Züblin baut weltweit erste tragende Betonwände mit 3D-Drucker

Züblin baut mit einem 3D-Drucker von Putzmeister ein Lagerhaus für Strabag in Deutschland (Bild: Putzmeister)

Bei dem Gebäude handelt es sich um das neueste Lager der Strabag Baumaschinentechnik International in Stuttgart. Mit seinem Bau entsteht nicht nur ein neuer Standort für Strabag, sondern er wird gleichzeitig zur Erprobung der 3D-Druckkapazitäten und -prozesse von Züblin genutzt.

Mit dem mobilen Betondrucker KARLOS von Putzmeister hat der Mastausleger eine Reichweite von 26 Metern. Diese große Spannweite ermöglicht laut Züblin das „präzise Auftragen von Beton in mehreren Schichten auf Grundlage eines vordefinierten und digitalen Bauplans über einen speziellen Druckkopf.“

Alexander Kuhn, Leiter Technische Dienste Bau und Technik bei Züblin, sagt: „Basis des KARLOS-Druckverfahrens ist eine intelligente Autobetonpumpe, deren Teleskoparm mithilfe eines speziell entwickelten Druckkopfes Beton automatisiert entlang vorgegebener Bahnen im dreidimensionalen Raum bewegen und ausbringen kann.

Bislang lagen die Herausforderungen beim 3D-Betondruck vor allem in der mangelnden Skalierbarkeit der Technologie für Großprojekte. „Der Druck erfolgte bisher vorwiegend mit sogenannten Portaldruckern, die auf die Herstellung kleinerer Bauwerke beschränkt sind“, so Züblin.

Das Unternehmen fügte hinzu, dass KARLOS mehr Flexibilität und Reichweite ermögliche, was Skalierbarkeitspotenzial biete – auch für Großprojekte.

„Der wirtschaftliche Vorteil dieser weltweit einzigartigen Technologie im Vergleich zu anderen Beton- oder Mörteldruckverfahren, etwa mit Portaldruckern, liegt in ihrer Flexibilität und Reichweite sowie in der Möglichkeit, tragende Massivwände in einem Schritt zu drucken und dabei die relevanten Normen und Vorschriften zu erfüllen“, ergänzt Kuhn.

Das fertige Strabag-Lagerhaus, nachdem KARLOS, ein 3D-Drucker von Putzmeister, die Betonpaste geliefert hatte. (Bild: Putzmeister)

Durch die rechteckige Form der Zementpaste, die ähnlich wie bei einem Ziegelstein aussieht (im Gegensatz zu den abgerundeten Kanten wie bei den meisten 3D-Betondruckern), können die quadratischen Wände das Gewicht des Gebäudes tragen.

„Aufeinandergestapelt ergeben die quaderförmigen Querschnitte jeder Lage unbewehrte, aber tragfähige Betonwände, die keiner weiteren Arbeitsschritte bedürfen“, ergänzt Kuhn und weist darauf hin, „als Baumaterial kommt hierbei Normalbeton, C30/37, nach EC2 zum Einsatz.“

Automatisierung in allen Facetten nutzen

Das Projekt war jedoch nicht ohne Herausforderungen. Kuhn fügte hinzu, dass ein vielschichtiger und dynamischer Plan dabei half, die Struktur zusammenzustellen.

„Große Herausforderungen hinsichtlich der Erzielung der Tragfähigkeit liegen in der Kombination von Betontechnologie und Verfahrenstechnik“, räumt er ein. „Einerseits müssen Betonrezepturen eine Frühfestigkeit sowie eine ausreichende Konsistenz für den Pumpvorgang berücksichtigen, andererseits muss der Pumparm hinsichtlich Positionierung und Bewegungsgeschwindigkeit exakt gesteuert werden.“

„Darüber hinaus“, fuhr er fort, „sind die Kontrolle und Überwachung des Schwindverhaltens und der Festigkeitszunahme des Betons von entscheidender Bedeutung, um Risse innerhalb der einzelnen Schichten und zwischen benachbarten Schichten zu vermeiden, die entweder zum Einsturz des frisch gedruckten Wandabschnitts vor Erreichen der endgültigen Betonfestigkeit und/oder zum (teilweisen) Verlust der mechanischen Eigenschaften der Wand nach Erreichen der endgültigen Betonfestigkeit führen könnten.“

In Kombination mit Elektrifizierung, digitaler Planung und dem Einsatz eines BIM-Modells hofft Züblin, bei diesem Projekt neuartige Baumethoden für die Zukunft entwickeln zu können.

„Die Kombination der Produktionsschritte von der digitalen Planung des BIM-Modells (Building Information Modeling) bis hin zur Umsetzung per 3D-Drucker revolutioniert die Prozesse am Bau. Arbeitsabläufe werden durch die Automatisierung deutlich verschlankt und beschleunigt“, so das Unternehmen.

„Die ökonomischen und ökologischen Vorteile des Verfahrens liegen neben dem völligen Entfall der Schalungsarbeiten in der Herstellung massiver Wandquerschnitte in einem Arbeitsgang und der Verwendung _CO2 -reduzierter Betone.

„Durch die ausschließliche Nutzung von Ökostrom für die vollelektrische Maschine und den Einsatz _CO2- reduzierter Betone leisten Züblin und Putzmeister einen wichtigen Beitrag, um das Bauen im Hochbau künftig nachhaltiger zu gestalten.“