3D-geprinte betonnen woning in Eindhoven

Woensdag 30 mei 2018 werd in een persbijeenkomst bekend gemaakt dat in Eindhoven de eerste geheel geprinte woning gerealiseerd gaat worden waar ook werkelijk mensen in gaan wonen.

Geprint beton

Vorig jaar werd de eerste geprinte brug in Gemert gepresenteerd vanuit het onderzoeksprogramma 3DCP (3D Concrete Printing bij de TU Eindhoven met partners. De ontwikkeling heeft sindsdien niet stilgestaan! De woningen van geprint beton zijn zo ontworpen dat er maximaal gebruik gemaakt wordt van de mogelijkheden en beperkingen van geprint beton. Het is de bedoeling dat de eerste huurder al in 2019 zijn intrek gaat nemen.

Met het printen van beton maakt het niet uit of de vorm hoekig of rond is, de printer loopt braaf zijn 'rondjes'. In principe kunnen wanden van geprint beton op zichzelf staan, daar waar nodig kan er wapeningsdraad meelopen met de printer om lokaal versteviging aan te brengen.
Met het printen van beton kunnen eenvoudig details aangebracht worden, die met het timmeren van een bekisting aardig lastig worden. Beton wordt traditioneel als een massief materiaal toegepast, omdat een bepaalde vorm gevuld wordt. Met het printen van beton is het mogelijk om het materiaal daar neer te leggen waar het nodig is. Zie ook de vorm van de liggers van de brug in Gemert.

Print-mortel

In feite is het 'beton' waar men mee print een metselmortel, speciaal voor dit doel ontwikkeld door Weber-Beamix. Er zit geen grof toeslagmateriaal (grind) in. De mortel wordt onder lage druk (tot 5 bar) gepompt naar het mondstuk van de printer. Zodra er een laag geprint is, moet het voldoende stijfheid bevatten om vormvast te blijven liggen. Tegelijkertijd moet het voldoende plastisch blijven zodat de volgende laag blijft plakken. Hulpstoffen zorgen ervoor dat er een thixotroop-mengsel ontstaat. Dit houdt in dat wanneer er energie in wordt gebracht, het mengsel gaat vloeien en zodra de energie weer wordt weggenomen de vormvastheid weer terugkomt.

Daarnaast moet de mortel voldoende snel uitharden om de volgende lagen te kunnen dragen. En aangezien men snel wil printen, vraagt dit nogal wat van het mengsel. Met de huidige snelheid kan een woning in een week geprint worden. Het streven is om de snelheid op te voeren.

Voldoen aan de constructieve eisen

De uitvoeringsaspecten zijn voor een groot deel maatgevend voor de (sterkte)eisen aan het mengsel. Er wordt gewerkt met een sterkte van C45-55. Omdat er geen norm beschikbaar is over het rekenen aan geprint beton, is Witteveen+Bos genoodzaakt om terug te gaan naar de mechanische principes van het materiaal zelf. Voor beton hangt dit nog af van de eigenschappen van het mengsel. Ze hebben daarom zeer nauw samengewerkt met het testen van het materiaal en de geprinte objecten. De burgdelen van de fietsbrug in Gemert zijn tot bezwijken belast bijvoorbeeld.

De gevels van de woning bestaan uit een van beton geprint binnen- en buitenspouwblad. Vanwege de vrije vormen kan de afstand tussen deze beide schillen variëren van 20 tot 40 cm. Deze ruimte wordt gevuld met een nader te bepalen (duurzaam) isolatiemateriaal. De schillen zijn slechts 5 cm dik en werken als een sandwichpaneel samen wanneer de isolatielaag de krachten tussen beide schillen overbrengt.
Zo hebben de constructeurs bij Witteveen+Bos de elementen berekend met de eindige-elementenmethode, en vervolgens is er getoetst of de elementen zich gedragen zoals verwacht. De hele woning is in model gezet. Telkens worden de rekenregels aangepast aan de gevonden testresultaten.

Aaibaarheid

De woningen zijn in vrije vormen ontworpen door Houben/van Mierlo architecten als achtergebleven keien in een landschap. In de Eindhovense nieuwbouwwijk Meerhoven is Bosrijk bedoeld voor landschappelijk wonen waar de woningen worden vormgegeven als 'beelden in een beeldentuin'. De woningen staan als 'menhirs' in een cirkel op een open plek in het bos. De gemeente Eindhoven zocht een 'out of the box' woningconcept als 'smaakmaker' van de wijk.
In het cluster worden vijf woningen gerealiseerd rondom een gezamenlijk speel- en ontmoetingspleintje. Vesteda zal de woningen gaan verhuren. De eerste woning is een driekamer-woning van 95 m²op één bouwlaag.
De woningen zijn zeer compact van vorm gehouden, zodat het landschap eromheen maximaal te beleven is. De compacte plattegrond maakt dat de grotere woningen meerdere verdiepingen hebben en dan zo sterk gaan gelijken op 'menhirs'. Zoals de architect zegt: "Met een vette knipoog worden dus met de meest vooruitstrevende technieken een groep sculpturale 'Flintstone-huizen' gemaakt die zo uit het stenen tijdperk lijkt te komen."
Overigens is het ook heel goed mogelijk om meer traditionele vormen te printen.

Maakbaarheid

De eerste woning zal geprint worden in delen op de TU Eindhoven. De eerste woning bestaat uit één bouwlaag en er worden verdiepingshoge elementen geprint. Traditioneel worden prefab geveldelen als rechte vlakken vervaardigd en dan op de hoeken met elkaar verbonden. De geprinte geveldelen bestaan steeds uit een hoekelement. Op die manier heeft het element direct eigen stabiliteit en ontstaan er op een natuurlijke manier openingen voor ramen en deuren.

De architect heeft heel duidelijk de beperkingen en mogelijkheden van het printen met beton meegenomen in het ontwerp van de woningen.
Van Wijnen en Weber-Beamix zijn een printfabriek aan het voorbereiden waar de volgende woningen geprint kunnen worden. Uiteindelijk is het de bedoeling dat er on-site geprint kan worden. Tijdens het ontwikkelproces heeft men ervoor gekozen om de techniek eerst te perfectioneren in geconditioneerde omstandigheden.
De woningen worden na elkaar geproduceerd, zodat men steeds kan leren en de verbeteringen mee kan nemen in de volgende woning.

Toekomstperspectief

Van Wijnen gelooft heilig in de toekomst van bouwen met geprint beton. Het zullen niet de eerste woningen zijn die (economisch) voordeel opleveren, maar op de lange duur zullen de voordelen die van de traditionele bouw overstijgen. 3D-betonprinten maakt het ook eenvoudig om de woning te personaliseren, een wijziging in het ontwerp van de woning brengt weinig extra kosten met zich mee.

Aan het onderzoeksprogramma 3DCP van de TU Eindhoven werken ook studenten mee. Het geeft hen het perspectief hoe innovatie in de bouw werkelijkheid kan worden. Zoals Theo Salet, hoogleraar Concrete Structures van de TU Eindhoven, zegt: "Op z'n Brabants; gewoon doen".