Beton besteht aus Zement, Wasser und unterschiedlichen Gesteinskörnungen. Er ist günstig, in großen Mengen verfügbar, lässt sich gut verarbeiten und ist lange haltbar. Gründe genug, weshalb kein anderer Werkstoff weltweit so häufig eingesetzt wird. Gleichwohl hat Beton ein Problem: Laut der Internationalen Energieagentur IEA ist der Bau- und Gebäudesektor für rund 40% des weltweiten Treibhausgasausstoßes verantwortlich. Allein die Betonproduktion ist für rund 8% des weltweiten Kohlendioxid-Ausstoßes verantwortlich und setzt mehr CO2 frei als der gesamte Verkehrssektor. Um die Umweltbelastung durch Beton zu senken, forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig daran, wie der immense Materialverbrauch beim Bauen reduziert werden kann.
Damit Materialbedarf, Energieverbrauch und Abfallmengen reduziert werden können, setzen die Forschenden auf additive Fertigungsverfahren wie den 3D-Druck. Indem Beton nur dort im Bauteil abgelegt wird, wo er auch tatsächlich benötigt wird, könne 50 bis 70% Material eingespart werden. Laut einer Pressemitteilung der TU gehen das Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) und das Institut für Tragwerksentwurf (ITE) aber noch einen Schritt weiter. In dem von der Volkswagen Stiftung geförderten Projekt „Beyond 3D Printing – A novel spatial printing technology for lightweight spaceframe concrete structures“ entwickeln die Forschenden um die Professoren Dirk Lowke, Harald Kloft und Norman Hack ein 3D-Injektionsdruck-Verfahren (Injection 3D Concrete Printing), um leichte räumliche Strukturen herzustellen. „Gerade im Betonbau ist es üblich, dass man die Wände massiv betoniert. Wir möchten jedoch eine leichte, aufgelöste Bauweise erreichen, die man eher von Holz oder Stahl kennt“, erklärt Professor Lowke.
Bei dem Verfahren wird ein Betonstrang in ein Trägermedium injiziert. Die Schwierigkeit: Die Trägerflüssigkeit muss perfekt auf den Beton und den robotisch gesteuerten Prozess abgestimmt sein, um das Material in der gewünschten Position zu halten. Gesteinsmehlsuspension sieht wie eine Schlammpackung aus und bildet eine gitterähnliche Struktur, wenn sie abgelassen wird. „Die Betonbauteile eignen sich zum Beispiel für Brücken oder Dachtragwerke“, so der Wissenschaftler. Die Teile sollen in der Fabrik gefertigt und vor Ort zusammengesetzt werden. „Neben dem CO2-Einsparpotenzial können wir mit unserem Verfahren auch neue Möglichkeiten in der Architektur schaffen, nämlich komplexe Geometrien ohne räumliche Einschränkungen.“ Das Projektteam forscht auch an der Integration der Bewehrung, damit die Struktur möglichst tragfähig ist.
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