Neuartiger Beton härtet in 3 Tagen aus, statt in 3 Wochen
Statt schwer zu schleppen und in der Hitze zu schuften, sollen 3D-Drucker einen Teil des Hausbaus übernehmen. Soeben haben Forschende der Oregon State University einen neuen Betonersatz für diese Technik vorgestellt.
Das Material braucht nur 3 Tage, um ausreichend auszuhärten. Außerdem ist es umweltfreundlicher als herkömmlicher Beton. Die Studie zum Betonersatz wurde im Journal Advanced Composites and Hybrid Materials veröffentlicht.
Beton mit Verbesserungspotenzial
Ohne Beton wäre vieles, das heute als selbstverständlich erscheint, nicht möglich. Gebäude und Infrastruktur, wie Schulen und Krankenhäuser, halten durch das robuste Material starken Belastungen stand und sorgen dafür, dass Menschen vor den Einflüssen der Natur geschützt sind. Man muss aber Geduld haben mit dem Baustoff.
Denn bis Beton ausreichend ausgehärtet ist, können Wochen vergehen. Rund 28 Tage ist die gängige Regel. Zeit, die man nicht hat, wenn immer mehr Menschen ein Dach über dem Kopf brauchen oder Gebäude durch Naturkatastrophen zerstört wurden.
Diese können durch die Klimakrise nicht nur häufiger, sondern auch extremer ausfallen. Und zu den steigenden Treibhausgasen leistet auch Beton einen Beitrag. Denn dafür braucht man Zement, der für bis zu 8 Prozent der globalen Treibhausgase verantwortlich ist.
„Gerade angesichts der Häufigkeit zerstörerischer Naturkatastrophen müssen wir in der Lage sein, schnell Unterkünfte und andere Gebäude zu errichten – und das können wir mit einem Material tun, das leicht verfügbar ist und vergleichsweise geringe Emissionen verursacht“, sagt Devin Roach, Assistenzprofessor für Maschinenbau am OSU College of Engineering.
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Die Betonalternative aus dem 3D-Drucker
Hier kommt der Betonersatz ins Spiel, den Forschende der Oregon State University entwickelt haben. Er basiert auf Lehm und hat den Vorteil, dass er schnell aushärtet. Möglich macht das ein Bindemittel auf Acrylamidbasis. Dieses löst eine chemische Reaktion aus, die auch Frontalpolymerisation genannt wird.
Dadurch kann das Aushärten des Materials beschleunigt werden, was dazu führt, dass die Betonalternative schon kurz nach dem Druck eine Festigkeit von 3 Megapascal erreicht. „Nach 3 Tagen erreicht das Material die für Wohnbau-Beton erforderliche Festigkeit von 17 Megapascal. Herkömmlicher Zementbeton benötigt dafür bis zu 28 Tage“, sagt Roach. Die schnell erreichte Festigkeit ermöglicht es darüber hinaus auch, mehrschichtige Wände oder Überhänge zu drucken, wie es zum Beispiel bei Tür- oder Fensteröffnungen notwendig ist.
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Umweltfreundlicher als herkömmlicher Beton
Der Betonersatz hat laut den Forschenden einen weiteren Vorteil. Im Gegensatz zum Original besteht die Betonalternative aus Lehm, Hanffasern, Sand und Biokohle. Für herkömmlichen Beton wird Sand-, Kies-, Wasser- und Zement aus Kalkstein als Bindemittel benötigt.
Letzterer schneidet in Sachen Umweltverträglichkeit schlecht ab, weil er in industriellen Öfen auf rund 1.400 Grad Celsius erhitzt werden muss. Die Energie dafür stammt meist aus fossilen Brennstoffen, die einen hohen CO2-Ausstoß verursachen. Außerdem kommt es bei der Verbrennung von Kalkstein zu einer chemischen Reaktion, die dazu führt, dass CO2 ausgestoßen wird.
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Die Zukunft des Materials?
Um die Betonalternative in Zukunft großflächig einsetzen zu können, müssen noch ein paar Herausforderungen gemeistert werden. Dazu gehören die aktuell noch hohen Kosten bei der Herstellung. „Derzeit kostet unser Material mehr als herkömmlicher Zementbeton, daher müssen wir den Preis senken“, betont Roach.
Außerdem muss das Material noch die Tests der American Society for Testing and Materials bestehen. Die Forschenden hoffen, dass der Betonersatz eines Tages genutzt wird, um damit Gebäude zu drucken.