Non-Waste-Wachsschalungstechnologie

Mainka, Jeldrik L. C.

Die heutigen marktgängigen Systemschalungen sind darauf ausgelegt, „günstigen“ Beton schnell und unter Reduktion von Arbeit in einfache Geometrien zu gießen. Es entstehen massenintensive Betonbauteile unter Einsatz von mehr Ressourcen (graue Energie / CO2) als nötig. Durch die Entwicklung digitaler Entwurfs- und Berechnungsprogramme ist es heute theoretisch möglich, in noch nie dagewesener Form filigrane und materialeffiziente Konstruktionen zu realisieren. Ihre Herstellung z.B. aus UHPC erfordert allerdings aufwendige, teure und abfallintensive Sonderschalungen, die nicht wirtschaftlich sind und als Grund gesehen werden können, warum solche Konstruktionen heute nur selten realisiert werden. Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Mit der Entwicklung einer digital gefertigten, voll recycelbaren Non-Waste-Wachsschalungstechnologie soll die Lücke zwischen dem digital Planbaren und dem ökonomisch und ökologisch Umsetzbaren geschlossen werden. Diese mit dem Innovationspreis der Zulieferindustrie Betonbauteile 2017 ausgezeichnete Schalungstechnologie basiert dabei auf 100 % wiederverwendbaren technischen Wachsen, die mittels zerspanender CNC Bearbeitung geformt werden. Durch die erreichbare hochpräzise Formgebung ist sie neben Normalbeton insbesondere für feinkörnigen UHPC geeignet. Zu Beginn erfolgt die Selektion eines geeigneten Wachses, wozu die definierten Anforderungen an Sonderschalungen mit den experimentell ermittelten Analyseergebnissen 29 unterschiedlicher Wachse verglichen werden. Neben der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung großformatiger spannungsarmer Wachsblöcke, werden im Folgenden die, in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der TU Braunschweig ermittelten, optimierten Fräswerkzeuge und Bearbeitungsparameter dargestellt. Zur Evaluation der Non-Waste-Wachsschalungstechnologie bezüglich Gestaltungsfreiheit und Präzision werden anschließend die hergestellten, unterschiedlich geometrisch komplexen Wachsschalungen und Betonbauteile mittels einer Form- und Maßanalyse bewertet. Die Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit wird ferner u.a. an verschiedenen realisierten Anwendungsbeispielen aufgezeigt und evaluiert. Zusätzlich wird die prinzipielle Anwendbarkeit von komplexen Wachs-Verdrängungskörpern (Hohlraum-Wachsschalungen) dargestellt. Abschließend werden Ausblicke auf weiterführende Forschungsprojekte am ITE zum Transfer der Technologie in die industrielle Anwendung gegeben.

Today's marketable system formworks are designed to pour "cheap” concrete quickly into simple geometries with a reduction in work. This results in mass-intensive concrete structural elements using more resources (grey energy / CO2) than necessary. Through the development of digital design and calculation programs, it is theoretically possible today to realize filigree and material-efficient constructions in an unprecedented form. Their production e.g. from UHPC, however, requires complex, expensive and waste-intensive special formwork, which is not economical and can be seen as a reason why such constructions have rarely been realized. This is the starting point of this thesis. With the development of a digitally manufactured, fully recyclable Non-Waste-Wax-Formwork technology, the gap between the digitally plannable and the economically and ecologically feasible should be closed. This formwork technology, which was awarded with the innovation prize of the supplier industry for concrete components in 2017, is based on 100 % reusable technical waxes, which are formed using CNC machining. The high-precision shaping that can be achieved makes it in addition to normal concrete particularly suitable for fine-grained UHPC. The first step is the selection of a suitable wax by comparing the defined requirements for special formwork with the experimentally determined analysis results of 29 different waxes. In addition to the development of a process for the production of large-format, low-stress wax blocks, the optimized milling tools and machining parameters determined in cooperation with the Institute of Machine Tools and Production Technology (IWF) of TU Braunschweig are presented. In order to evaluate Non-Waste-Wax-Formwork technology in terms of freedom of design and precision, the wax formwork and concrete components produced with different geometric complexity are evaluated by use of a shape and dimension analysis. The sustainability and economic efficiency is further i.a. shown and evaluated on different realized application examples. In addition, the principle applicability of complex wax displacement bodies (cavity wax formwork) is presented. Finally, perspectives on further research projects at the ITE on the transfer of the technology for industrial applications are given.

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Mainka, Jeldrik: Non-Waste-Wachsschalungstechnologie. 2019.

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