用混凝土建造更轻的建筑混凝土3D打印如何节省材料和二氧化碳

混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。它可以有多种使用方式，可以在当地生产，而且非常耐用。另一方面，它的环境性能是关键辩论的主题。尤其是整体混凝土组分水泥的生产会排放大量的CO2。

“如果我们想让混凝土建筑更具可持续性和气候友好性，我们必须研究新的混凝土配方，同时以更有针对性和更智能的方式使用混凝土，”安德烈亚斯·特鲁默说。Trummer与StefanPeters一起在TUGraz的结构设计研究所进行混凝土轻质施工方法的研究。最初，土木工程师专注于木材建筑，但“一旦气候相容性开始发挥作用——而且非常必要——我们必须研究矿物建筑材料。这就是真正可以节省大量CO2潜在成本的地方增加。”

格拉茨科技大学(TUGraz)的建筑师和土木工程师团队与BaumitBeteiligungsGmbH一起致力于开发仍然相对较新的混凝土3D打印。从Trummer的角度来看，这是一项令人着迷的技术：“这意味着在150年的混凝土建筑历史中，我们第一次可以在没有模板的情况下生产混凝土构件，即无需铸模。我们可以打印全新的元素，甚至承重几何形状和精致的形状。”在基于混凝土的房屋建筑中，印刷混凝土元件可以大大节省模板。“从建筑运营的角度来看，从纯粹的成本角度来看，以传统方式打印墙壁和浇筑混凝土板是很有趣的。”

在TUGraz，混凝土3D打印用于其他目的：在混凝土施工中有针对性地节省材料。例如，在屋顶和天花板结构中，用传统加工的混凝土补充了壁厚仅为2厘米的花丝混凝土元件。

“混凝土仅用于承重结构和荷载分布需要的地方。使用印刷的凹槽单元，因此可以由钢筋混凝土板节省高达40%的材料体积或50%的CO2当量，”GeorgHansemann说，他在博士论文中详细研究了这个主题。TUGraz的机器人实验室正在进行大量测试和实验。“然而，我们不只是想在实验室中探索混凝土3D打印的奇妙技术，我们还希望将其整合到久经考验的施工过程中，”AndreasTrummer说。

用于较轻混凝土板的凹槽元件

研究人员在Lunz的SchlossSeehof的Atelierdach项目中获得了他们的第一次实践经验。它归奥地利雕塑家、平面艺术家、摄影师和媒体艺术家HansKupelwieser所有。“这是实验室以外的第一个应用程序。我们有足够的时间和空间，在‘真正的’建筑工地上肯定不是这样，”特鲁默说。

在实际施工现场条件下，预制轻质混凝土构件的首次使用是巴伐利亚州诺德林根一处住宅区地下停车场出口的天花板。该项目与EignerBauunternehmungGmbH合作在短短几周内完成。打印混凝土部件的生产首次由执行公司直接进行。TUGraz团队负责规划、设计和项目推进。“这对我们来说是一次非常有价值的合作，因为有许多细微之处只能在施工现场过程中才能识别出来，”Trummer描述道。

他和他的团队目前正在为福拉尔贝格州的一个类似建设项目提供建议。在大学实验室里，有时间和空间去钻研细节和高精度工作。然而，在施工过程中，情况看起来有所不同：“时间紧迫，时间紧迫，施工人员非常忙碌。这就是必须实际和工作的地方。”因此，准确定义构建过程中的所有步骤和接口非常重要。这也包括偏差和公差。“可接受的公差以及必须重新制造3D打印元件的偏差仍然需要制定和协商。这只有在我们的推动下逐步转化为实践才有可能。”

量身定做的加固

与此同时，将混凝土3D打印技术引入建筑实践已经成为可能。尽管如此，仍然存在一些悬而未决的问题，例如使用集成印刷混凝土元件加固楼板的问题。光滑的传统混凝土板由几何简单的钢筋或网格加固。对于带有交叉肋的印刷轻质板，这要复杂得多，因此成本更高。

“只是需要更多的手部动作。这是我们研究所的一个重大认识，”安德烈亚斯·特鲁默说。因此，该研究所正在与格拉茨公司AVI(AlpenländischeVeredelungs-IndustrieGmbH)合作，作为FFG资助的“未来之城”项目的一部分(用于建筑施工中低排放弯曲应力轴承结构的3D混凝土打印和加固))关于这种类型的混凝土板的新加固原理。目的是便于在施工现场进行组装。理想情况下，在未来，可以直接从3D混凝土打印机为每个单独规划的轻质板订购精确配合的钢筋。

包括印刷钢筋

结构设计研究所的团队还成功地通过打印机为混凝土钢绞线添加了花丝钢筋。“我们可以在打印的混凝土线(PCL;挤压混凝土绞线)中直接包含一根细钢索，以便将钢筋直接集成到打印过程中。”这使得打印的3D结构更加坚固和有弹性。同时，建筑师的心也欣喜若狂，因为：“通过这种方式，您还可以在设计方面发挥积极作用，并考虑例如外墙的花丝面板。这是设计自由和建设性利益相遇的地方，”罗伯特解释说Schmid在他的博士论文中处理这个关键领域。Baumit已经在三台机器上使用了这种在TUGraz开发的加固工具作为原型。

在同一个“未来之城”项目中，该研究所正在与BOKU合作解决有关预印混凝土元素的后勤问题：预制构件如何到达施工现场?在此之前它们存储在哪里以及如何存储?他们如何在施工现场的正确时间到达正确的位置?“经验表明，它在建筑工地变得非常繁忙。而且这些新的花丝组件相对敏感，应尽快在现场处理，”Trummer强调说，他还指出，“到目前为止，这些组件中还没有一个组件已损坏，因此它们可以承受很多。”

用于轻质结构的泡沫混凝土

该研究所的另一个专业是泡沫混凝土。在此过程中，通过蛋白质泡沫将气泡引入混凝土并使其稳定。这也显着减少了材料的使用量，同时使混凝土具有更好的隔热性能。尽管一些公司已经在处理泡沫混凝土，Trummer说：“我们第一次能够通过3D打印机发送这种泡沫混凝土。”在混凝土必须承重的地方，它必须又重又密。在结构的其他部分，可能需要更多的隔热;在这里，来自3D打印机的泡沫混凝土可用于减少石油基绝缘材料。“这里有很多事情是可以想象的，研究所是这一领域的先驱，”特鲁默说。

更多的日常生活，更少的声望

AndreasTrummer还洞察了他个人推动混凝土施工轻质施工方法的动机：“我们认为将数字技术、轻质混凝土施工和资源节约联系起来非常有意义。这并不总是更快、更便宜。这里有非常明显的潜力增加建筑领域的气候友好性的好处。许多年轻人带着着名的建筑项目的想法进入建筑。复杂，优雅，在设计方面引人注目。但只要气候兼容性和CO2开始发挥作用，重点必须放在日常结构上。然后视线迅速从音乐厅、展览场馆或交通基础设施建筑上移开，转而转向所谓的多层建筑的简单建筑元素。详细考虑使用3D打印的预制混凝土构件作为地下停车场天花板的用途——这很有意义，并且确实带来了优势。”

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