Ein Forscherteam der Florida International University hat 3,2 Mio. USD von der U.S. Army Corps of Engineers erhalten. Mit diesen soll der 3D-Druck mit Ultrahochleistungsbeton (UHPC) erforscht werden. Wir stellen die Pläne der Forscher und des US-Militärs einmal vor.

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Ein Team von Forschern der Florida International University (FIU) hat vom US Army Corps of Engineers laut einer Pressemitteilung 3,2 Mio. USD (knapp 3 Mio. EUR) für die Forschung zum 3D-Druck von Ultrahochleistungsbeton (UHPC) erhalten. UHPC ist wasserbeständiger und stärker als herkömmlicher Beton. Doch als 3D-Druck-Material ist es schwer zu verwenden, da es zu schnell aushärtet. Die FIU untersucht neuartige UHPC-Formulierungen und neue Wege zur Ablagerung der Materialien. Künftig sollen diese für zivile oder militärische Infrastrukturanwendungen eingesetzt werden.

Was sind UHPCs?

UHPCs sind auch als reaktive Pulverbetone (RPCs) bekannt und sind Materialien auf Zementbasis mit einer spezifizierten Mindestdruckfestigkeit von 17.000 Pfund pro Quadratzoll (psi) oder 120 MPa. UHPCs bestehen üblicherweise aus Portlandzement, reaktiven Pulvern, Kalkstein- oder auch Quarzmehl, feinem Sand, hochgradigen Wasserreduzierern und Wasser. Sie erreichen Druckfestigkeiten von über 29.000 psi. Die Matrizen dieser Zemente bestehen aus feinen Materialien und neigen zu einer dichten, glatten Oberfläche, die es ermöglichen, nach dem Aushärten ästhetische Details zu übertragen. Werden UHPCs mit metallischen, synthetischen oder organischen Fasern kombiniert, verbessert das die Biegefestigkeit. Dadurch erhalten sie ein gewisses Maß an Duktilität und können sich unter Belastung sicher verformen, selbst nach Rissen.

FIU Engineering Center
Die Forscher wollen die Möglichkeiten des 3D-Drucks mit UHPCs untersuchen (im Bild: Gebäude des FIU Engineering Centers)(Bild © FIU).

UHPCs im Einsatz

UHPCs wurden früher bei Autobahn- und Eisenbahninfrastrukturprojekten in Nordamerika genutzt, aber diese als 3D-Druck-Materialien zu verwenden, war problematisch. Die Zemente verfestigen sich beim Auftragen. Beim Schichten können sich Ungleichmäßigkeiten entwickeln, die die strukturelle Integrität beeinträchtigen. Die Forscher der FIU untersuchen die richtige Zusammensetzung, um Schwachstellen in mit UHPC 3D-gedruckten Strukturen zu vermeiden. Durch die US-Army-Förderung wollen die Professoren drei verschiedene Druckmethoden und eine Zutatenliste entwickeln, um das resultierende Material nach Möglichkeit aus der Region zu erhalten.

Zu den Methoden zählen Schichtdruck, Schichtsprühen und eine neue, von der FIU patentierte Extrusions-3D-Druck-Methode. Ist die Forschung erfolgreich, bedeutet das, dass der Grundstein für eine neue Methode zum Bau kundenspezifischer Strukturen gelegt werden könnte. Diese soll der Korrosion besser widerstehen.

Stimmen zur Forschungsarbeit

Atorod Azizinamini, Professor für Bauingenieurwesen am FIU College of Engineering & Computing, erklärt:

„Nur eine Hülle aus UHPC, die um eine Struktur gewickelt ist, trägt zu ihrer Gesamtfestigkeit bei. Die Eigenschaften von UHPC ermöglichen es uns, Strukturen kleiner und leichter zu machen. Dies führt zu Energieeinsparungen und kleineren CO2-Fußabdrücken.“

US-Abgeordnete Mario Diaz-Balart, hochrangiges Mitglied des Unterausschusses für Transport, Wohnungsbau und Stadtentwicklung des US-Repräsentantenhauses, sagte:

„Dies ist eine wichtige Investition des Army Corps in die Florida International University. Das Projekt wird dazu beitragen, unsere Verteidigungsbereitschaft aufrechtzuerhalten und gleichzeitig Innovationen voranzutreiben und Arbeitsplätze für unsere Belegschaft in Florida zu schaffen.“

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