Ett forskningsprojekt från TU Dresden och TU Aachen lyckades lägga grundstenen för världens första kolhuskub i Dresden. Det är avsett att bevisa att kolbetong är framtidens kompositmaterial. I vilken utsträckning det sparar material, resurser och CO 2 , var det används och vilka möjligheter det erbjuder för husbyggnad kan du ta reda på här.
Kolbetong som forskningsprojekt
Den första byggnaden av kolbetong Cube, som för närvarande byggs vid Fritz-Förster-Platz i Dresden, var inte bara utformad som ett hus där människor arbetar och interagerar utan också som en plats för representation för den framtidsinriktade kolbetongkonstruktionen. En konstruktionsmetod som öppnar många möjligheter, både vad gäller design och hållbar konstruktion. Med början av byggandet av världens första kolbetonghus - helt och hållet av icke-metallisk armering - kan vi se tillbaka på en lång och spännande historia.
Kuben vill också vara en utställning för den framtidsinriktade kolbetongkonstruktionen.
Hur allt började
Redan i början av 1990-talet kom forskare från Dresdens tekniska universitet (TU Dresden) och Rheinisch-Westfälische Technische Universität Aachen (RWTH Aachen) på idén att infoga textilfibrer i form av en rutnätmatta i betongen. Vid den tiden var idén så absurd att även sponsorerna uttryckte oro och bad att byggbranschen först och främst skulle vara övertygad om det. Lyckligtvis har stora byggföretag insett den enorma potentialen i textilarmad betong och med sin signatur möjliggjort finansieringen av forskningsprojektet. Sedan 2014 har federala utbildningsministeriet också främjat utvecklingen och implementeringen av kolbetongkonstruktion på marknaden i Tysklands största byggforskningsprojekt C3 - Carbon Concrete Composite.Över 160 partners från företag och vetenskapliga institutioner behandlade 300 delprojekt med ämnen som tillverknings- och bearbetningsprocesser, standarder och godkännanden, arbetssäkerhet, rivning, demontering och återvinning.
Textilbetong kontra kolbetong: vad är skillnaden?
Textilarmerad betong (TRC) förstås vara ett kompositmaterial av betong och en textilmattaliknande armering. Medan i början av forskningsprojektet huvudsakligen användes alkalibeständiga högpresterande glasfibrer för framställning av förstärkningen, visar sig idag kolfibrer, dvs. kol, vara det lämpliga utgångsmaterialet för den mattformade och nu stavformade förstärkningen. Kombinationen av betong och båda typerna av armering är idag känd som kolbetong.
Vid tillverkning av kolbetong används kol som utgångsmaterial för armeringen, vilket ofta är i form av en matta.
Kombinationen av kol och betong sparar resurser
Betong har egenskapen att kunna absorbera stora tryckkrafter, men nästan inga dragkrafter. Mattan eller stavformad förstärkning av kol bildar därför en inre komponent som kan ta över dessa dragkrafter. En perfekt interaktion som har många fördelar - till exempel materialbesparingar på upp till 80 procent, beroende på användningsområde. Den första komponenten gjord av kolbetong, som fick ett allmänt byggnadsgodkännande (abZ) från tyska institutet för byggteknik, var en fasadpanel med en tjocklek på endast två centimeter. För en jämförbar fasadpanel av armerad betong krävs åtta till tio centimeter. På grund av den lilla betongvolymen och den betydligt lättare kolförstärkningen var det möjligt att minska koldioxidutsläppen med mer än en fjärdedel.Men materialbesparingarna leder inte bara till en minskning av produktionsrelaterade koldioxidutsläpp och energiförbrukning, det sparar också värdefulla resurser som sand och vatten.
Användningsområden för kolbetong: renovering och nybyggnation
Med en tunnare väggkonstruktion med kolbetong kan man få mer användbar plats i den nya byggnaden. Kolfiberns elektriska ledningsförmåga möjliggör också integrering av ytterligare funktioner, såsom vägguppvärmning och induktiv laddning. Den betydligt längre livslängden, som beräknas vara 200 (istället för 60 till 80) år, spelar en viktig roll i brobyggandet. Den kemiskt inerta kolförstärkningen undviker reparationsarbete.
Kolbetong visar sig inte bara vara ett lämpligt alternativ till armerad betong i nya byggnader, kompositmaterialet används också vid renovering av hus eller gamla byggnader. Genom att eliminera det extra betongskydd som krävs för att skydda roststålet kan strukturer med ett tunt lager av en halv centimeter till en centimeter kolbetong repareras. På grund av kolets lätthet kan förstärkningen läggas mycket snabbare vid renovering av silor eller byggnadstak. Det är inte nödvändigt att fixera armeringen med väggankare. Vikten av de befintliga takhöjningarna ökar bara något av det tunna kolbetongskiktet, så att förstärkning av intilliggande bärande komponenter såsom pelare,Väggar och fundament kan till stor del undvikas och den användbara rumshöjden bibehålls nästan.
Vänster: En dubbelkammarsilo i Uelzen renoverades med kolbetong.
Till höger: En järnvägsbro renoverad med kolbetong ligger i Naila.
Kostnadsjämförelse: kol mot stål
Om man tittar på kostnaderna verkar kolbetong vid första anblicken vara den betydligt dyrare varianten: Ett kilo stål kostar för närvarande 1 euro och 1 kilo kol cirka 16 euro. Kol är dock fyra gånger lättare och upp till sex gånger mer stabilt än stål och uppnår därmed 24 gånger prestanda. Många projekt som redan har genomförts klargör att användningen av kolbetong inte nödvändigtvis behöver förknippas med höga kostnader. I ett offentligt anbud för underhåll av en järnvägsbro i Naila rådde kolbetong framför armerad betong. Den avgörande faktorn var den kostnadseffektiva och rationella tekniken för reparationen. När du renoverade plattformarna i Deutsche Bahn var hastigheten avgörande. I detta fall var materialkostnaderna inte avgörande,men kostnaderna för stängningstiderna för järnvägslinjen, eftersom lättheten hos prefabricerade delar av kolbetong sparade värdefull tid under installationen.
Kol (nedan) är dyrare, men också lättare och starkare än stål. Användningen av kolbetong är inte nödvändigtvis förknippad med högre kostnader.
Kolbetong: en sluten materialcykel
Enligt nuvarande forskning kan byggnader av kolbetong lätt återvinnas. Efter att en byggnad har rivits kan komponenterna kol och betong separeras med en renhet på 98 procent. För detta används etablerade processer som redan är kända från flyg-, fordons- och sportvaruindustrin. Dessutom är kommersiellt tillgängliga anordningar och maskiner lämpliga för både rivning och krossning av kolbetongen. Komponenterna sorteras med hjälp av sensorstyrda och kamerabaserade system. De bearbetade kolfibrerna kan sedan användas för produktion av ny matta och stavformad förstärkning eller som material för produktion av bilkarosser eller cykelramar. Aktuell forskning är lovande och visaratt hittills inga inandningsbara fiberfragment i storleksområdet för WHO-definition har hittats. Följaktligen är inga åtgärder utöver den vanliga arbetssäkerheten nödvändiga.
Kolbetonghus Cube: En milstolpe i byggnadens historia
Sedan början av 2020 har all kunskap om kolbetongkonstruktion redan införlivats i fyrprojektet Cube. Världens första byggnad av kolbetong är resultatet av ett intensivt samarbete mellan företag och vetenskap. Kuben består av två dubbelböjda vridskal och en tvåvånings kub gjord av prefabricerade delar av kolbetong - den så kallade lådan. Byggnaden ritades av Henn Architects. Aib Bautzen GmbH ansvarar för den allmänna planeringen. Å ena sidan är byggnaden avsedd att visa materialets prestanda och å andra sidan att imponerande presentera det stora utbudet av möjligheter inom arkitektur, teknik och ekonomi.Kuben med en total yta på 220 kvadratmeter byggs på paketet i hörnet av Einsteinstrasse och Zellescher Weg i Dresden. Efter att ha slutförts kommer byggnaden att genomgå omfattande övervakning under verklig användning. Det fungerar å ena sidan som ett laboratorium och å andra sidan som en evenemangsplats för universitetsverksamheten i TU Dresden. Här bedöms inte bara driftskostnaderna och livscykelkostnaderna utan också den långsiktiga lämpligheten med hänsyn till byggnadens strukturella, strukturella och fysiska aspekter.Här bedöms inte bara driftskostnaderna och livscykelkostnaderna utan också den långsiktiga lämpligheten med hänsyn till byggnadens strukturella, strukturella och fysiska aspekter.Här bedöms inte bara driftskostnaderna och livscykelkostnaderna utan också den långsiktiga lämpligheten med hänsyn till byggnadens strukturella, strukturella och fysiska aspekter.
Your-Best-Home.net tillverkad av kolbetong har en total yta på 220 kvadratmeter och är också avsedd att fungera som en evenemangsplats för universitetet.
Slutsats: Kolbetong kommer att spela en viktig roll i byggvärlden
Med framväxten av den futuristiska kuben, ett kolhus helt byggt av icke-metallförstärkning, demonstreras en fascinerande interaktion mellan dynamisk design och kubistiska influenser och den ekonomiska effektiviteten hos materialet exemplifieras enligt alla krav på bygglagen. Med tanke på framtiden är entreprenörer och forskare positiva till att användningen av denna innovativa teknik redan är oåterkallelig och i allt högre grad erövrar marknaden. Ett viktigt steg mot ett framgångsrikt genomförande är att ge riktlinjer för kolbetong i slutet av 2021. Byggandet av den första byggnaden av kolbetong och riktlinjen skapar viktiga förutsättningar förför att framgångsrikt förankra denna konstruktionsmetod i byggvärlden under de kommande fem åren.
författarna
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach studerade civilingenjör vid universitetet i Dortmund från 1977 till 1982 och utförde sedan forskning som forskningsassistent fram till sin doktorsexamen 1987 vid stolarna för konstruktion av betong och armerad betong, först vid universitetet i Dortmund och senare vid universitetet i Karlsruhe. Efter flera års praktisk erfarenhet på Köhler + Seitz tog han över stolen för solid konstruktion vid TU Dresden 1994. 2016 tilldelades han presidentens tyska framtidspris för sin forskning om kolbetong.
författarna
Sandra Kranich
Sandra Kranich studerade först tyska som främmande språk vid yrkesuniversitetet i Racibórz, Polen. År 2007 flyttade hon till Tyskland och 2010 avslutade hon sin kandidatexamen i medieforskning / medieutbildning vid Institutet för kommunikationsstudier vid TU Dresden. 2013 tog hon sin magisterexamen i tillämpad medieforskning. Hon fick sin första yrkeserfarenhet vid TU Bergakademie Freiberg inom PR. Sedan 2015 har hon varit ansvarig för press- och PR-arbete i Tysklands största byggforskningsprojekt C³ - Carbon Concrete Composite e. V. ansvarig.
