8 minute read
Eerste 3D-geprinte Milestone huis is bewoond
from IM20213NL
Fotografie: Milestone/Houben/Van Mierlo architecten (A.I: YuconVR)
3D-geprinte Milestone huis is bewoond
Advertisement
Op 30 april heeft de eerste huurder van de eerste Nederlandse woning van 3Dgeprint beton de sleutel gekregen. Het Eindhovense huis, het eerste van vijf van ‘Project Milestone’, voldoet volledig aan alle strikte Nederlandse bouwvereisten. Het project is een gezamenlijk bouw en innovatieproject van Eindhoven University of Technology, Van Wijnen, SaintGobain Weber Beamix, Vesteda, gemeente Eindhoven en Witteveen+Bos. De groep van TU/e hoogleraar Theo Salet is een van de drijvende krachten van het project.
De Technische Universiteit Eindhoven startte het onderzoeksprogramma 3D Concrete Printing (3DCP) in 2015. Het doel van het programma was om van betonprinten een levensvatbare nieuwe methode te maken om betonnen elementen en gebouwen te vervaardigen, en om de processen ervan bovendien fundamenteel te begrijpen. De onderzoeksgroep ontwikkelde inmiddels een eigen 3Dbetonprinter bij de faculteit Bouwkunde. De printer bestaat uit een vierassige portaalrobot met een printbed van circa 9,0x4,5x3 m3, gekoppeld aan een betonmengpomp. Voor het financieren en ondersteuning van het 3DCPprogramma werkt de TU/e samen met een groep van aannemers, bouwmaterialenleveranciers en ingenieursbureaus. De ambities bleken hoger te liggen.
Fundamenteel onderzoek en experimenteren moet leiden tot voorspelbaarheid van het gedrag van materiaal en materieel, in wisselende omstandigheden. Met als uiteindelijk doel dat constructieve elementen en constructies op een verantwoorde manier worden gemaakt. Dat leidde uiteindelijk tot project Milestone, waarmee in de stad Eindhoven vijf 3Dgeprinte betonnen huizen worden gebouwd. Het project is ‘s werelds eerste commerciële woonproject op basis van 3Dbetonprinten. De woningen worden allemaal bewoond, voldoen aan alle moderne comforteisen en worden aangekocht en verhuurd door een makelaardij.
Geen experiment
Project Milestone kan volgens de betrokken partijen met recht om vele redenen als mijlpaal worden gezien. Niet alleen vanuit het oogpunt van de technologie en de bouwers, maar ook vanuit het ontwerp, de gemeente, de toekomstige bewoner en de verhuurder. Uiteindelijk zullen er vijf huizen worden ge3Dprint, waarbij zowel de technologie van het printen als het ontwerp van de woning steeds complexer zal worden. Wordt de gelijkvloerse eerste woning nog offsite geprint, de twee verdiepingen tellende vijfde woning zal geheel onsite worden vervaardigd. De ontwikkeling van de 3Dbetonprinttechniek zal dan ook goed waarneembaar zijn. Voor de samenwerkende partners is Milestone echter nadrukkelijk geen experiment. Zij zien de ontwikkeling als een omvangrijke innovatie die essentieel kan zijn voor de (woning)bouwsector. Beton is immers het meest gebruikte bouwmateriaal ter wereld.
Voordelen
Eén van de belangrijkste voordelen van 3Dbetonprinten is dat de betonprinter de mogelijkheid heeft om alleen beton te leggen waar het constructief nodig is. Traditioneel gestort beton is solide en bevat veel meer beton dan noodzaknlijk is en dat is slecht voor de CO 2 footprint, want bij de productie van cement komt veel van dit broeikasgas vrij. Belangrijk voordeel is de vormvrijheid. Met 3Dbetonprinten zijn zeer gedetailleerde betonconstructies mogelijk. Bij het traditioneel storten van beton bepaalt de bekisting de vorm van beton. Met betonprints kunnen bouwers straks concrete details zo klein als een erwt maken, en ronde, holle of bolle vormen. Hierdoor zijn betonnen gebouwen en constructies met geheel nieuwe vormen mogelijk. Een andere, nieuwe optie is het bedrukken van verschillende soorten, kwaliteiten en kleuren beton, alles in één geïntegreerd product. Dit betekent dat er een complete wand bedrukt kan worden met alle benodigde functionaliteiten. Zo’n muur moet verstevigd worden met isolerende draadvezels en aan de buitenkant vuilafstotend gehouden worden, en aan de binnenkant een laag die zorgt voor een prettige akoestiek. Verder bevat het de vereiste uitsparingen en interne afvoerbuizen van waterdicht beton. Dat maakt het bouwproces veel sneller. Door het 3Dprinten van beton ontstaat bovendien de mogelijkheid om sensoren direct op de juiste plek van de constructie te plaatsen. Daarbij kan worden gedacht aan draadloze sensoren die temperatuur meten, sensorgestuurde verlichting of die worden gebruikt voor beveiliging. Deze kunnen direct in het drukproces worden verwerkt, in plaats van achteraf. Dat scheelt tijd en geld. Ten slotte heeft betonprinten ook belangrijke voordelen in termen van werkomstandigheden. Traditionele verwerking van beton is zwaar en veeleisend werk. De trillingen van gestort beton en het vlechten van de stalen wapeningsnetten zijn zwaar. Bij 3Dgeprint beton zijn dit soort werkzaamheden niet nodig.
TU Eindhoven/Milestone project>
Fotografie: Milestone/Houben/Van Mierlo architecten. A.I: YuconVR
Video:
3DPC
Doel van 3D Concrete Printing (3DCP) is de productiviteit van de Architecture, Engineering and Construction (AEC industrie te verhogen en de milieuimpact te verminderen. Het 3DCPonderzoek is gericht op de wetenschappelijke onderbouwing die nodig is voor de ontwikkeling van 3Dprinttechnologie voor structurele toepassingen beton. Het programma wordt geleid door de leerstoel Betonconstructies van de Unit Structureel Ontwerpen, in nauwe samenwerking met de leerstoel Innovatief Structureel Ontwerpen en de leerstoel Architectonisch Ontwerpen en Engineering. Binnen het 3DCPprogramma worden tal van PhD, MSc en andere onderzoeksprojecten uitgevoerd. De onderzoeksactiviteiten worden ondersteund door industriële partners, een aantal particuliere ondernemingen die de hele productieketen van beton voor de bouw bestrijken: Ballast Nedam, BAM, Bekaert, Concrete Valley, CRH, CyBe, MTec, SGS Intron, Siemens, Verhoeven Timmerfabriek Nederland, Weber Beamix, Van Wijnen, Witteveen + Bos en Stichting SKKB.
De cement-batterij
Stel dat de constructie van een compleet gebouw zou kunnen worden gebruikt om elektriciteit op te slaan. Onderzoekers van de afdeling Architectuur en Civiele Techniek, van de Chalmers University of Technology, Zweden, publiceerden onlangs een artikel over een nieuw concept voor oplaadbare batterijen, gemaakt van cement. Het idee draait om een mengsel op cementbasis, waaraan kleine hoeveelheden korte koolstofvezels worden toegevoegd om de geleidbaarheid en buigvastheid te vergroten. Vervolgens is in het mengsel een met metaal gecoat koolstofvezelgaas ingebed ijzer voor de anode en nikkel voor de kathode. De oplaadbare batterij op cementbasis van Chalmers bereikte een gemiddelde energiedichtheid van 7 Wattuur per vierkante meter (of 0,8 Wattuur per liter). Dat is weliswaar laag in vergelijking met commerciële batterijen, maar daar staat het enorme volume waarmee de batterij kan worden gebouwd tegenover. Er werden vervolgens verschillende combinaties voor de elektroden getest. Daaruit bleek dat een ijzeranode en een op nikkel gebaseerde oxidekathode de beste resultaten opleverden. De geleidbaarheid van het cementmengsel kon bovendien worden verhoogd door korte koolstofvezels toe te voegen. Uit experimenten bleek 0,5 procent koolstof optimaal te zijn.
De mogelijkheden zijn volgens de onderzoekers vrijwel onbeperkt. Ze zien toepassingen die kunnen variëren van het voeden van LED’s, het leveren van 4Gverbindingen in afgelegen gebieden of kathodische bescherming tegen corrosie in betonnen infrastructuur. Het systeem kan wellicht ook worden gebruikt om elektriciteit te leveren aan monitoringsystemen op snelwegen of bruggen, waar sensoren die worden aangedreven door een betonnen batterij scheuren of corrosie kunnen detecteren. Het idee van de cementbatterij verkeert evenwel nog in een pril stadium. Er moeten belangrijke technische problemen worden opgelost, zoals het verlengen van de levensduur van de batterij en de ontwikkeling van recyclingtechnieken. Aangezien betonnen infrastructuur meestal wordt gebouwd voor een levensduur van vijftig of zelfs honderd jaar, zouden de batterijen daarop moeten worden geoptimaliseerd. Bovendien zouden ze dan ook eenvoudig moeten kunnen worden vervangen en gerecycled.
Meer bij Chalmers>
Het onderzoek werd uitgevoerd door doctor Emma Zhang en professor Luping Tang, Chalmers University of Technology, Sweden. De onderzoeksresultaten warden eerder dit jaar gepubliceerd in ‘Buildings’ onder de titel ‘Rechargeable Concrete Battery’.
Gerecycled plastic in beton
Plastic afval is een wereldwijd probleem. In een recente studie ontdekten onderzoekers van MSU’s Norm Asbjornson College of Engineering dat plastic dat met bacteriën is behandeld, in aanzienlijke hoeveelheden aan beton kan worden toegevoegd zonder dat dat ten koste gaat van de structurele sterkte. De studie werd in april gepubliceerd in het tijdschrift Materials.
Het toevoegen van plastic of ander vulmateriaal aan het betonmengsel verstoort doorgaans de sterkte van het materiaal. Het MSUteam ontdekte dat bepaalde bacteriën een minerale coating rond plasticdeeltjes kunnen maken, waardoor plastic veel beter aan cement bindt. Betonmonsters die tot vijf procent van dergelijk met bacteriën behandeld plastic bevatte, hadden volgens het onderzoek vrijwel dezelfde sterkte als traditioneel beton. Omdat beton zo wijdverbreid en in zulke grote hoeveelheden wordt gebruikt, kan het toevoegen van slechts vijf procent ervan leiden tot massaal hergebruik van plastic. En omdat beton zo energieintensief is om te maken, denken de onderzoekers dat de plastic vulstof de uitstoot van kooldioxide aanzienlijk zal kunnen verminderen. Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency is de betonproductie een van de grootste industriële bronnen van het klimaatveranderende gas in het land.
In het Center for Biofilm Engineering van MSU behandelden de onderzoekers plastic met een waterige oplossing van calcium en ureum die bovendien de (onschadelijke) bacterie Sporosarcina pasteurii bevatte. De bacteriën, die 24 48 uur in de oplossing werden gelaten, bleken vervolgens op het plasticoppervlak een biofilm van calciet te vormen, een hard mineraal waaruit kalksteen bestaat. Het plastic werd vervolgens gemengd in kleine betonnen cilinder vormige monsters die op sterkte werden belast. Hoewel de onderzoekers begonnen met versnipperd plastic van wegwerpflessen, bereikten ze vergelijkbare resultaten met een mengsel van doorgaans moeilijk te recycleren verpakkingsplastic. In de volgende stap is MSU van plan onderzoek te doen naar de duurzaamheid van het materiaal op lange termijn en naar hoe het proces kan worden opgeschaald.
Meer bij MSU>
Het artikel ‘Biomineralization of Plastic Waste to Improve the Strength of Plastic-Reinforced Cement Mortar‘ is online>
