Materialsparende Betondecke aus 3D-gedruckten Verriegelungsblöcken

Ein neues modulares Konstruktionsprinzip hat das Potenzial, die Betonbauweise zu revolutionieren: topologische Verriegelung von Bausteinen. Durch die innovative Anordnung dieser Verriegelungsblöcke wird eine kinematische Beanspruchung einzelner Bausteine durch die gesamte Baugruppe effektiv unterbunden, indem die Blöcke sich gegenseitig immobilisieren. Diese Studie untersucht die Synergie zwischen topologisch ineinandergreifenden Baugruppen (TIA = englisch „topological interlocking assemblies“) und 3D-Betondruck und führt eine umfassende Analyse der Herstellungsverfahren und der strukturellen Leistungsfähigkeit durch. Die ohne Bindemittel ineinandergreifenden Verriegelungsblöcke bieten herausragende Perspektiven für nachhaltiges Bauen. In der Untersuchung wird eine Methode zur Optimierung der Blockgeometrien für den 3D-Druck vorgestellt, um die Integrität der Verriegelung sicherzustellen. Drei spezifische Blockgeometrien werden für den 3D-Betondruck entwickelt und getestet. Verschiedene Methoden werden angewendet, um Verriegelungsblöcke herzustellen. Eine Geometrie wird ausgewählt und sowohl im kleinen als auch im großen Maßstab erprobt. Es folgen experimentelle Prüfungen, einschließlich präziser 3D-Fotogrammetriemessungen, zur Bewertung des strukturellen Verhaltens dieser Plattensysteme. Die Ergebnisse demonstrieren eindrucksvoll die Machbarkeit und das enorme Potenzial der Integration von topologischer Verriegelung und 3D-Betondruck für zukunftsfähige Bauanwendungen.