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Leichtbau-Betondecke mit Schalung aus dem 3D-Sanddrucker


Reduziertes Gewicht der Smart Slab Deckenkonstruktion des DFAB House in Zürich mit Blähglas

Die ETH Zürich hat in ihrem zukunftsorientierten Forschungsbau, dem DFAB House in Zürich Dübendorf, die weltweit erste Leichtbau-Betondecke mit einer Schalung aus dem 3D-Sanddrucker eingebaut. Bei der Rezeptur des glasfaserverstärkten Leichtbetons für die so genannte Smart Slab Decke vertraute man auf Poraver® Blähglas als Leichtzuschlag.

70 Prozent Gewichtseinsparung

Der Baustoff Beton bietet fast unbegrenzte Möglichkeiten bei der Gestaltung von Architekturelementen. Diese Palette wurde mit dem 3D-Druck in den letzten Jahren erheblich erweitert. Nun hat eine Forschergruppe um Prof. Benjamin Dillenburger von der ETH Zürich bewiesen, dass die Möglichkeiten moderner Architektur mit Beton noch lange nicht erschöpft sind. Die Forscher entwickelten eine Technik, um im 3D-Sanddruckverfahren Formen für Betonelemente herzustellen. Die neue komplett digitalisierte Baumethode ermöglicht die Fabrikation von hochgradig optimierten Betonbauteilen mit komplexen Zierstrukturen und kombiniert die ausgezeichneten bautechnischen Eigenschaften von Beton mit der Geometriefreiheit des 3D-Drucks.

Sämtliche Spritzformen für die komplexen Smart Slab Deckenelemente wurden am Computer erstellt und optimiert. Dies ermöglichte massive Materialeinsparungen. Die eigens für die Produktion entwickelte Software berechnete für jeden Punkt der gesamten Konstruktion die exakt benötigte Betonmenge, um eine ausreichende Stabilität zu garantieren. So wiegt die Smart Slab, die eine Gesamtfläche von 78 m2 hat, lediglich 15 Tonnen und ist an den dünnsten Stellen nur 20 mm dick. Dank der neuartigen Konstruktionsweise werden im Vergleich zu einer Betondecke in klassischer Bauweise etwa 70 Prozent des Gewichts eingespart.

Leichtbeton mit Glasfasern und Blähglas

Zum Einsatz kamen spezielle Leichtbetone mit und ohne Glasfasern, die ein geringes Gewicht mit hoher Stabilität kombinieren. Um die geforderte geringe Dichte des Betons von etwa 1.350 kg/m3 zu erreichen, wurde Poraver® Blähglas als Leichtzuschlagstoff eingesetzt. Das industriell hergestellte Granulat aus Recyclingglas bietet gleichbleibende Qualität und reduziert die Dichte des Betons erheblich. Die Decke setzt sich aus insgesamt elf Betonsegmenten zusammen und verbindet das Untergeschoss mit dem darüber liegenden zweistöckigen Holzbau im Forschungs- und Innovationsgebäude NEST der Empa und Eawag in Dübendorf.

Umsetzung durch Bürgin Creations Switzerland

Die technische Umsetzung der Smart Slab Decke übernahm Bürgin Creations Switzerland. 2016 hat die Firma bereits die Kunstinstallation „Incidental Space" des Architekturprofessors Christian Kerez im Schweizer Pavillon auf der Biennale in Venedig umgesetzt. Auch hier war Poraver® der perfekte Füllstoff für die spezielle Betonrezeptur. Dank des von Theo Bürgin entwickelten Polymer-Spritzbetons (GFRC) mit Poraver® Blähglas ließ sich die Wandstärke der Elemente auf nur 1 bis 4 Zentimeter reduzieren bei ausreichender Stabilität. Die positiven Eigenschaften der modernen Betonrezeptur wurden durch Bruchversuche und statische Studien von Prof. Dr Joseph Schwartz, an der ETH Zürich überprüft und bestätigt. Insgesamt belief sich das Gesamtgewicht der 220 „Incidental Space“ Elemente dank der innovativen Betonrezeptur auf nur rund acht Tonnen.

Weitere Informationen zur Smart Slab:

Foto: Die hierarchische Rippenstruktur von Smart Slab
© Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich / Andrei Jipa

Die hierarchische Rippenstruktur der Smart Slab Decke

Foto: Nachbearbeitung der 3D-gedruckten Schalungs-elemente. Lose Sandpartikel werden aus dem Druckbett entfernt.
© Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich / Tom Mundy

Lose Sandpartikel werden von dem 3D-gedruckten Schalungselement entfernt

Foto: Die Smart Slab-Decke, welche auf der «Mesh Mould» Wand aufliegt, während der Montage des darüber liegenden Holzbaus «Spatial timber assemblies».
© NCCR Digital Fabrication / Michael Lyrenmann

Die Smart Slab Decke, welche auf der „Mesh Mould“ Wand aufliegt, während der Montage des darüber liegenden Holzbaus

Foto: Faserverstärkter Beton wird in mehreren Schichten in die 3D-gedruckte Schalung gespritzt.
© Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich / Andrei Jipa

Glasfaserverstärkter Leichtbeton wird in mehreren Schichten auf die 3D-gedruckte Schalung gespritzt

Bereits für die Kunstinstallation „Incidental Space“ auf der Biennale in Venedig setzte die Firma Bürgin auf Poraver® Blähglas zur Verbesserung der speziellen Betonrezeptur.
© Bürgin Creations Switzerland

Bereits für die Kunstinstallation „Incidental Space“ auf der Biennale in Venedig setzte die Firma Bürgin auf Poraver® Blähglas zur Verbesserung der speziellen Betonrezeptur.

Insgesamt 220 Einzelelemente wurden für das Kunstobjekt auf der Biennale hergestellt.
© Dennert Poraver GmbH

Insgesamt 220 Einzelelemente wurden für das Kunstobjekt auf der Biennale hergestellt.