3D-printed steel reinforcement for digital concrete construction – Manufacture, mechanical properties and bond behaviour

Mechtcherine, Viktor; Grafe, Jasmin; Spaniol, E.; Hertel, M.; Füssel, Uwe

doi:10.1016/j.conbuildmat.2018.05.202

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“…Different solutions of reinforcement have been investigated by several researchers [22][23][24][25][26][27][28][29]. The first one was to add steel reinforcements or cables in a reserved zone after concrete printing [9,22].…”

Section: Introductionmentioning

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“…In this case, the structures can be designed and worked as a conventional pre-stressed or reinforced concrete. It can be observed that at the present time, the placing of the steel bars is not automated, even if some projects tend to use a simultaneous printing of concrete and steel [23]. Using fibers is also a common method to reinforce printed concrete structures [12,13,[24][25][26][27][28].…”

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Nailing of Layers: A Promising Way to Reinforce Concrete 3D Printing Structures

et al. 2020

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Today, the extrusion-based 3D printing of concrete is a potential breakthrough technology for the construction industry. It is expected that 3D printing will reduce the cost of construction of civil engineering structures (removal of formwork) and lead to a significant reduction in time and improve working environment conditions. Following the use of this additive manufacturing layer-wise process, it is required to change the way concrete structures are designed and reinforced, especially for the parts of the structure under tension loads. Indeed, the extrusion-based concrete 3D printing process does not allow for the production of conventional reinforced concrete, and there is a need to develop other ways of compensating for the low mechanical performances of concrete, particularly in tension. In this study, the reinforcement of printed structures by using steel nails through the deposited layers of fresh concrete was investigated. Additionally, three-layer and 10-layer samples were reinforced with nails with varying inclination and spacing. The results show that inclined nails can be used to provide a flexural strengthening of the printing material in different directions.

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Section: Introductionmentioning

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Nailing of Layers: A Promising Way to Reinforce Concrete 3D Printing Structures

et al. 2020

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“…Des Weiteren wiesen die gedruckten Stahlstäbe einen guten Verbund mit druckfähigem Feinkornbeton auf. Ein Aufsatz, in dem das Druckverfahren, mechanische Eigenschaften der Bewehrung und ihres Verbunds zu Beton vorgestellt werden, erscheint in Kürze in einer englischsprachigen Zeitschrift.…”

Section: Neuartige Generative Bewehrungssystemeunclassified

Integration der Bewehrung beim 3D‐Druck mit Beton

Mechtcherine

2018

Beton und Stahlbetonbau

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Der digitale Betonbau ist in jüngster Zeit Gegenstand sehr rasch wachsender Forschungsaktivitäten auf der ganzen Welt geworden. Verschiedene Technologien für den 3D‐Druck mit Beton wurden entwickelt; die Anzahl der Demonstrationsprojekte und praktischen Anwendungen hat exponentiell zugenommen. Die häufigsten dieser Ansätze konzentrieren sich auf Beton als solchen, während die vorgeschlagenen Lösungen für die Eingliederung von Bewehrung noch rudimentär sind und hinter den Konzepten für den Druck mit Beton zurückbleiben. Da die Verwendung von (Stahl‐)Bewehrung in den meisten baulichen Anwendungen unerlässlich ist, wird es dringend erforderlich, die Technologie der Bewehrung von 3D‐gedruckten Bauteilen voranzutreiben. Der Beitrag gibt einen kritischen Überblick über den aktuellen Forschungs‐ und Entwicklungsstand hinsichtlich des Bewehrungseinsatzes im digitalen Betonbau und bewertet diverse Ansätze auf deren Kompatibilität mit bekannten Betondruckprozessen und existierendem Regelwerk. Bei der Betrachtung der Stahlbewehrung wird auch auf das an der TU Dresden entwickelte Verfahren des 3D‐Drucks von Stahlstrukturen mittels Gas‐Metall‐Lichtbogenschweißen eingegangen. Des Weiteren werden Möglichkeiten und Grenzen der Bewehrung durch Kurzfasern, Garne und Textil aufgezeigt.

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“…Bild zeigt ein an der TU Dresden mithilfe des Gas‐Metall‐Lichtbogenschweißens hergestelltes Muster solcher Bewehrung. Der Aufsatz, in dem das Druckverfahren, die mechanischen Eigenschaften der Bewehrung und ihres Verbunds zu Beton vorgestellt werden, erscheint demnächst .…”

Section: Spezifische Herausforderungen Der Bauweiseunclassified

3‐D‐Druck mit Beton: Sachstand, Entwicklungstendenzen, Herausforderungen

Mechtcherine

2018

Bautechnik

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Die Entwicklung digitaler Betondruckverfahren zur Herstellung von Betonbauteilen direkt auf der Baustelle oder im Fertigteilwerk ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Einführung des Industrie‐4.0‐Konzepts in das Bauwesen, nämlich von der bereits existierenden digitalen Bauplanung (CAD, BIM) bis hin zur digitalen Fertigung. Das technologische und wirtschaftliche Potenzial des digitalen Betonbaus wurde inzwischen von vielen am Bau Beteiligten und Forschern erkannt; der Umfang von Innovationsaktivitäten auf diesem Gebiet steigt von Monat zu Monat. Der Beitrag gibt einen Überblick über diese Entwicklungen und bewertet sie kritisch. Nach der Vorstellung alternativer Ansätze der digitalen Fertigung befassen sich die Autoren näher mit den auf der Extrusion basierenden Verfahren. Für den 3‐D‐Druck mit Beton sind diese Verfahren derzeit am häufigsten verwendet und weisen auch das größte Potenzial im Hinblick auf die Überführung der neuen Technologie in die Baupraxis auf. Dabei stehen jedoch zahlreiche Herausforderungen bezüglich Materialentwicklung und ‐prüfung, Bemessung, Maschinentechnik und vieles mehr an. Auf diese Herausforderungen wird im vorliegenden Aufsatz ebenfalls eingegangen und es werden mögliche Lösungsansätze skizziert.

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3D-printed steel reinforcement for digital concrete construction – Manufacture, mechanical properties and bond behaviour

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Nailing of Layers: A Promising Way to Reinforce Concrete 3D Printing Structures

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Integration der Bewehrung beim 3D‐Druck mit Beton

3‐D‐Druck mit Beton: Sachstand, Entwicklungstendenzen, Herausforderungen

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