Nieuwe studie: dubbel-helix betonontwerp verhoogt scheurweerstand met 63%

AmsterdamIngenieurs van Princeton hebben een manier ontwikkeld om betonnen onderdelen minder snel te laten barsten. Ze bestudeerden de oude coelacanthvis en gebruikten een combinatie van sterke en flexibele structuren in hun beton. Deze nieuwe methode maakt het beton 63% beter bestand tegen scheuren dan standaardmethoden.

Het proces dat zij gebruikten omvat:

• Ontwerpen met architectonische precisie
• Additieve fabricage methoden
• Industriële robots voor nauwkeurige materiaalplaatsing

Het team van assistent-professor Reza Moini heeft een ontwerp voor beton ontwikkeld waarin draden in drie dimensies worden gerangschikt. Deze draden zijn losjes verbonden en door hun oriëntatie licht aan te passen, ontstaat een structuur die de scheurbestendigheid aanzienlijk verbetert. Dit ontwerp wordt een ‘versterkingsmechanisme’ genoemd.

Belangrijke voordelen van deze methode zijn:

• Scheuren tegenhouden
• Gebarsten oppervlakken verbinden
• Afbuigen van scheuren zodra ze ontstaan

Additieve productie speelt een cruciale rol in de bouw. Robots creëren betonnen structuren laag voor laag, waardoor complexere ontwerpen mogelijk worden die traditioneel niet haalbaar zijn. Volgens Shashank Gupta, een afgestudeerde student en mede-auteur, helpen robots bij het nauwkeurig construeren van balken en kolommen.

Het lab van Moini gebruikt grote industriële robots in combinatie met geavanceerde real-time materiaalverwerking, waardoor ze snel volwaardige structurele onderdelen kunnen maken. Ze stuitten echter op het probleem dat vers beton onder zijn eigen gewicht vervormde. Om dit op te lossen, ontwikkelden ze een tweepunts-extrusiesysteem voor betere controle.

Dit systeem omvat:

• Twee inlaten – één voor beton en één voor een chemische versneller
• Mengen in het mondstuk vlak voor de extrusie
• Versneld uithardingsproces
• Verminderde vervorming in de onderste lagen

Door de hoeveelheid versneller nauwkeurig aan te passen, konden ze de controle over de structuur verbeteren. Deze verbeteringen maken het beton niet alleen sterker, maar ook esthetisch aantrekkelijker. Dit is een belangrijke vooruitgang in de bouwontwerpen en constructie, wat mogelijk resulteert in duurzamere gebouwen en infrastructuur.

Deze technologie kan op diverse manieren worden toegepast. Zowel in woningen als bij grote bouwprojecten komt het tot zijn recht, waardoor gebouwen steviger en fraaier worden.