Forscher entwickeln leitfähigen und stärkeren 3D-Druck-Beton

Teaserbild-Quelle: Jonathan Tran

Ingenieure von der RMIT University und der University of Melbourne haben einen 3D-Druck-Beton entwickelt, der stärker ist, sich leichter drucken lässt und den Weg für «intelligente» Wände eben könnte, die Risse im Beton erkennen.

3D-gedruckter Beton mit Graphenoxid RMIT University

Quelle: Jonathan Tran

Graphenoxid in Beton hat laut Jonathan Tran das Potenzial, «intelligente» Gebäude zu schaffen, in denen die Wände als Sensoren fungieren und kleine Risse erkennen und überwachen können.

Graphenoxid ist ein Nanomaterial, das häufig in Batterien oder elektronischen Geräten verwendet wird. Im Rahmen einer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift «Additive Manufacturing Letter» veröffentlicht wurde, untersuchten die australischen Ingenieure die Auswirkungen von Graphenoxid auf die Druckfähigkeit und die Druckeigenschaften von 3D-gedrucktem Beton.

Elektrischer Schaltkreis in Beton-Struktur

Dabei stellte das Team fest, dass durch die Zugabe von Graphenoxid in der Zementmischung die elektrische Leitfähigkeit von Beton erhöht und dessen Festigkeit um bis zu 10 Prozent gesteigert werden kann, wie die Universitäten kürzlich mitteilten. Der Beton habe das Potenzial für die Schaffung «intelligenter» Gebäude, so Jonathan Tran, Forschungsleiter und RMIT-Associate-Professor.

Die Wände würden dabei als Sensoren fungieren, die kleine Risse erkennen und überwachen können. Derzeitige Erkennungsmethoden wie Ultraschall- oder akustische Sensoren, die in der Bauindustrie weit verbreitet sind, eignen sich für die zerstörungsfreie Erkennung von grossen Rissen in Betonstrukturen. Die Früherkennung kleinerer Risse sei aber immer noch eine Herausforderung.

Tran: «Die Ausrüstung für diese Methoden ist oft sperrig, was den regelmässigen Einsatz zur Überwachung sehr grosser Strukturen wie Brücken oder hoher Gebäude erschwert.» Die Zugabe von Graphenoxid schaffe die Möglichkeit eines elektrischen Schaltkreises in Betonstrukturen, der helfen könnte, strukturelle Probleme, Temperaturänderungen und andere Umweltfaktoren zu erkennen.

Quelle: Jonathan Tran

Eine 3D-gedruckte Betonstruktur, erstellt von RMIT-Ingenieurstudenten.

3D-Druck-Beton soll praktikabler werden

Wie in der Mitteilung hervorgehoben wird, handelt es sich bei der Arbeit erst um eine vorläufige Studie. Tran sehe in Graphenoxid aber das Potenzial, um 3D-gedruckten Beton in der Bauindustrie praktikabler zu machen, was sich positiv auf die Kosten und die Nachhaltigkeit auswirken könne. Dies, indem Betonstrukturen anstatt mit Hilfe von Schalungen mittels 3D-Druck erstellt würden.

Laut dem Forscher wird mit 3D-gedrucktem Beton Zeit, Geld und Arbeit gespart. Zudem könne ein Teil der Bauabfälle in zementbasierten Materialien wiederverwendet werden. Weiter soll Graphenoxid auch zur Maximierung der Festigkeit von gedrucktem Beton beitragen. Dies, indem sich das Material einfacher extrudieren lässt und dadurch eine bessere Verbindung zwischen den Schichten erzielt wird.

«Graphenoxid hat funktionelle Gruppen auf seiner Oberfläche, die wie klebrige Punkte auf der Oberfläche eines Materials liegen und sich an anderen Dingen festhalten können.» Diese Stellen bestehen laut Tran aus verschiedenen funktionellen Gruppen, die Sauerstoff enthalten und eine grosse Rolle bei der stärkeren Bindung mit anderen Materialien wie Zement spielen. Diese Bindung könnte die Gesamtfestigkeit des Betons verbessern.

Laut Tran ist aber noch weitere Forschung notwendig, um zu prüfen, ob Beton mit Graphenoxid die Festigkeit von herkömmlich gegossenem Beton erreichen oder gar übertreffen kann. In einem nächsten Schritt wollen die Ingenieure nun die elektrische Leitfähigkeit von Graphenoxid in Beton untersuchen und seine Eignung als potenziell intelligentes Material austesten. (mgt/pb)