für Beton möglich. Beton produziert 70 kg CO2 pro Tonne. Herkömmliche Baumaterialien bilden Aggregate in mehr als der Hälfte der Mischung. Die Forscher formulierten einen neuen Leichtbetonersatz, indem sie Wüstensand mit Keramsit kombinierten, einem Material, das zur Bewirtschaftung von Seesedimenten und Abbruchabfällen verwendet wird. Weniger als 5% des Betons wird recycelt und häufig in der Produktion von Bodenfliesen und Gehwegen genutzt. Das neu entwickelte Material könnte die Umweltbelastung der Bauindustrie reduzieren.

Die Forscher erklärten:

„Bau- und Abbruchabfälle, die jedes Jahr anfallen, machen die Hälfte aller städtischen Siedlungsabfälle aus. Dies bedroht die städtische Umwelt. Die Erforschung umweltfreundlicher Lösungen ist wichtig, um die Verknappung natürlicher Ressourcen und die ernsthafte Verschlechterung der ökologischen Umwelt zu beheben.“

Aufschlussreicher Formulierungsprozess

Das Team mischte während des Formulierungsprozesses täglich Portlandzement, Silikastaub und einen Polycarboxylat-Superplastifizierer, um drei Zementmischungen mit unterschiedlichen Partikelgrößen herzustellen. Die Aggregate sollten dabei nicht größer als ein Drittel des Düsendurchmessers sein, um Verstopfungen zu vermeiden. Partikel mit 0,3 bis 2,36 mm waren nicht ausreichend.

Mit einem großen Portal-3D-Drucker testeten die Forscher ihre Mischung und stellten drei zehnschichtige 300 mm lange Teststrukturen her. Eine wurde aus durchgehend dichtem Sortiermaterial hergestellt und zeigte eine besonders geringe Fließfähigkeit, was zum „Skeletteffekt“ und einem hohen Fließspannungsniveau führte.

Stärkste Formulierung hält 91 N stand

Die stärkste Formulierung der Forscher hielt einer Belastung von 91 N stand. Mit dem recycelten Beton konnten die Forscher die Oberfläche zwischen den einzelnen Schichten vergrößern und die Haftung zu verbessern. Innerhalb der ersten 24 Stunden zeigte sich ein hohes Maß an Schrumpfung, wobei die niedrigsten Keramsit-haltigen Materialien am schlimmsten betroffen waren.

Für die Forscher hieß das, dass das Hinzufügen weiterer Aggregate dazu beitragen könnte, die in ihrer Zementmatrix beobachtete Schrumpfung zu verringern. Zuerst müssten sie aber weitere Untersuchungen durchführen, um mögliche Risse zu verhindern. Über die weitere Entwicklung zum Recycling im Bauwesen mit Bezug auf den 3D-Druck mit Beton berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).

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