«Smart Slab»: Kombination aus Beton und 3D-Druck

Im Rahmen des Dfab-House fabrizierten Forschende der ETH Zürich eine 80 Quadratmeter grosse Leichtbau-Geschossdecke aus Beton. Es handelt sich um das erste Architekturprojekt im Realmassstab, für dessen Schalung 3D-Sanddruck eingesetzt wurde.

Quelle: NCCR Digital Fabrication / Michael Lyrenmann

Der «Smart Slab» von unten.

Quelle: ETH Zürich / Tom Mundy

Der grossformatige 3D-Sanddrucker.

Das Projekt «Smart Slab» kombiniert die bautechnischen Stärken von Beton mit den Gestaltungsmöglichkeiten des 3D-Drucks. Entwickelt wurde die Baumethode von der Gruppe um Benjamin Dillenburger, Assistenzprofessor für digitale Bautechnologien an der ETH Zürich. Die Intelligente Decke gehört denn auch zu den Kernelementen des Dfab House – einem Haus, das mit digitalen Prozessen entworfen, geplant und auf dem Nest gebaut wird. Vor kurzem wurde die Betondecke dazu im Nest der Empa und Eawag in Dübendorf montiert. Die 80 Quadratmeter grosse Decke setzt sich aus insgesamt elf Betonsegmenten zusammen und ist 15 Tonnen schwer.

Beim Projekt «Smart Slab» fertigen die Forschenden nicht die Bauelemente selbst mit 3D-Druck, sondern nur deren Schalung. Gearbeitet wird hierbei laut der ETH mit einem grossformatigen 3D-Sanddrucker. Die Schalungselemente seien somit eine Art künstlicher Sandstein. Diese Methode bietet gegenüber dem Betondruckprozess die Vorteile, dass leistungsfähiger, faserverstärkter Beton verwendet werden kann und sich die Struktur in millimetergenauer Feinheit herauslösen lässt.

Software für die Fabrikation entwickelt

Die Forschungsgruppe entwickelte für die Fabrikation eigens eine neue Planungssoftware, die es vermag, alle für die Produktion relevanten Parameter aufzunehmen und zu bestimmen. Die Geometrie der Decke konnte damit so konzipiert werden, dass an jedem Punkt exakt so viel Beton kommt, wie strukturell nötig ist. Das Endergebnis zeigt eine filigrane Struktur, die aus Hauptrippen und kleineren, dünneren Rippen besteht. Erstere tragen dabei die Lasten der Konstruktion und die dünneren Rippen dienen laut der ETH dem architektonischen Ausdruck und der Raumakustik.

Beim Projekt «Smart Slab» waren verschiedene Industriepartner beteiligt. Die 3D-Sanddruckschalungen und die Holzschalung wurden von zwei separaten Firmen produziert undschliesslich von einer dritten Firma betoniert. Dazu wurde erst der faserverstärkte Beton in die Sanddruckschalungen gespritzt und der restliche Beton danach in die Holzverschalung gegossen.

Die Aushärtung der Betonsegmente dauerte laut der ETH zwei Wochen. Danach waren sie bereit für den Transport zum Nest in Dübendorf. Dort angekommen hievte ein Kran die Elemente auf darunterliegende, doppelt gekrümmte Mesh Mould Wand, die bereits im Vorfeld vom Bauroboter «In situ fabricator» gefertigt wurde (Baublatt berichtete).Die Vorspannung erfolgte danach an Ort und Stelle. Dazu zogen Handwerker längs und quer Stahlkabel durch die Betonträger. Die Traglast des Systems lasse sich laut der ETH durch die Anspannung der Kabel massiv steigern.

In einem nächsten Schritt werden die mittels der neuen Holzbaumethode «Spatial Timber Assemblies» (Baublatt berichtete) vorproduzierten Holzmodule auf die Baustelle geliefert und montiert. Daraus soll späterein zweistöckiger Holzbau entstehen.(pb/mgt)