Forskere fra Teknisk Universitet i Graz driver med videreutvikling av 3D-printing med sement med sikte på å skape mer holdbare løsninger, da sementproduksjon tradisjonelt slipper ut mye CO2.
Forskere ved teknisk universitet i Graz undersøker hvordan betong 3D-printing kan gi enorme materialbesparelser for byggesektoren, samtidig som CO2-utslippene reduseres.
Betong er stort sett det mest brukte byggematerialet i verden, men produksjon av sement, en nøkkelingrediens i betong, er kjent for å slippe ut mye CO2.
Et team bestående av arkitekter og sivilingeniører fra Universitetets Institutt for strukturell design har nå vendt seg mot 3D-printing for å lage betongelementer som er betydelig lettere enn konvensjonelle bygningsplater. De håper arbeidet deres kan bidra til å oppveie de skadelige effektene av bygging.
– Hvis vi ønsker å gjøre bygg med betong mer bærekraftig og klimavennlig, må vi jobbe med nye betongformler og samtidig bruke betong på en mer målrettet og smartere måte, sier professor Andreas Trummer.
Fordelene med 3D-printet betong
Så lenge betongkonstruksjon har eksistert, har mennesker vært avhengig av forskaling som støping av støpeformer for å produsere bygningselementer. For første gang i historien, takket være 3D-printing, har vi nå en metode for å printe betongvegger i nye bærende geometrier som ellers ville vært umulig å fremstille. I tillegg til å muliggjøre tidligere umulige bygningsformer, kan dette spare betydelig på både kostnader og ledetider på grunn av mindre manuelt arbeid.
Som TU Graz nå forsker på, gir 3D-printing av betong også materialbesparelser. For eksempel har teamet nylig 3D-printet betongvegger som er bare 2 cm tykke, hvor materialet kun ble ekstrudert der det var nødvendig i henhold til den belastningen den skulle beregnes til. De har også nylig 3D-printet optimaliserte utsparingsenheter som kan brukes til å lage lettere betongplater.
Georg Hansemann, som studerte feltet for sin doktorgradsavhandling, legger til: –Ved å bruke printede forsenkningsenheter kan materialbesparelser på opptil 40 volum-% eller 50% CO2-ekvivalenter dermed oppnås fra armerte betongplater.
Feltprosjekter
For å komme seg ut av laboratoriet og teste sin forskning hadde TU Graz-teamet nylig sine første «industrielle» erfaringer på Seehof Castle i Tyskland, hvor de 3D-printet utsparingsenheter for kunstprosjektet Atelierdach.
Den første gangen deres lettbetongelementer ble brukt under ekte byggeplassforhold var imidlertid for taket på en underjordisk parkeringsplass i Nördlingen, Bayern. Dette prosjektet ble fullført på noen få uker, og ble utført i samarbeid med byggefirmaet Eigner Bauunternehmung. Trummers forskerteam konsulterer for tiden et lignende prosjekt i Vorarlberg, Østerrike.
–Dette var et veldig verdifullt samarbeid for oss, fordi det er mange finesser som bare kan gjenkjennes i byggeplassprosessen, sa Trummer.
Utfordringen med betongarmering
En av problemene teamet fortsatt står overfor, er å forsterke de trykte betongelementene. Tradisjonelle betongplater er ganske enkelt forsterket med armeringsjern laget av stål, men dette er mye vanskeligere når du har å gjøre med lette plater med komplekse kryssende ribber.
For å løse problemet jobber forskerne med metallforedlingsfirmaet Alpenländische Veredelungs-Industrie for å utvikle nye typer forsterkninger spesifikt for 3D-printede plater som en del av prosjektet «Fremtidens by». I det samme prosjektet jobber de også med BOKU for å løse de logistiske problemene knyttet til forhåndstrykte betongelementer, inkludert lagring og transport av elementene.
Imidlertid har TU Graz allerede lykkes med å integrere filigranstålforsterkninger i noen av deres mer enkle 3D-printede betongdeler.
–Vi kan direkte inkludere en tynn stålkabel i de trykte betonglinjene (PCL; de ekstruderte betongstrengene) slik at forsterkning er direkte integrert i printprosessen, sa Trummer.
Forbedring av termisk isolasjon med skumbetong
En annen av teamets spesialiteter er 3D-printbare skumbetongmaterialer. For å lage skumbetong introduserer forskerne luftbobler i miksen, noe som reduserer mengden av råbetongmateriale som brukes samtidig som formelen gir en betydelig forbedret termisk isolasjon.
For de tunge bærende delene av en konstruksjon ville forskerne fortsatt bruke tett betong. Andre deler av strukturen hvor det kan være nødvendig med mer termisk isolasjon, kan imidlertid bli 3D-printet med skumbetong, noe som betyr at mindre petroleumsbasert isolasjonsmateriale vil være nødvendig.
Til tross for omfattende forskningsaktiviteter, er TU Graz ikke den eneste institusjonen som undersøker konstruksjons-3D-printing. Tidligere i mai produserte en gruppe internasjonale forskere binder jet 3D-printede geopolymerstrukturer som er i stand til å konkurrere med strukturbetong for ulike bruksområder. Hovedmålet med forskningen var å 3D-printe metakaolin, en dehydroksylert form av leirmineralet kaolinitt, uten bruk av sement.
Kilde: 3dprintingindustry.com
