Et forskningsprojekt fra TU Dresden og TU Aachen lykkedes at lægge grundstenen til verdens første kulstofhusterning i Dresden. Det er beregnet til at bevise, at kulbeton er fremtidens sammensatte materiale. I hvilket omfang det sparer materiale, ressourcer og CO 2 , hvor det bruges, og hvilke muligheder det giver til huskonstruktion, kan du finde ud af her.
Kulstofbeton som et forskningsprojekt
Den første bygning lavet af Cube i kulstofbeton, der i øjeblikket bygges på Fritz-Förster-Platz i Dresden, blev ikke kun designet som et hus, hvor folk arbejder og interagerer, men også som et sted for repræsentation for den fremtidsorienterede kulstofbetonkonstruktion. En konstruktionsmetode, der åbner mange muligheder, både med hensyn til design og bæredygtig konstruktion. Med starten på opførelsen af verdens første kulstofbetonhus - der udelukkende består af ikke-metallisk armering - kan vi se tilbage på en lang og samtidig spændende historie.
Kuben ønsker også at være et udstillingsvindue for den fremtidsorienterede kulstofbetonkonstruktion.
Hvordan det hele startede
Allerede i begyndelsen af 1990'erne kom forskere fra det tekniske universitet i Dresden (TU Dresden) og Rheinisch-Westfälische Technische Universität Aachen (RWTH Aachen) med ideen om at indsætte tekstilfibre i form af en gitterlignende måtte i betonen. På det tidspunkt var ideen så absurd, at selv sponsorerne gav udtryk for bekymring og bad om, at byggebranchen først og fremmest skulle være overbevist om det. Heldigvis har store byggefirmaer anerkendt det enorme potentiale i tekstilforstærket beton og med deres underskrift muliggjort, at forskningsprojektet kunne finansieres. Siden 2014 har forbundsministeriet for uddannelse og forskning også fremmet udvikling og implementering af kulbetonkonstruktion på markedet i Tysklands største byggeforskningsprojekt C3 - Carbon Concrete Composite.Over 160 partnere fra virksomheder og videnskabelige institutioner beskæftigede sig med 300 underprojekter med emner som fremstillings- og forarbejdningsprocesser, standarder og godkendelser, arbejdssikkerhed, nedrivning, demontering og genbrug.
Tekstilbeton vs. kulstofbeton: hvad er forskellen?
Med tekstilarmeret beton forstås et kompositmateriale lavet af beton og en tekstilmåtterlignende armering. Mens der i begyndelsen af forskningsprojektet hovedsageligt blev anvendt alkalibestandige højtydende glasfibre til fremstilling af armeringen, viser kulfibre i dag, dvs. kulstof, sig at være det egnede udgangsmateriale til den måtteformede og nu stavformede armering. Kombinationen af beton og begge typer armering er i dag kendt som kulstofbeton.
Ved fremstilling af kulbeton anvendes kulstof som udgangsmateriale til armeringen, som ofte er i form af en måtte.
Kombinationen af kulstof og beton sparer ressourcer
Beton har den egenskab, at det er i stand til at absorbere store trykkræfter, men næsten ingen trækkræfter. Måtten eller den stangformede armering lavet af kulstof danner derfor en indre komponent, der er i stand til at overtage disse trækkræfter. En perfekt interaktion, der har mange fordele - for eksempel materialebesparelser på op til 80 procent afhængigt af anvendelsesområdet. Den første komponent lavet af kulbeton, der modtog generel byggegodkendelse (abZ) fra det tyske institut for bygningsteknologi, var et facadepanel med en tykkelse på kun to centimeter. For et sammenligneligt facadepanel af armeret beton er det nødvendigt med otte til ti centimeter. På grund af den lille mængde beton og den betydeligt lettere kulstofarmering var det muligt at reducere CO2-udledningen med mere end en fjerdedel.Materialebesparelserne fører ikke kun til en reduktion i produktionsrelateret kuldioxidemission og energiforbrug, men det sparer også værdifulde ressourcer som sand og vand.
Anvendelsesområder for kulbeton: renovering og nybygning
Med en tyndvægget konstruktion med kulbeton kan der opnås mere brugbar plads i den nye bygning. Kulfiberens elektriske ledningsevne muliggør også integration af yderligere funktioner såsom vægvarme og induktiv opladning. Den betydeligt længere levetid, der forventes at være 200 (i stedet for 60 til 80) år, spiller en vigtig rolle i brobygningen. Den kemisk inerte kulstofforstærkning undgår reparationsarbejde.
Kulstofbeton viser sig ikke kun at være et passende alternativ til armeret beton i nye bygninger, kompositmaterialet bruges også til husrenovering eller gammel bygningsrenovering. Ved at fjerne det ekstra betondæksel, der kræves for at beskytte det rustende stål, kan strukturer med et tyndt lag på en halv centimeter til en centimeter kulbeton repareres. På grund af kulstofets lethed kan forstærkningen lægges meget hurtigere ved renovering af siloer eller lofter. Det er ikke nødvendigt at fastgøre armeringen med vægankre. Vægten af de eksisterende lofter på bygningen øges kun let af det tynde kulstofbetonlag, således at armering af de tilstødende bærende komponenter såsom søjler,Vægge og fundamenter kan i vid udstrækning undgås, og den anvendelige rumhøjde bevares næsten.
Til venstre: En dobbeltkammer-silo i Uelzen blev renoveret med kulbeton.
Til højre: En jernbanebro renoveret med kulbeton er i Naila.
Omkostningssammenligning: kulstof mod stål
Hvis man ser på omkostningerne, ser kulstofbeton ved første øjekast ud til at være den betydeligt dyrere variant: Et kilo stål koster i øjeblikket 1 euro og 1 kg kulstof omkring 16 euro. Kulstof er dog fire gange lettere og op til seks gange mere stabilt end stål og opnår således 24 gange ydelsen. Talrige projekter, der allerede er gennemført, gør det klart, at brugen af kulbeton ikke nødvendigvis behøver at være forbundet med høje omkostninger. I et offentligt udbud til vedligeholdelse af en jernbanebro i Naila var kulstofbeton frem for armeret beton. Den afgørende faktor var den omkostningseffektive og rationelle teknologi til reparationen. Ved renovering af Deutsche Bahns platforme var hastighed den vigtigste faktor. I dette tilfælde var materialeomkostningerne ikke afgørende,men omkostningerne ved jernbanelinjens lukningstider, fordi letheden af de præfabrikerede dele af kulbeton sparede værdifuld tid under installationen.
Kulstof (nedenfor) er dyrere, men også lettere og stærkere end stål. Anvendelsen af kulbeton er ikke nødvendigvis forbundet med højere omkostninger.
Kulstofbeton: en lukket materialecyklus
I henhold til den nuværende forskningstilstand kan bygninger lavet af kulbeton let genbruges. Efter at en bygning er revet ned, kan komponenterne kulstof og beton adskilles med en renhed på 98 procent. Der anvendes etablerede processer til dette, som allerede er kendt fra luftfarts-, bil- og sportsindustrien. Derudover er kommercielt tilgængelige apparater og maskiner velegnede til både nedrivning og knusning af kulbeton. Komponenterne sorteres ved hjælp af sensorstyrede og kamerabaserede systemer. De forarbejdede kulfibre kan derefter bruges til fremstilling af ny måtter og stangformet armering eller som et materiale til fremstilling af karosserier eller cykelrammer. Nuværende forskning er lovende og viserat der indtil videre ikke er fundet nogen respirerbare fiberfragmenter i størrelsesområdet for WHO-definitionen. Derfor er der ikke behov for foranstaltninger ud over den sædvanlige arbejdssikkerhed.
Kulstofbetonhus Terning: En milepæl i bygningens historie
Siden begyndelsen af 2020 er al den viden, der allerede er opnået om konstruktion af kulstofbeton, blevet indarbejdet i fyrprojektet Cube. Verdens første bygning lavet af kulbeton er resultatet af et intensivt samarbejde mellem forretning og videnskab. Kuben består af to dobbeltbøjede snoeskaller og en to-etagers terning lavet af præfabrikerede dele af kulbeton - den såkaldte kasse. Bygningen blev tegnet af Henn Architects. Aib Bautzen GmbH er ansvarlig for den generelle planlægning. På den ene side er bygningen beregnet til at demonstrere materialets ydeevne og på den anden side imponerende at præsentere den brede vifte af muligheder inden for arkitektur, teknologi og økonomi.Terningen med et samlet areal på 220 kvadratmeter bygges på pakken på hjørnet af Einsteinstrasse og Zellescher Weg i Dresden. Efter færdiggørelsen vil bygningen blive underkastet omfattende overvågning under reel brug. Det tjener på den ene side som et laboratorium og på den anden side som et arrangementslokale for universitetets aktiviteter i TU Dresden. Her vurderes ikke kun drifts- og livscyklusomkostningerne, men også den langsigtede egnethed med hensyn til strukturelle, strukturelle og fysiske aspekter.Her vurderes ikke kun drifts- og livscyklusomkostningerne, men også den langsigtede egnethed med hensyn til strukturelle, strukturelle og fysiske aspekter.Her vurderes ikke kun drifts- og livscyklusomkostningerne, men også den langsigtede egnethed med hensyn til strukturelle, strukturelle og fysiske aspekter.
Your-Best-Home.net lavet af kulbeton har et samlet areal på 220 kvadratmeter og er også beregnet til at fungere som et arrangement for universitetet.
Konklusion: Kulstofbeton vil spille en vigtig rolle i byggeverdenen
Med fremkomsten af den futuristiske Cube, et kulstofhus bygget helt af ikke-metallisk armering, demonstreres en fascinerende interaktion mellem dynamisk design og kubistisk påvirkning, og materialets økonomiske effektivitet eksemplificeres i overensstemmelse med alle krav til bygningsloven. Ser man på fremtiden, er iværksættere og forskere positive over for, at brugen af denne innovative teknologi allerede er irreversibel og i stigende grad erobrer markedet. Et vigtigt skridt i retning af en vellykket implementering er tilvejebringelsen af en retningslinje for kulstofbeton inden udgangen af 2021. Opførelsen af den første bygning lavet af kulstofbeton og retningslinjen skaber vigtige forudsætninger forfor med succes at forankre denne konstruktionsmetode i byggeverdenen i løbet af de næste fem år.
forfatterne
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach studerede civilingeniør ved universitetet i Dortmund fra 1977 til 1982 og udførte derefter forskning som forskningsassistent indtil sin doktorgrad i 1987 ved stolene til konstruktion af beton og armeret beton, først ved universitetet i Dortmund og senere ved universitetet i Karlsruhe. Efter flere års praktisk erfaring hos Köhler + Seitz overtog han stolen for solid konstruktion ved TU Dresden i 1994. I 2016 blev han tildelt forbundspræsidentens tyske fremtidige pris for sin forskning i kulstofbeton.
forfatterne
Sandra Kranich
Sandra Kranich studerede først tysk som fremmedsprog ved Vocational University i Racibórz, Polen. I 2007 flyttede hun til Tyskland og afsluttede i 2010 sin bachelorgrad i medieforskning / mediepraksis ved Institut for Kommunikationsstudier ved TU Dresden. I 2013 opnåede hun sin kandidatgrad i anvendt medieforskning. Hun fik sin første professionelle erfaring på TU Bergakademie Freiberg inden for PR. Siden 2015 har hun været ansvarlig for presse og PR i Tysklands største byggeforskningsprojekt C³ - Carbon Concrete Composite e. V. ansvarlig.
