Výskumný projekt TU Drážďany a TU Aachen uspel pri položení základného kameňa pre prvú uhlíkovú domovú kocku na svete v Drážďanoch. Má sa dokázať, že uhlíkový betón je kompozitným materiálom budúcnosti. Do akej miery šetrí materiál, zdroje a CO 2 , kde sa používa a aké možnosti ponúka na stavbu domu, sa dozviete tu.
Uhlíkový betón ako výskumný projekt
Prvá budova z uhlíkovo-betónovej kocky, ktorá sa v súčasnosti stavia na námestí Fritz-Förster-Platz v Drážďanoch, bola navrhnutá nielen ako dom, v ktorom ľudia pracujú a interagujú, ale aj ako miesto reprezentácie budúcoročnej konštrukcie z uhlíkového betónu. Metóda výstavby, ktorá otvára mnoho možností, a to ako z hľadiska dizajnu, tak aj z hľadiska udržateľnej výstavby. So začiatkom výstavby prvého domu z uhlíkového betónu na svete - pozostávajúceho výhradne z nekovovej výstuže - sa môžeme obzrieť za dlhou a vzrušujúcou históriou.
The Cube chce byť tiež výkladnou skriňou konštrukcie z uhlíkového betónu zameranej na budúcnosť.
Ako sa to všetko začalo
Už začiatkom 90. rokov prišli vedci z Technickej univerzity v Drážďanoch (TU Drážďany) a Rheinisch-Westfälische Technische Universität Aachen (RWTH Aachen) s myšlienkou vložiť do betónu textilné vlákna vo forme mriežky. V tom čase to bola taká absurdná myšlienka, že dokonca aj sponzori vyjadrili obavy a požiadali, aby bol o tom presvedčený predovšetkým stavebný priemysel. Našťastie veľké stavebné spoločnosti uznali obrovský potenciál železobetónu a svojím podpisom umožnili financovanie výskumného projektu. Spolkové ministerstvo školstva a výskumu od roku 2014 podporuje aj vývoj a implementáciu uhlíkových betónových konštrukcií na trhu v najväčšom nemeckom projekte stavebného výskumu C3 - Carbon Concrete Composite.Viac ako 160 partnerov zo spoločností a vedeckých inštitúcií sa zaoberalo 300 čiastkovými projektmi s témami, ako sú výrobné a spracovateľské procesy, normy a schválenia, bezpečnosť práce, demolácie, demontáže a recyklácia.
Textilný betón vs. uhlíkový betón: aký je rozdiel?
Pod textilným železobetónom (TRC) sa rozumie kompozitný materiál vyrobený z betónu a výstuže podobnej textilnej rohoži. Zatiaľ čo na začiatku výskumného projektu boli na výrobu výstuže použité predovšetkým vysoko výkonné sklenené vlákna odolné voči zásadám, dnes sa uhlíkové vlákna, t. J. Uhlík, ukazujú ako vhodný východiskový materiál pre matnú a teraz tyčovú výstuž. Kombinácia betónu a oboch typov výstuže je dnes známa ako uhlíkový betón.
Pri výrobe uhlíkového betónu sa ako východiskový materiál pre výstuž používa uhlík, ktorý je často vo forme rohože.
Kombinácia uhlíka a betónu šetrí zdroje
Betón má tú vlastnosť, že je schopný absorbovať veľké tlakové sily, ale takmer žiadne ťahové sily. Rohož alebo tyčová výstuž z uhlíka preto tvoria vnútornú súčasť, ktorá je schopná tieto ťahové sily prevziať. Dokonalá interakcia, ktorá má veľa výhod - napríklad úspora materiálu až 80 percent, v závislosti od aplikácie. Prvým prvkom z uhlíkového betónu, ktorý získal všeobecné stavebné povolenie (abZ) od Nemeckého ústavu pre technológiu budov, bol fasádny panel s hrúbkou iba dva centimetre. Pre porovnateľný fasádny panel zo železobetónu je potrebných osem až desať centimetrov. Vďaka malému objemu betónu a výrazne ľahšiemu vystuženiu uhlíkom sa emisie CO2 znížili o viac ako štvrtinu.Úspory materiálu však vedú nielen k zníženiu emisií oxidu uhličitého a spotreby energie súvisiacej s výrobou, ale šetria aj cenné zdroje, ako je piesok a voda.
Oblasti použitia uhlíkového betónu: renovácia a nová výstavba
S tenkostennou konštrukciou z uhlíkového betónu možno získať užitočnejší priestor v oblasti novej budovy. Elektrická vodivosť uhlíkových vlákien tiež umožňuje integráciu ďalších funkcií, ako je napríklad vykurovanie steny a indukčné nabíjanie. Pri stavbe mostov hrá dôležitú úlohu výrazne dlhšia životnosť, ktorá sa predpokladá na 200 (namiesto 60 až 80) rokov. Chemicky inertná uhlíková výstuž sa vyhýba opravným prácam.
Uhlíkový betón sa ukazuje nielen ako vhodná alternatíva k železobetónu v nových budovách, kompozitný materiál sa používa aj pri renováciách domov alebo starých budov. Odstránením dodatočného betónového krytu potrebného na ochranu hrdzavejúcej ocele je možné opraviť konštrukcie s tenkou vrstvou od pol centimetra do jedného centimetra uhlíkového betónu. Vďaka ľahkosti uhlíka sa dá pri renovácii síl alebo pri stavbe stropov výstuž položiť oveľa rýchlejšie. Výstuž nie je potrebné fixovať pomocou stenových kotiev. Hmotnosť existujúcich stropov budovy je len mierne zvýšená tenkou uhlíkovou betónovou vrstvou, takže je možné vystužiť susedné nosné prvky, ako sú stĺpy,Od stien a základov sa dá väčšinou upustiť a využiteľná výška miestnosti je takmer zachovaná.
Vľavo: Dvojkomorové silo v Uelzene bolo renovované pomocou uhlíkového betónu.
Vpravo: Železničný most renovovaný uhlíkovým betónom je v Naile.
Porovnanie nákladov: uhlík vs. oceľ
Ak sa pozriete na náklady, na prvý pohľad sa uhlíkový betón javí ako podstatne nákladnejšia varianta: Jeden kilogram ocele stojí v súčasnosti 1 euro a 1 kilogram uhlíka okolo 16 eur. Uhlík je však štyrikrát ľahší a až šesťkrát stabilnejší ako oceľ a dosahuje tak 24-násobný výkon. Mnohé projekty, ktoré už boli realizované, objasňujú, že použitie uhlíkového betónu nemusí byť nevyhnutne spojené s vysokými nákladmi. Vo verejnej súťaži na údržbu železničného mosta v Naile zvíťazil uhlíkový betón nad železobetónovým. Rozhodujúca bola nákladovo efektívna a racionálna technológia opravy. Pri renovácii platforiem Deutsche Bahn bola zásadná rýchlosť. V tomto prípade neboli materiálne náklady rozhodujúce,ale náklady na časy výluky železničnej trate, pretože ľahkosť železobetónových prefabrikátov ušetrila drahocenný čas pri inštalácii.
Uhlík (dole) je drahší, ale tiež ľahší a pevnejší ako oceľ. Použitie uhlíkového betónu nemusí nevyhnutne súvisieť s vyššími nákladmi.
Uhlíkový betón: uzavretý cyklus materiálov
Podľa súčasného stavu výskumu je možné budovy z uhlíkového betónu ľahko recyklovať. Po zbúraní budovy je možné oddeliť komponenty uhlík a betón s čistotou 98 percent. Na tento účel sa používajú zavedené procesy, ktoré sú už známe z leteckého, automobilového a športového priemyslu. Okrem toho sú na demoláciu a drvenie uhlíkového betónu vhodné komerčne dostupné zariadenia a stroje. Komponenty sú triedené pomocou senzorovo riadených a kamerových systémov. Spracované uhlíkové vlákna sa potom môžu použiť na výrobu novej výstuže v tvare rohože a tyče alebo ako materiál na výrobu karosérií automobilov alebo rámov bicyklov. Súčasný výskum je sľubný a ukazuje saže zatiaľ sa nenašli žiadne dýchateľné fragmenty vlákien v rozsahu veľkostí definície WHO. Z tohto dôvodu nie sú potrebné žiadne opatrenia nad rámec obvyklej bezpečnosti práce.
Uhlíkový betónový dom Cube: míľnik v histórii budov
Od začiatku roku 2020 boli všetky získané poznatky o konštrukcii z uhlíkového betónu začlenené do projektu majáka Cube. Prvá budova na svete vyrobená z uhlíkového betónu je výsledkom intenzívnej spolupráce medzi podnikom a vedou. Kocka je zložená z dvoch dvojito zakrivených zákrutových škrupín a dvojpodlažnej kocky vyrobenej z prefabrikovaných dielcov z uhlíkového betónu - takzvanej krabice. Budovu navrhol Henn Architects. Za všeobecné plánovanie zodpovedá Aib Bautzen GmbH. Na jednej strane je zámerom budovy demonštrovať schopnosti materiálu a na druhej strane pôsobivo predstaviť širokú škálu možností v oblasti architektúry, technológie a ekonomiky.Kocka o celkovej rozlohe 220 metrov štvorcových sa stavia na pozemku na rohu Einsteinstrasse a Zellescher Weg v Drážďanoch. Po dokončení bude budova počas reálneho užívania podrobená rozsiahlemu monitorovaniu. Slúži na jednej strane ako laboratórium a na druhej strane ako miesto konania univerzitných prevádzok TU Drážďany. Tu sa posudzujú nielen prevádzkové náklady a náklady životného cyklu, ale aj dlhodobá vhodnosť z hľadiska štrukturálnych, štrukturálnych a fyzikálnych aspektov budovy.Tu sa posudzujú nielen prevádzkové náklady a náklady životného cyklu, ale aj dlhodobá vhodnosť z hľadiska štrukturálnych, štrukturálnych a fyzikálnych aspektov budovy.Tu sa posudzujú nielen prevádzkové náklady a náklady životného cyklu, ale aj dlhodobá vhodnosť z hľadiska štrukturálnych, štrukturálnych a fyzikálnych aspektov budovy.
Your-Best-Home.net vyrobený z uhlíkového betónu má celkovú plochu 220 metrov štvorcových a slúži tiež ako miesto konania univerzity.
Záver: Uhlíkový betón bude hrať v stavebnom svete dôležitú úlohu
So vznikom futuristickej kocky Cube, karbónového domu postaveného výhradne z nekovovej výstuže, sa preukazuje fascinujúca interakcia medzi dynamickým dizajnom a kubistickými vplyvmi a príkladná ekonomická účinnosť materiálu je v súlade so všetkými požiadavkami stavebného zákona. Pri pohľade do budúcnosti sú podnikatelia a vedci pozitívni, že použitie tejto inovatívnej technológie je už nezvratné a čoraz viac dobýva trh. Dôležitým krokom k úspešnej implementácii je poskytnutie usmernenia pre uhlíkový betón do konca roku 2021. Výstavba prvej budovy z uhlíkového betónu a usmernenie vytvárajú dôležité predpoklady pres cieľom úspešne zakotviť túto konštrukčnú metódu v stavebnom svete v priebehu nasledujúcich piatich rokov.
autorov
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach študoval v rokoch 1977 až 1982 stavebné inžinierstvo na univerzite v Dortmunde a potom až do doktorátu v roku 1987 vykonával výskumné práce na katedre betónových a železobetónových konštrukcií, najskôr na univerzite v Dortmunde a neskôr na univerzite v Karlsruhe. Po niekoľkých rokoch praktických skúseností v spoločnosti Köhler + Seitz prevzal v roku 1994 stoličku pre pevnú konštrukciu na TU Dresden. V roku 2016 bol za výskum uhlíkového betónu ocenený Nemeckou cenou pre budúcnosť spolkového prezidenta.
autorov
Sandra Kranich
Sandra Kranich najskôr vyštudovala nemčinu ako cudzí jazyk na Vysokej škole odbornej v poľskom Racibórzi. V roku 2007 sa presťahovala do Nemecka a v roku 2010 ukončila bakalárske štúdium mediálneho výskumu / mediálnej praxe na Inštitúte komunikačných štúdií TU Drážďany. V roku 2013 získala magisterský titul v odbore aplikovaný mediálny výskum. Prvé profesionálne skúsenosti získala na TU Bergakademie Freiberg v oblasti public relations. Od roku 2015 je zodpovedná za prácu s tlačou a public relations v najväčšom nemeckom projekte stavebného výskumu C³ - Carbon Concrete Composite e. V. zodpovedný.
