Freiformschalungen
Bei architektonisch besonders anspruchsvollen Bauwerken können aufgrund der geometrischen Komplexität nur bedingt Standardschalsysteme eingesetzt werden. Derartige Anforderungen lassen sich mit Freiformschalungen realisieren. Vor Ort lassen sie sich aus statisch tragenden Grundelementen und vorfabrizierten 3D-Schalungskörpern zusammensetzen. Im Moment noch in erster Linie bei Fertigteilen zum Einsatz kommen Schalungselemente, die im 3D-Druck-Verfahren hergestellt sind.
Bild: Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich / Andrei Jipa (via voxeljet, Friedberg)
Bild: Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich / Tom Mundy (via voxeljet, Friedberg)
Bild: Digital Building Technologies (dbt), ETH Zürich / Tom Mundy (via voxeljet, Friedberg)
Konventionelle Freiformschalungen mit 3D-Schalungskörpern
Für konventionell erstellte Freiformschalungen wird auf Basis
eines dreidimensionalen Bauwerkmodells das Schalungskonzept
erarbeitet. Die 3D-Schalungskörper, die dem Beton die Form geben,
werden computergestützt geplant, vorgefertigt und auf Grundelemente
– den sogenannten Gitterrosten – montiert. Auf der Baustelle werden
die Einzelelemente zusammengefügt und mithilfe von Einmesspunkten,
Hilfsachsen und Aufstelllehren positioniert.
Freiformen mit Sichtbetonoberflächen
Die Form kann zum Beispiel aus einzelnen, speziell zugeschnittenen
Holzspanten erzeugt werden, oder sie wird aus einem Holz- oder
Kunststoffkörper herausgefräst. Besondere Anforderungen für die
Planung und Ausführung ergeben sich bei 3D-Freiformflächen in
Kombination mit Sichtbeton. Für derartige Aufgaben wird
beispielsweise formgefräster EPS-Hartschaum eingesetzt und mit
einer speziellen Beschichtung ausgestattet. Auf diese Weise lassen
sich glatte, nicht saugende Schalhautoberflächen herstellen.
Formgebende Schalungselemente im 3D-Druckverfahren
Formgebende Schalungselemente können auch mithilfe von 3D-Druckverfahren aus Sand hergestellt werden, der selektiv mit Bindemitteln verfestigt wird (Powder-Binder-Jetting). Eingesetzt werden sie im Moment vor allem in der Vorfertigung, bei mehrfach gekrümmten Flächen und / oder extremen Reliefformen, bei denen eine konventionelle Schalungslösung handwerklich sehr aufwendig wäre. Auf der Baustelle sind sie mit herkömmlichen Schalungssystemen kombinierbar.
Extrudierte Wandschalen als verlorene Schalung
Freiformen lassen sich auch schalungsfrei zum Beispiel mithilfe eines 3D-Betondruckverfahrens herstellen. Bei der neuartigen Technologie wird ein Portaldrucker sowie ein spezieller Betonmörtel verwendet, der eine hohe Frühfestigkeit erreicht und somit die Last der folgenden Schichten auffangen kann. Die im Extrusionsverfahren hergestellten Betonbauteile können zudem als verlorene Schalungen verwendet werden: In die formgebende Hülle wird Ortbeton eingefüllt, der die Statik unterstützt und aufgrund einer fehlenden Bewehrung lediglich gemeinsam mit den extrudierten Bauteilen seine Tragwirkung entfaltet.
Dünnwandige Schalung durch Filament-3D-Druck
Eine Möglichkeit, die bisher fast nur im Rahmen von Forschungsprojekten genutzt wird, ist die Produktion von dünnwandiger Schalung mithilfe des Filament-3D-Drucks (Fused Deposition Modeling bzw. Fused Filament Fabrication). Je komplexer die Geometrie der erstellten Schalungen sind, desto fließfähiger und gleichzeitig druckfester müssen die Betone sein, die zum Einsatz kommen. Bei statisch relevanten Bauteilen wird in diesem Zusammenhang oft auf spezielle Hochleistungsbetone zurückgegriffen.
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