Leichter Bauen mit Beton

Beton ist der meistgenutzte Baustoff der Welt. Er lässt sich vielseitig einsetzen, lokal produzieren und ist sehr beständig. Seine Umweltbilanz wird hingegen kritisch diskutiert. Insbesondere die Herstellung des integralen Betonbestandteils Zement emittiert viel CO2. „Wenn wir das Bauen mit Beton nachhaltiger und klimafreundlicher gestalten wollen, müssen wir an neuen Betonrezepturen arbeiten und gleichzeitig Beton gezielter und smarter einsetzen“, fasst Andreas Trummer zusammen. Gemeinsam mit Stefan Peters forscht Trummer am Institut für Tragwerksentwurf der TU Graz an Leichtbaumethoden mit Beton. Ursprünglich war der Bauingenieur fokussiert auf den Holzbau, aber: „Sobald die Klimaverträglichkeit ins Spiel kommt – und das muss sie ganz dringend – müssen wir uns mit mineralischen Baustoffen befassen. Dort sind die wirklich großen CO2-Einsparungspotentiale zu heben.“

Gemeinsam mit der Baumit Beteiligungs GmbH hat sich ein Team aus Architekt*innen und Bauingenieur*innen der TU Graz der Entwicklung des noch relativ jungen 3D-Drucks mit Beton verschrieben. Aus Trummers Sicht eine faszinierende Technologie: „Damit können wir erstmals in 150 Jahren Betonbaugeschichte ohne Schalung, also ohne Gussformen, Betonbauteile herstellen. Wir können die Elemente in völlig neuen, auch tragfähigen Geometrien und filigranen Formen drucken.“ Im betonbasierten Hausbau kann durch gedruckte Betonelemente beträchtlich an Schalungsaufwand gespart werden. „Aus Baubetriebssicht ist es rein kostentechnisch interessant, Wände zu drucken und die Betondecke auf herkömmliche Weise zu betonieren."

An der TU Graz nutzt man den Beton-3D-Druck mit anderen Absichten: zur gezielten Materialeinsparung im Betonbau. Filigrane Betonelemente mit Wandstärken von nur zwei Zentimetern werden beispielsweise in Dach- und Deckenkonstruktionen mit herkömmlich verarbeitetem Beton ergänzt. „Beton wird nur dort eingesetzt wo es die Tragstruktur und die Lastverteilung verlangt. Mit gedruckten Aussparungskörpern kann so aus der Stahlbetondecke Material von bis zu 40 Prozent Volumen bzw. 50 Prozent CO2 -Äquivalenten eingespart werden“, veranschaulicht Georg Hansemann, der sich in seiner Doktorarbeit ausführlich mit dem Thema beschäftigt. Im Roboter Design Labor an der TU Graz wird dazu viel erprobt und experimentiert. „Wir wollen die wunderbare Technologie des Beton-3D-Drucks aber nicht nur im Labor erforschen, sondern diese in die erprobten Bauprozesse integrieren“, betont Andreas Trummer.

Ein weiteres Spezialgebiet des Instituts ist geschäumter Beton. Dabei werden in den Beton mittels Proteinschaum Luftblasen eingebracht und stabilisiert. Auch das reduziert den Materialeinsatz erheblich und verleiht dem Beton zugleich bessere Wärmedämmeigenschaften. Zwar wird geschäumter Beton schon von einigen Firmen verarbeitet, allerdings, so Trummer: „Wir konnten diesen geschäumten Beton erstmals durch den 3D-Drucker schicken.“ Wo der Beton tragfähig sein muss, muss er schwer und dicht sein. An anderen Stellen des Bauwerks ist vielleicht mehr Wärmedämmung gefragt, hier könnte man mit geschäumtem Beton aus dem 3D-Drucker erdölbasierte Dämmstoffe reduzieren. „Vieles ist hier denkbar und das Institut ist hier Vorreiter“, so Trummer. Er verweist hier auf die Zusammenarbeit mit der Kärntner Firma Mai International, die unter anderem Mörtelpumpen für 3D-Drucker herstellt.

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