Das Team der RMIT University untersuchte in einer Arbeit mit dem Titel „3D-printed concrete with recycled glass: Effect of glass gradation on flexural strength and microstructure“ den Einsatz von recycelten Glaspartikeln als Alternative zu Flusssand für Betonformulierungen für den 3D-Druck. Sie gingen davon aus, dass damit die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft im Bausektor verbreitet und die Vorteile des 3D-Drucks und der nachhaltigen Betonproduktion überbrückt werden könnten.
Nachhaltige Alternative zum Flusssand
Das Team untersuchte die Auswirkungen der Glaspartikel auf die Biegefestigkeit und das Rissausbreitungsverhalten des Betons. Für die Herstellung von Beton setzten sie auf eine Mischung aus Portlandzement, Wasser und mehreren Zuschlagstoffen wie Sand und Kies, die als Bindemittel wirken. Ohne diese halten wasserbasierte Mischungen nicht sehr gut und sind für Bauanwendungen ungeeignet. Zuschlagstoffe sind zudem Füllstoff für die Mischung und reduzieren Porosität des Betons für ein stärkeres Produkt.
Die Verwendung von recyceltem Glas ist für das RMIT-Team ein nachhaltigerer Ansatz. Glas hat eine chemische Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften, welche dem rohen Sand ähnlich sind. Menschen produzieren allein in Deutschland zwei Millionen Tonnen Glasabfälle pro Jahr. Dank des 1974 entstandenen flächendeckenden Sammelsystems können immerhin 83% der Glasabfälle recycelt werden. Die Wiederverwendung eines Teils im Bausektor könnte diese Wert noch erhöhen.
Die Forscher haben fünf verschiedene glasgefüllte Mischungen mit unterschiedlichen Verhältnissen von Glas zu Sand vorbereitet und druckten mit jeder Formulierung einen Satz Betonprüfkörper mit einem 3D-Drucker für das Bauwesen. Die Biegefestigkeit der Strukturen wurde über einen Dreipunkt-Biegetest charakterisiert und die Mikrostrukturen der Proben mittels Röntgenmikrocomputertomographie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) beurteilt. So konnten sie die Porengrößenverteilung und die Rissausbreitungswege in den Probekörpern nach dem Test analysieren.
Das Fazit
Letztendlich zeigte sich, dass die Integration recycelter Glaspartikel die Porosität 3D-gedruckter Proben erhöhte. Bei groben Glaspartikeln war das deutlicher als bei feinen Glaspartikeln. Röntgenbilder ergaben, dass die Hauptkomponente der Rissausbreitung das Vorhandensein von Glaspartikeln in Hohlräumen war.
Die Biegefestigkeit der 3D-gedruckten Muster erhöhte sich durch die Zugabe von Glaspartikeln um 25 bis 33 % wenn die Strahlspanne senkrecht zur Druckrichtung war. Verliefen Strahlspanne und Druckrichtung parallel, wurde festgestellt, dass die Glaspartikel die Biegefestigkeit um 8 bis 20 % verringerten. Für das RMIT-Team bedeutete das, dass das recycelte Glas eine geeignete Alternative zu Flusssand für den nachhaltigen 3D-Druck von Beton sein kann, wenn die Druckrichtung kontrolliert wird.
