W ramach projektu badawczego TU Dresden i TU Aachen udało się wmurować kamień węgielny pod pierwszą na świecie kostkę węglową w Dreźnie. Ma to udowodnić, że beton węglowy jest materiałem kompozytowym przyszłości. W jakim stopniu oszczędza materiał, zasoby i CO 2 , gdzie jest wykorzystywany i jakie możliwości oferuje przy budowie domów, dowiesz się tutaj.
Beton węglowy jako projekt badawczy
Pierwszy budynek z betonu węglowego Cube, który obecnie powstaje przy Fritz-Förster-Platz w Dreźnie, został zaprojektowany nie tylko jako dom, w którym ludzie pracują i współdziałają, ale także jako miejsce reprezentacji przyszłościowej konstrukcji z betonu węglowego. Metoda budowlana, która otwiera wiele możliwości, zarówno w zakresie projektowania, jak i zrównoważonego budownictwa. Wraz z rozpoczęciem budowy pierwszego na świecie domu z betonu węglowego - składającego się w całości z niemetalowego zbrojenia - możemy spojrzeć wstecz na długą i jednocześnie ekscytującą historię.
Cube chce również być wizytówką przyszłościowej konstrukcji z betonu węglowego.
Jak to się wszystko zaczęło
Już na początku lat 90. naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie (TU Dresden) i Rheinisch-Westfälische Technische Universität Aachen (RWTH Aachen) wpadli na pomysł umieszczenia w betonie włókien tekstylnych w postaci siatki przypominającej siatkę. Pomysł był wtedy tak absurdalny, że nawet sponsorzy wyrażali obawy i prosili, aby przekonać się do niego przede wszystkim branża budowlana. Na szczęście duże firmy budowlane dostrzegły olbrzymi potencjał betonu zbrojonego tkaniną i swoim podpisem umożliwiły sfinansowanie projektu badawczego. Od 2014 roku Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań wspiera również rozwój i wdrażanie konstrukcji z betonu węglowego w największym niemieckim projekcie badawczym C3 - Carbon Concrete Composite.Ponad 160 partnerów z firm i instytucji naukowych zajmowało się 300 podprojektami obejmującymi takie tematy jak procesy produkcyjne i przetwórcze, normy i dopuszczenia, bezpieczeństwo pracy, rozbiórka, demontaż i recykling.
Beton tekstylny a beton węglowy: jaka jest różnica?
Beton zbrojony tekstylnie (TRC) jest rozumiany jako materiał kompozytowy wykonany z betonu i tekstylnego wzmocnienia w postaci maty. Podczas gdy na początku projektu badawczego do produkcji zbrojenia używano głównie odpornych na alkalia wysokowydajnych włókien szklanych, dziś włókna węglowe, czyli węgiel, okazały się odpowiednim materiałem wyjściowym do zbrojenia w kształcie maty, a obecnie w kształcie pręta. Połączenie betonu i obu rodzajów zbrojenia jest dziś znane jako beton węglowy.
W produkcji betonu węglowego węgiel jest używany jako materiał wyjściowy do zbrojenia, który często ma postać maty.
Połączenie węgla i betonu oszczędza zasoby
Beton ma właściwość pochłaniania dużych sił ściskających, ale prawie żadnych sił rozciągających. Wzmocnienie w kształcie maty lub pręta wykonane z węgla tworzy zatem element wewnętrzny, który jest w stanie przejąć te siły rozciągające. Idealna interakcja, która ma wiele zalet - na przykład oszczędność materiału do 80 procent, w zależności od zastosowania. Pierwszym elementem wykonanym z betonu węglowego, który otrzymał generalną aprobatę budowlaną (abZ) Niemieckiego Instytutu Techniki Budowlanej, był panel elewacyjny o grubości zaledwie dwóch centymetrów. W przypadku porównywalnego panelu elewacyjnego wykonanego ze zbrojonego betonu potrzeba od ośmiu do dziesięciu centymetrów. Ze względu na małą objętość betonu i znacznie lżejsze zbrojenie węglowe emisje CO2 zostały zmniejszone o ponad jedną czwartą.Jednak oszczędność materiałów nie tylko prowadzi do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla i zużycia energii związanej z produkcją, ale także oszczędza cenne zasoby, takie jak piasek i woda.
Obszary zastosowania betonu węglowego: renowacja i nowe budownictwo
Dzięki cieńszej konstrukcji z betonu węglowego można uzyskać więcej przestrzeni użytkowej w nowym budynku. Przewodność elektryczna włókna węglowego umożliwia również integrację dodatkowych funkcji, takich jak ogrzewanie ścienne i ładowanie indukcyjne. Znacząco dłuższa żywotność, która jest prognozowana na 200 (zamiast 60 do 80) lat, odgrywa ważną rolę w budowie mostów. Chemicznie obojętne wzmocnienie węglowe pozwala uniknąć prac naprawczych.
Beton węglowy okazuje się nie tylko odpowiednią alternatywą dla betonu zbrojonego w nowych budynkach, materiał kompozytowy jest również stosowany przy renowacji domów lub renowacji starego budynku. Eliminując dodatkową otulinę betonową wymaganą do ochrony rdzewiejącej stali, można naprawić konstrukcje z cienką warstwą od pół centymetra do jednego centymetra betonu węglowego. Ze względu na lekkość węgla zbrojenie można układać znacznie szybciej przy renowacji silosów czy stropów budowlanych. Nie ma konieczności mocowania zbrojenia za pomocą kotew ściennych. Ciężar istniejących stropów budynku jest tylko nieznacznie zwiększany przez cienką warstwę betonu węglowego, dzięki czemu zbrojenie sąsiednich elementów nośnych, takich jak słupy,Można w dużej mierze zrezygnować ze ścian i fundamentów, a wysokość pomieszczenia użytkowego jest prawie zachowana.
Po lewej: dwukomorowy silos w Uelzen został odnowiony przy użyciu betonu węglowego.
Po prawej: Most kolejowy odnowiony przy użyciu betonu węglowego znajduje się w Naila.
Porównanie kosztów: węgiel i stal
Jeśli spojrzeć na koszty, na pierwszy rzut oka znacznie droższym wariantem okazuje się beton węglowy: kilogram stali kosztuje obecnie 1 euro, a 1 kilogram węgla około 16 euro. Jednak węgiel jest czterokrotnie lżejszy i do sześciu razy bardziej stabilny niż stal, dzięki czemu osiąga 24-krotnie wyższą wydajność. Liczne projekty, które zostały już zrealizowane, jasno pokazują, że zastosowanie betonu węglowego niekoniecznie musi wiązać się z wysokimi kosztami. W przetargu publicznym na utrzymanie mostu kolejowego w Naila, beton węglowy przeważał nad żelbetem. Decydującym czynnikiem była opłacalna i racjonalna technologia naprawy. Podczas renowacji peronów Deutsche Bahn najważniejsza była prędkość. W tym przypadku koszty materiałowe nie były decydujące,ale koszty związane z zamknięciem linii kolejowej, ponieważ lekkość prefabrykatów z betonu węglowego pozwoliła zaoszczędzić cenny czas podczas montażu.
Węgiel (poniżej) jest droższy, ale także lżejszy i mocniejszy niż stal. Stosowanie betonu węglowego niekoniecznie wiąże się z wyższymi kosztami.
Beton węglowy: zamknięty cykl materiałowy
Zgodnie z obecnym stanem badań, budynki wykonane z betonu węglowego można łatwo poddać recyklingowi. Po rozbiórce budynku komponenty węglowe i betonowe można oddzielić z czystością 98 procent. Wykorzystuje się do tego sprawdzone procesy znane już z branży lotniczej, motoryzacyjnej i sportowej. Ponadto dostępne w handlu urządzenia i maszyny nadają się zarówno do wyburzania, jak i kruszenia betonu węglowego. Komponenty są sortowane za pomocą systemów sterowanych czujnikami i opartych na kamerach. Przetworzone włókna węglowe można następnie wykorzystać do produkcji nowego wzmocnienia w kształcie maty i pręta lub jako materiał do produkcji karoserii lub ram rowerowych. Obecne badania są obiecujące i pokazująże jak dotąd nie znaleziono żadnych respirabilnych fragmentów włókien mieszczących się w zakresie wielkości według definicji WHO. W związku z tym nie są konieczne żadne środki wykraczające poza zwykłe bezpieczeństwo pracy.
Dom z betonu węglowego: kamień milowy w historii budownictwa
Od początku 2020 roku cała zdobyta wiedza na temat konstrukcji z betonu węglowego została włączona do projektu latarni morskiej Cube. Pierwszy na świecie budynek wykonany z betonu węglowego jest wynikiem intensywnej współpracy biznesu i nauki. Sześcian składa się z dwóch podwójnie zakrzywionych łusek skręcanych oraz dwukondygnacyjnej kostki z prefabrykowanego betonu węglowego - tzw. Skrzynki. Budynek został zaprojektowany przez Henn Architects. Za planowanie ogólne odpowiada Aib Bautzen GmbH. Budynek ma z jednej strony zademonstrować wykonanie materiału, z drugiej zaś imponująco zaprezentować szerokie możliwości architektoniczne, technologiczne i ekonomiczne.Sześcian o łącznej powierzchni 220 metrów kwadratowych powstaje na działce na rogu Einsteinstrasse i Zellescher Weg w Dreźnie. Po ukończeniu budynek będzie poddawany intensywnemu monitoringowi podczas rzeczywistego użytkowania. Służy z jednej strony jako laboratorium, z drugiej jako miejsce wydarzeń dla działalności uniwersyteckiej TU Dresden. Tutaj ocenia się nie tylko koszty eksploatacji i cyklu życia, ale także długoterminową przydatność w odniesieniu do konstrukcyjnych, strukturalnych i fizycznych aspektów budynku.Oceniane są nie tylko koszty eksploatacji i cyklu życia, ale także długoterminowa przydatność pod względem strukturalnym, strukturalnym i fizycznym.Oceniane są tutaj nie tylko koszty eksploatacji i cyklu życia, ale także długoterminowa przydatność w odniesieniu do konstrukcyjnych, strukturalnych i fizycznych aspektów budynku.
Your-Best-Home.net wykonane z betonu węglowego ma łączną powierzchnię 220 metrów kwadratowych i ma również służyć jako miejsce wydarzeń dla uniwersytetu.
Wniosek: Beton węglowy będzie odgrywał ważną rolę w świecie budownictwa
Wraz z pojawieniem się futurystycznej kostki, domu węglowego zbudowanego w całości z niemetalowego wzmocnienia, pokazano fascynującą interakcję między dynamicznym projektem i wpływami kubistycznymi, a ekonomiczna efektywność materiału jest zilustrowana zgodnie ze wszystkimi wymogami prawa budowlanego. Patrząc w przyszłość, przedsiębiorcy i naukowcy są przekonani, że zastosowanie tej innowacyjnej technologii jest już nieodwracalne i coraz bardziej podbija rynek. Ważnym krokiem w kierunku pomyślnego wdrożenia jest przedstawienie wytycznych dotyczących betonu węglowego do końca 2021 r. Budowa pierwszego budynku wykonanego z betonu węglowego oraz wytyczne stwarzają ważne warunki wstępneaby skutecznie zakotwiczyć tę metodę budowy w świecie budownictwa w ciągu najbliższych pięciu lat.
autorzy
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach studiował inżynierię lądową na Uniwersytecie w Dortmundzie w latach 1977-1982, a następnie prowadził badania jako asystent naukowy aż do doktoratu w 1987 roku na katedrach konstrukcji betonowych i żelbetowych, najpierw na Uniwersytecie w Dortmundzie, a później na Uniwersytecie w Karlsruhe. Po kilku latach praktycznego doświadczenia w Köhler + Seitz objął w 1994 roku katedrę solidnej konstrukcji na TU Dresden. W 2016 roku otrzymał nagrodę Prezydenta Federalnego Niemiec w dziedzinie przyszłości za badania nad betonem węglowym.
autorzy
Sandra Kranich
Sandra Kranich po raz pierwszy uczyła się języka niemieckiego jako języka obcego na Wyższej Szkole Zawodowej w Raciborzu. W 2007 r. Przeniosła się do Niemiec, aw 2010 r. Uzyskała tytuł licencjata z zakresu badań nad mediami / praktyki medialnej w Instytucie Nauk o Komunikacji na TU Dresden. W 2013 roku uzyskała tytuł magistra w dziedzinie badań stosowanych w mediach. Pierwsze doświadczenie zawodowe zdobywała w TU Bergakademie Freiberg z zakresu public relations. Od 2015 roku odpowiada za prasę i public relations w największym niemieckim projekcie badawczym budowlanym C³ - Carbon Concrete Composite e. V. odpowiedzialny.
