Weltweit erste Leichtbau-Betondecke: Poraver® optimiert Smart Slab im Forschungsbau DFAB House
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Ein neuartiger Fertigungsprozess und optimierte Leichtbetone mit Poraver® sorgen für 70 Prozent Gewichtseinsparung


Die ETH Zürich hat in ihrem zukunftsorientierten Forschungsbau, dem DFAB House in Zürich Dübendorf, die weltweit erste Leichtbau-Betondecke auf Basis von Glasfaserbeton und einer 3D-gedruckten Schalung eingebaut. Bei der optimierten Rezeptur des glasfaserverstärkten Leichtbetons für die "Smart Slab" Decke vertraute man auf Poraver® Blähglas als Leichtzuschlag. Als Besonderheit wurde die neuartige Deckenschalung am 3D-Drucker aus Sand hergestellt.

Die sehr dünne Smart Slab
Die Betonelemente der Smart Slab Decke, die an der dünnsten Stelle nur 20 mm dick ist, werden Stück für Stück auf der 12 cm breiten Mesh Mould-Wand platziert. © Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich / Andrei Jipa

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

3D gedruckte Schalung aus Sand für die innovative Leichtbau-Betondecke

Der Baustoff Beton bietet vielfältige Möglichkeiten bei der Gestaltung von Architekturelementen. Diese Möglichkeiten wurden 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-Druckverfahren Formen und Schalungen aus Sand für Betonelemente herzustellen. Die neue komplett digitalisierte Baumethode ermöglicht die Fabrikation von hochgradig optimierten Betonbauteilen mit komplexen Zierstrukturen. Das Verfahren kombiniert die ausgezeichneten bautechnischen Eigenschaften von Beton mit der Geometriefreiheit des 3D-Drucks bzw. der additiven Fertigung.

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.

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

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

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. Poraver® reduziert die Dichte des Betons erheblich und bietet eine hochwertige und konstante Qualität. 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.

Fertigung der Betonkonstruktion durch Bürgin Creations Switzerland

Die technische Umsetzung der Smart Slab Decke übernahm die Firma Bürgin Creations Switzerland. Das Unternehmen hat bereits die Kunstinstallation „Incidental Space" des Architekturprofessors Christian Kerez im Schweizer Pavillon auf der Biennale in Venedig umgesetzt. Auch hier wurde Poraver® Blähglas als Leichtzuschlag für die Betonrezeptur eingesetzt. Dank des von Theo Bürgin entwickelten speziellen Polymer-Spritzbetons (GFRC) mit Poraver® Blähglas ließ sich die Wandstärke der Elemente auf bis zu einen 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“ Leichtbeton-Elemente auf nur rund acht Tonnen.

Weitere Informationen zur Smart Slab:

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

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