Výzkumný projekt TU Dresden a TU Aachen uspěl v položení základního kamene pro první uhlíkovou krychli na světě v Drážďanech. Má prokázat, že uhlíkový beton je kompozitním materiálem budoucnosti. Do jaké míry šetří materiál, zdroje a CO 2 , kde se používá a jaké možnosti nabízí pro stavbu domů, se dozvíte zde.
Uhlíkový beton jako výzkumný projekt
První budova z uhlíkobetonové kostky, která se v současné době staví na drážďanské Fritz-Förster-Platz, byla navržena nejen jako dům, ve kterém lidé pracují a spolupracují, ale také jako místo reprezentace pro budoucnost orientovanou konstrukci z uhlíkového betonu. Konstrukční metoda, která otevírá řadu možností, a to jak z hlediska designu, tak z hlediska udržitelné výstavby. Se zahájením výstavby prvního domu z uhlíkového betonu na světě - sestávajícího výhradně z nekovové výztuže - se můžeme ohlédnout za dlouhou a zároveň vzrušující historií.
The Cube chce být také výkladní skříní pro uhlíkově betonovou konstrukci zaměřenou na budoucnost.
Jak to vše začalo
Již na počátku 90. let 20. století přišli vědci z Technické univerzity v Drážďanech (TU Drážďany) a Rheinisch-Westfälische Technische Universität Aachen (RWTH Aachen) s myšlenkou vkládat do betonu textilní vlákna ve formě rohože. V té době byla myšlenka tak absurdní, že i sponzoři vyjádřili obavy a žádali, aby byl o tom přesvědčen především stavební průmysl. Naštěstí velké stavební společnosti uznaly obrovský potenciál železobetonu a svým podpisem umožnily financování výzkumného projektu. Od roku 2014 spolkové ministerstvo školství a výzkumu rovněž podporuje vývoj a implementaci uhlíkobetonových konstrukcí na trhu v největším německém projektu stavebního výzkumu C3 - Carbon Concrete Composite.Více než 160 partnerů ze společností a vědeckých institucí se zabývalo 300 dílčími projekty s tématy, jako jsou výrobní a zpracovatelské procesy, normy a schválení, bezpečnost práce, demolice, demontáž a recyklace.
Textilní beton vs. uhlíkový beton: jaký je rozdíl?
Textilním železobetonem (TRC) se rozumí kompozitní materiál vyrobený z betonu a výztuže podobné textilní rohoži. Zatímco na začátku výzkumného projektu byla pro výrobu výztuže použita hlavně vysoce výkonná skleněná vlákna odolná vůči zásadám, dnes se uhlíková vlákna, tj. Uhlík, ukazují jako vhodný výchozí materiál pro matnou a nyní tyčovou výztuž. Kombinace betonu a obou typů výztuže je dnes známá jako uhlíkový beton.
Při výrobě uhlíkového betonu se jako výchozí materiál pro výztuž používá uhlík, který je často ve formě rohože.
Kombinace uhlíku a betonu šetří zdroje
Beton má tu vlastnost, že je schopen absorbovat velké tlakové síly, ale téměř žádné tahové síly. Rohož nebo tyčová výztuž z uhlíku proto tvoří vnitřní součást, která je schopna tyto tahové síly převzít. Dokonalá interakce, která má mnoho výhod - například úsporu materiálu až 80 procent v závislosti na aplikaci. První komponentou z uhlíkového betonu, která získala všeobecné stavební povolení (abZ) od Německého institutu pro stavební techniku, byl fasádní panel o tloušťce pouhých dvou centimetrů. U srovnatelného fasádního panelu ze železobetonu je zapotřebí osm až deset centimetrů. Vzhledem k malému objemu betonu a výrazně lehčí uhlíkové výztuže bylo možné snížit emise CO2 o více než čtvrtinu.Úspory materiálu nejen vedou ke snížení emisí oxidu uhličitého a spotřeby energie souvisejících s výrobou, ale také šetří cenné zdroje, jako je písek a voda.
Oblasti použití uhlíkového betonu: renovace a nová výstavba
Díky tenkostěnné konstrukci z uhlíkového betonu lze v oblasti nové budovy získat více využitelného prostoru. Elektrická vodivost uhlíkových vláken také umožňuje integraci dalších funkcí, jako je vytápění stěn a indukční nabíjení. Při stavbě mostů hraje důležitou roli výrazně delší životnost, která se předpovídá na 200 (namísto 60 až 80) let. Chemicky inertní uhlíková výztuž se vyhne opravným pracím.
Uhlíkový beton se ukazuje nejen jako vhodná alternativa k železobetonu v nových budovách, ale kompozitní materiál se používá také při rekonstrukcích domů nebo rekonstrukcích starých budov. Odstraněním dodatečného betonového krytu potřebného k ochraně rezavé oceli lze opravit konstrukce s tenkou vrstvou od půl centimetru do jednoho centimetru uhlíkového betonu. Díky lehkosti uhlíku lze výztuž pokládat mnohem rychleji při renovaci sil nebo při stavbě stropů. Výztuž není nutné upevňovat pomocí kotev do zdi. Hmotnost stávajících stropů budovy je jen mírně zvýšena tenkou vrstvou uhlíkového betonu, takže výztuž sousedních nosných prvků, jako jsou sloupy,Od zdí a základů lze do značné míry upustit a využitelná výška místnosti je téměř zachována.
Vlevo: Dvoukomorové silo v Uelzenu bylo renovováno uhlíkovým betonem.
Vpravo: Železniční most renovovaný uhlíkovým betonem je v Naile.
Srovnání nákladů: uhlík vs. ocel
Pokud se podíváte na náklady, na první pohled se uhlíkový beton jeví jako podstatně dražší varianta: Jeden kilogram oceli stojí v současné době 1 euro a 1 kilogram uhlíku kolem 16 eur. Uhlík je však čtyřikrát lehčí a až šestkrát stabilnější než ocel, a dosahuje tak 24násobného výkonu. Četné projekty, které již byly realizovány, jasně ukazují, že použití uhlíkového betonu nemusí nutně souviset s vysokými náklady. Ve veřejné soutěži na údržbu železničního mostu v Naile zvítězil uhlíkobeton nad železobetonem. Rozhodujícím faktorem byla nákladově efektivní a racionální technologie opravy. Při renovaci platforem Deutsche Bahn byla rychlost zásadní. V tomto případě nebyly materiálové náklady rozhodující,ale náklady na doby blokování železniční trati, protože lehkost prefabrikovaných dílů z uhlíkového betonu ušetřila drahocenný čas během instalace.
Uhlík (níže) je dražší, ale také lehčí a silnější než ocel. Použití uhlíkového betonu nemusí nutně souviset s vyššími náklady.
Uhlíkový beton: uzavřený cyklus materiálu
Podle současného stavu výzkumu lze budovy z uhlíkového betonu snadno recyklovat. Poté, co byla budova zbourána, lze uhlí a beton oddělit v čistotě 98 procent. K tomuto účelu se používají zavedené procesy, které jsou již známé z leteckého, automobilového a sportovního průmyslu. Kromě toho jsou komerčně dostupná zařízení a stroje vhodné jak k demolici, tak k drcení uhlíkového betonu. Komponenty jsou tříděny pomocí senzorem řízených a kamerových systémů. Zpracovaná uhlíková vlákna lze poté použít k výrobě nové výztuže ve tvaru rohože a tyče nebo jako materiál pro výrobu karoserií automobilů nebo rámů jízdních kol. Aktuální výzkum je slibný a ukazuježe zatím nebyly nalezeny žádné dýchatelné fragmenty vláken v rozsahu velikostí podle definice WHO. Proto nejsou nutná žádná opatření nad rámec obvyklé bezpečnosti práce.
Uhlíkobetonový dům Cube: Milník v historii budov
Od začátku roku 2020 byly do projektu majáku Cube začleněny všechny již získané znalosti o konstrukci z uhlíkového betonu. První budova z uhlíkového betonu na světě je výsledkem intenzivní spolupráce mezi podniky a vědou. Kostka je tvořena dvěma dvojitě zakřivenými spirálovými skořápkami a dvoupodlažní kostkou z prefabrikovaného uhlíkového betonu - takzvanou krabicí. Budovu navrhli architekti Henn. Za obecné plánování odpovídá Aib Bautzen GmbH. Na jedné straně má budova demonstrovat schopnosti materiálu a na druhé straně působivě představit širokou škálu možností v architektuře, technologii a ekonomice.Kostka o celkové ploše 220 metrů čtverečních se staví na pozemku na rohu Einsteinstrasse a Zellescher Weg v Drážďanech. Po dokončení bude budova během reálného užívání podrobena rozsáhlému monitorování. Slouží na jedné straně jako laboratoř a na druhé straně jako místo konání univerzitního provozu TU Drážďany. Zde se posuzují nejen provozní a životní náklady, ale také dlouhodobá vhodnost z hlediska strukturálních, strukturálních a fyzických aspektů.Zde se posuzují nejen provozní a životní náklady, ale také dlouhodobá vhodnost s ohledem na strukturální, strukturální a fyzikální aspekty budovy.Zde se posuzují nejen provozní a životní náklady, ale také dlouhodobá vhodnost z hlediska strukturálních, strukturálních a fyzických aspektů.
Your-Best-Home.net vyrobený z uhlíkového betonu má celkovou plochu 220 metrů čtverečních a má také sloužit jako místo konání akce pro univerzitu.
Závěr: Uhlíkový beton bude hrát ve stavebním světě důležitou roli
Se vznikem futuristické kostky, karbonového domu postaveného výhradně z nekovové výztuže, je demonstrována fascinující interakce mezi dynamickým designem a kubistickými vlivy a je doložena ekonomická účinnost materiálu v souladu se všemi požadavky stavebního zákona. Pokud jde o budoucnost, jsou podnikatelé a vědci přesvědčeni, že využití této inovativní technologie je již nevratné a stále více dobývá trh. Důležitým krokem k úspěšné implementaci je poskytnutí směrnice pro uhlíkový beton do konce roku 2021. Stavba první budovy z uhlíkového betonu a směrnice vytvářejí důležité předpoklady pros cílem úspěšně zakotvit tuto konstrukční metodu ve stavebním světě v příštích pěti letech.
autoři
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach studoval stavební inženýrství na univerzitě v Dortmundu v letech 1977 až 1982 a poté až do doktorátu v roce 1987 působil jako vědecký pracovník na katedrách betonových a železobetonových konstrukcí, nejprve na univerzitě v Dortmundu a později na univerzitě v Karlsruhe. Po několika letech praktických zkušeností ve společnosti Köhler + Seitz převzal v roce 1994 židli pro pevnou konstrukci na TU Dresden. V roce 2016 mu byla udělena Německá cena budoucnosti prezidenta za výzkum uhlíkového betonu.
autoři
Sandra Kranich
Sandra Kranich nejprve studovala němčinu jako cizí jazyk na Vysoké škole odborné v polském Ratiboři. V roce 2007 se přestěhovala do Německa a v roce 2010 ukončila bakalářský titul v oboru mediálního výzkumu / mediální praxe na Institutu komunikačních studií TU Drážďany. V roce 2013 získala magisterský titul v aplikovaném výzkumu médií. První profesionální zkušenosti získala na TU Bergakademie Freiberg v oblasti public relations. Od roku 2015 je odpovědná za tisk a public relations v největším německém projektu stavebního výzkumu C³ - Carbon Concrete Composite e. V. odpovědný.