Duurzaam 3D printen van golfbrekerelementen
Kun je je het in-situ printen van golfbrekers voorstellen, zelfs onder het waterniveau? Het bouwbedrijf BESIX heeft het gerealiseerd met de partners van het Strategisch Initiatief Materialen (SIM)-project 3D2BGreen. Bekijk het in de onderstaande video en lees verder in het artikel daaronder.
Waarom 3D-printen?
De grootste bouwkosten van golfbrekers hebben te maken met de logistieke middelen die nodig zijn om de golfbrekers van de productielocatie naar de bouwplaats te transporteren. In-situ printen zou zeer voordelig zijn en maakt het mogelijk om op maat gemaakte oplossingen te definiëren, met geoptimaliseerde vormen en variabele afmetingen waardoor de golfslagenergie optimaal kan worden afgevoerd.
Daarnaast zijn meervoudige 3D-printing (3DP) betonmengsels met een laag tot geen cementgehalte ontwikkeld, die ook beter bestand zijn tegen de zware omstandigheden op zee in vergelijking met traditionele cementproducten. Dit is een geweldige combinatie van duurzaamheid en prestaties.
Het 3D2BGreen-project
3D2BGreen, gesteund door VLAIO en SIM, was een driejarig 3D-betonprintonderzoeksproject dat werd opgezet door het bouwbedrijf BESIX, start-up ResourceFull, ingenieursbureau Witteveen+Bos en onderzoeksinstelling Universiteit Gent. Het onderzoek richtte zich op het ontwikkelen van duurzame betonmengsels die geschikt zijn voor het 3D-printen van golfbrekers.
De gecombineerde expertise van de projectpartners heeft geleid tot nieuwe, innovatieve en duurzamere oplossingen in marine werken. Onderzocht is de strategie van het combineren van 3DP-beton voor het omhulsel, als verloren bekisting, en conventioneel gegoten duurzaam beton als invulling.
Onderzoeksresultaten
ResourceFull en UGent ontwikkelden betaalbare betonmengsels die geschikt zijn voor 3D-printen en bestand zijn tegen het marine milieu. Binnen zowel de 3D-print als het opvulmengsel werd het gebruikelijke type cement vervangen door duurzame alternatieve bindmiddelen met als doel de voetafdruk te minimaliseren. In sommige mengsels werden ook gerecycleerde aggregaten gebruikt om de duurzaamheid verder te verbeteren.
UGent en ResourceFull voerden uitgebreide testen uit op de nieuwe betonmengsels om 3DP-extrudeerbaarheid, bouwbaarheid, mechanische sterktes en duurzaamheidscapaciteiten te optimaliseren. Ook de haalbaarheid van 3D-printing van marine elementen onder water werd onderzocht.
Naast de materiaalkarakterisering heeft het team de praktische aspecten op structurele schaal onderzocht. Witteveen+Bos optimaliseerde de vorm van een golfbrekerelement op basis van bestaande producten waarbij de geometrie geschikt moest zijn voor 3D printen en een eerste stabiliteitsbeoordeling. Parametrisch ontwerp en geavanceerde analysemethoden werden gebruikt in de optimalisatieprocessen.
Als partner in de bouwsector heeft BESIX deelgenomen aan het onderzoek, vanuit een praktisch oogpunt en voortbouwend op de ervaring en kennis van talrijke maritieme projecten. Naast de technische degelijkheid vergeleek de innovatieafdeling van BESIX de milieu-, economische en bouwkundige aspecten van de ontwikkelde methode voor het 3D-printen van golfbrekerelementen.
In de 3D-printstudio van BESIX in Dubai werden tests uitgevoerd met het duurzame betonmateriaal. Het BESIX-team zorgde ook voor 3D-geprinte plastic bekisting en materialen voor het vervaardigen van een identieke golfbreker met traditioneel beton die vervolgens ter vergelijking werd getest aan UGent.
Klaar voor de praktijk
In totaal werden 14 verschillende betonmengsels getest, waaronder een aantal nieuw ontwikkelde koolstofarme 3DP-betonmengsels. Uit LCA analyses blijkt dat de innovatieve mengsels op basis van geopolymeren zeer lage MKI waarden hebben.
Over het geheel genomen hebben de nieuw ontwikkelde betonmengsels na uitgebreide tests gezien hun circulariteit, lage milieueffecten, betaalbare kosten en duurzaamheidsaspecten bewezen geschikt te zijn voor daadwerkelijke 3D-betonprintprojecten. De mengsels kunnen worden gebruikt voor het printen van de aanvankelijk beoogde golfbrekerelementen in een maritieme omgeving, maar ook voor meubels, woningen, infrastructuur en andere toepassingen.
Vanuit 3D2BGreen is een nieuw consortium met andere industriële partners ontstaan welke de ontwikkelde techniek en mengsels verder zal verfijnen in een project rond het behoud van oestervelden.
Lees ook:
