3D-printede betondæk kan gøre byggeriet grønnere
SDU CREATE på Det Tekniske Fakultet har udviklet et 3D-printet betondæk, som kræver væsentlig færre materialer end traditionelle dæk, og som derved også udleder mindre CO2.
Bærende betondæk udgør omkring 40-45% af det samlede betonforbrug i mellemstore bygninger. Og eftersom hele 8% af alle verdens udledninger af CO2 kommer fra betonproduktionen, er der god grund til at kigge nærmere på de horisontale flader, vi går rundt på, og finde ud af, om de kan laves smartere.
Og det kan de, mener Roberto Naboni. Han er lektor på Institut for Teknologi og Innovation på SDU og leder af forskningscentret SDU CREATE.
Sammen med sine kollegaer har Roberto Naboni i forskningsprojektet 3DLightSlab udviklet et nyt 3D-printet ribbet betondæk. Fordelen ved at 3D-printe konstruktionen er, at man kan lade computeren udregne den mest optimale struktur for dækket, gøre det væsentligt slankere og mere tilpasset den specifikke bygning og den styrke, der er påkrævet netop her.
På den måde sparer man på materialerne og derved også på ressourcer og på udledningen af drivhusgasser.
- I det her projekt har vi udforsket fleksibiliteten ved 3D-betonprintning for at reducere CO2-emissionerne. Vi har introduceret en beregningsmetode, der gør det muligt at designe betondæk automatiseret og på en måde, så de er optimeret de specifikke belastninger og geometrier i en bygning, forklarer Roberto Naboni.
- Ambitionen er at skalere teknologien op og dermed reducere bygningers miljøpåvirkning.
Inspireret af naturen
Det 3D-printede betondæk i 3DLightSlab er på flere måder et nybrud.
- Hidtil har der ikke været nogen etableret viden om, hvordan man 3D-printer bærende horisontale strukturer af denne art. Vores tilgang involverer indlejring af stålforstærkninger i 3D-printede filamenter, hvilket heller ikke tidligere har været gjort i denne skala, siger Roberto Naboni.
En af inspirationskilderne for forskergruppen har været, hvordan naturen skaber strukturer, forklarer forskeren.
Hvis man tænker på menneskekroppen, på et træ eller på et edderkoppespind er dets struktur også udformet, så det er så let som overhovedet muligt, men stadigvæk afstemt de belastninger, det skal kunne klare.
- I vores design har vi taget udgangspunkt i hovedspændingerne, altså de strømme af træk og kompression, som løber igennem konstruktionen. I naturen finder man også lette og samtidig stærke strukturer, som er konstrueret efter hovedspændinger, f.eks. menneskeknogler, siger Roberto Naboni.
Avancerede beregningsmodeller
Men hvor naturen har haft millioner af år til gennem evolution at finpudse sine konstruktioner, har forskerne på SDU været nødt til at bruge computermodeller og simuleringer til at finde ud af, hvordan printeren skulle sprøjte beton ud.
- En af udfordringer har været, hvordan man forudser betondækkenes strukturelle adfærd. Det krævede en detaljeret modellering af printsekvensen, materialefordelingen og fremstillingsprocessen og en kombineret brug af det, der hedder finite element-simulationer.
I 3DLightSlab-projektet har Roberto Naboni og hans kollegaer løbende styrketestet dækkene i samarbejde med SDU Structures, og de lever op til de standarder, man har inden for byggeriet.
Eller som Roberto Naboni formulerer det:
- Vi har demonstreret levedygtigheden af vores metode til bygningsanvendelser i overensstemmelse med de vigtigste brugbarhedsgrænser i den europæiske kode.