Digitaler Betonbau durch additive Verfahren – Ein kritischer Überblick

Die digitale Fertigung mit Beton (DFB) ist ein sich überaus dynamisch entwickelndes Gebiet. Die Vielfalt der verwendeten Ansätze und damit verbundenen Möglichkeiten und Herausforderungen ist überwältigend. Der Beitrag bietet einen kritischen Überblick über den aktuellen Sachstand auf dem Gebiet der additiven Fertigungsverfahren mit Beton (auch 3D-Betondruck genannt) und zeigt den bestehenden Forschungsbedarf. Des Weiteren wird ein Klassifizierungsrahmen für DFB-Verfahren vorgestellt, welcher eine klare Einordnung der einzelnen Prozesse und eine schlüssige Kommunikation zwischen allen am Bau Beteiligten ermöglichen soll.

Bei offenen Fragen in Bezug auf druckbare bzw. gedruckte Betone geht es vor allem um Methoden der Materialcharakterisierung in frischem, erhärtendem und erhärtetem Zustand, einschließlich der Art der Probenahme bzw. In-situ-Messungen, der Kriterien zur Qualitätssicherung, des Einflusses der Anisotropie durch schichtweise Materialablage sowie der Anknüpfung an bestehende Regelwerke. Zum Thema Bewehrungsintegration in die DFB-Verfahren sollen existierende, vielversprechende Ansätze im Hinblick auf deren Robustheit, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit weiterentwickelt werden. Außerdem fehlen u. a. Untersuchungen zum Verbund zwischen Bewehrung und Beton/Matrix, zum Korrosionsschutz der Bewehrung durch gedruckten Beton sowie zum Lastabtrag und zur Wirkungsweise als Grundlage für eine Vorhersage des Tragverhaltens. Auf dem Gebiet der Konstruktion und Bemessung sind vor allem Methoden der Topologie- und Entwurfsoptimierung für Bauteile in Abhängigkeit des Druckprozesses und der Bauteilbeanspruchung zu entwickeln. Des Weiteren ist unklar, welche effektive Bauteilbreite (Verhältnis von „homogenem“ Bauteilkern zu Fehlstellen an Bauteilrändern) bei der Bemessung einsetzbar ist. Ein weiteres Beispiel ist der Einfluss der Lage der gedruckten Schichten (Anisotropie) auf das Bauteilverhalten unter Biege-, Querkraft- bzw. Torsionsbeanspruchung.