Ein Team der Gerald May-Fakultät für Bau-, Architektur- und Umweltingenieurwesen an der University of New Mexico hat mithilfe eines 3D-Betondruckers und präziser Materialforschung erfolgreich ein biegsames Betonmaterial entworfen und patentiert. Dieses Material soll die Rissbildungs- und Wartungsprobleme lösen, die mit der Sprödigkeit von herkömmlichem Beton einhergehen, und es so für den Bau und die Reparatur von Infrastruktur wie Gebäuden, Brücken und Gehwegen geeignet machen. Durch Anpassung des Gleichgewichts zwischen Fasergehalt und Viskosität entwickelte das Forschungsteam vier Mischungsformeln, die die Dehnungskapazität des Materials um 11,9 % erhöhten und so den Bedarf an externer Stahlbewehrung deutlich reduzierten.

Im traditionellen Bauwesen wird zum Bau des Tragwerks schweres, manuell betriebenes Gerät verwendet, was gefährlich und kostspielig ist. Mariam Hojati, Assistenzprofessorin in der Abteilung von Gerald May, wies darauf hin, dass Beton zwar eine hohe Druckfestigkeit, aber eine geringe Zugfestigkeit aufweist und bei Naturkatastrophen oder seitlichem Druck zu Rissen neigt, sodass die Infrastruktur regelmäßig gewartet werden muss. Mit der 3D-Drucktechnologie für Beton wird eine formlose Konstruktion erreicht, indem Materialien schichtweise gestapelt werden. Bisher war diese Technologie jedoch durch die Inkompatibilität herkömmlicher Stahlstäbe mit Druckverfahren eingeschränkt. Der wissenschaftliche Mitarbeiter des Teams, Mohammad Syed Zafar, entwickelte ein selbstverstärktes, superduktiles Material auf Zementbasis, das diesen technischen Engpass löst, indem es das Faserverhältnis optimiert, sodass das Material sowohl sein eigenes Gewicht tragen als auch reibungslos durch die Druckdüse laufen kann.

Während der Testphase mischte, maß und druckte das Team die Mischung präzise und überprüfte ihre Biege- und Zugfestigkeit. Unter den vier patentierten Rezepturen erreicht die Kombination aus Faser- und Matrixmaterialien (wie Polyvinylalkohol, Flugasche, Silicastaub und ultrahochmolekularen Polyethylenfasern) ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Druckbarkeit. Hojati betonte, dass die großflächige Anwendung dieses Materials den Bedarf an externer Bewehrung reduzieren und den Automatisierungsgrad im Bauwesen erhöhen könne. Darüber hinaus bietet die 3D-Betondrucktechnologie auch Potenzial im Weltraumbau. Organisationen wie die NASA untersuchen ihren möglichen Einsatz beim Bau von Mond- oder Marsbasen.