3D-3B - 3D-Betondruck und Bewehrung für emissionsarme biegebeanspruchte Tragstrukturen des Hochbaus

Der Ausgangspunkt ist die Technologie des 3D Drucks mit mörtelartigen zementbasiertem Material in einem Extrusionsverfahren. Diese Technologie bietet aktuell die Möglichkeit sehr präzise mit kleinen Betonmengen, mit große Geschwindigkeit und ohne aufwändigen Formenbau vorwiegend unbewehrte Bauteile automatisiert zu erzeugen. Diese beschriebene Charakteristik motiviert diese Technologie in Prozesse des Hochbaus zu integrieren, um dadurch verstärkt Potentiale zur Reduktion von Betonkubatur und den damit verbundenen CO2 Äquivalenten im Hochbau zu nutzen. Die aktuelle Problematik liegt dabei in der fehlenden richtliniennahen Charakterisierung von unbewehrten und bewehrten Druckmaterial und daraus hergestellten Bauteilen. So kann die Technologie nicht in gängige BIM – kompatible Planungs- und Entwurfsprozesse eingebunden werden. Die Anwendung von 3D Druck Bauteilen aus Beton als Aussparungskörper im Bauprozess führt zu einer erhöhten geometrischen Komplexität, die den Anspruch an diese Prozesse auf der Baustelle erhöht. Dies betrifft z.B. den Einbau, das Platzieren der 3D Druck Bauteilen aus Beton, und Stahlbewehrung für Ortbetonergänzungen. Ziel des Projekts ist es (i) durch eine systematische Entwicklung von Versuchsanordnungen und durch Testserien Grundlagen für numerische Simulationen von unbewehrten und bewehrten 3D Druck Bauteilen aus Beton zu schaffen. Das zweite Ziel ist die Entwicklung von masserelevanten Anwendungen für den Hochbau, wie z.B. verlorene Schalungs- und Aussparungskörper für Wand- und Deckenelemente, aber auch Fassadenplatten. Methoden der Topologie Optimierung unter Berücksichtigung mechanischer, bauphysikalischer und klimarelevanter Randbedingungen werden dabei genutzt. Nach Abschluss des Projekts stehen (i) Daten und Methoden zur Charakterisierung von 3D Druck Bauteilen aus Beton zur Verfügung, die die numerische Simulation in der Planungsphase ermöglichen und auch die Grundlage für eine zukünftige Produktionsüberwachung bieten. Das Projekt klärt und bewertet (ii) anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele die Potentiale von 3D Druck Bauteilen aus Beton zur Reduktion von Betonkubatur und den damit verbundenen CO2 Äquivalenten im Hochbau. (iii) Bauprozesse und Baulogistik (Platzieren von 3D Druck Bauteilen aus Beton und Stahlbewehrung für Ortbetonergänzungen) sind für BIM-kompatible Prozesse entwickelt, getestet und bewertet.