Simulationsgestützte Entwicklung eines vibrationsmodulierten 3D‐Betondruckkopfes

Abstract

Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines vibrationsmodulierten 3D‐Betondruckkopfes, bei dem der Materialfluss nicht durch ein aktives Förderelement, sondern durch die gezielte Veränderung der Frischbetonkonsistenz erzeugt wird. Das Verfahren nutzt dazu die Thixotropie des Materials: Mechanische Schwingungen bauen die innere Struktur des Betons im Druckkopf temporär ab und machen ihn fließfähig, sodass der Austrag schwerkraftunterstützt erfolgen kann. Nach dem Verlassen der Düse bildet sich die verfestigende Struktur wieder aus und stabilisiert die Schicht zu einem formstabilen Beton. Parallel zur konstruktiven Entwicklung wurde ein DEM‐basiertes Simulationsmodell eingesetzt, das auf einem Bingham‐Ansatz beruht und um eine thixotrope Strukturkomponente erweitert wurde. Die Simulation diente zur Bewertung von Düsengeometrien und Vibrationsregimen. Die Versuche bestätigten einen reproduzierbaren Austrag von Beton mit 8 mm Größtkorn, einen guten Lagenverbund und mechanische Frühfestigkeiten im praxisrelevanten Bereich. Damit zeigt die Arbeit, dass vibrationsinduzierte Rheologiemodulation einen tragfähigen Ansatz für 3D‐Betondrucksysteme darstellt und DEM‐Simulationen eine effiziente Auslegung von Beton‐3D‐Druckköpfen ermöglichen.