Een onderzoeksproject van de TU Dresden en TU Aachen slaagde erin de eerste steen te leggen voor 's werelds eerste koolstofhuiskubus in Dresden. Het is bedoeld om te bewijzen dat koolstofbeton het composietmateriaal van de toekomst is. In hoeverre het materiaal, middelen en CO 2 bespaart, waar het gebruikt wordt en welke mogelijkheden het biedt voor woningbouw, lees je hier.
Koolstofbeton als onderzoeksproject
Het eerste gebouw van koolstofbeton Cube, dat momenteel wordt gebouwd aan de Fritz-Förster-Platz in Dresden, is niet alleen ontworpen als een huis waarin mensen werken en communiceren, maar ook als representatieplek voor de toekomstgerichte constructie van koolstofbeton. Een bouwwijze die tal van mogelijkheden biedt, zowel qua ontwerp als duurzaam bouwen. Met de start van de bouw van 's werelds eerste huis van koolstofbeton - volledig bestaande uit niet-metalen wapening - kunnen we terugkijken op een lange en spannende geschiedenis.
De Cube wil ook een etalage zijn voor de toekomstgerichte constructie van koolstofbeton.
Hoe het allemaal begon
Al in het begin van de jaren negentig kwamen wetenschappers van de Technische Universiteit van Dresden (TU Dresden) en de Rheinisch-Westfälische Technische Universität Aachen (RWTH Aachen) op het idee om textielvezels in de vorm van een rastervormige mat in het beton te steken. Op dat moment was het idee zo absurd dat zelfs de sponsors hun bezorgdheid uitten en vroegen om eerst en vooral de bouwsector ervan te overtuigen. Gelukkig hebben grote bouwbedrijven het enorme potentieel van gewapend textielbeton ingezien en hebben ze met hun handtekening de financiering van het onderzoeksproject mogelijk gemaakt. Sinds 2014 bevordert het federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek ook de ontwikkeling en implementatie van koolstofbetonconstructies op de markt in het grootste bouwonderzoeksproject van Duitsland, C3 - Carbon Concrete Composite.Meer dan 160 partners van bedrijven en wetenschappelijke instellingen hielden zich in 300 deelprojecten bezig met onderwerpen als fabricage- en verwerkingsprocessen, normen en goedkeuringen, arbeidsveiligheid, sloop, sloop en recycling.
Textielbeton versus koolstofbeton: wat is het verschil?
Met textielgewapend beton (TRC) wordt een composietmateriaal van beton en een textielmatachtige wapening bedoeld. Terwijl aan het begin van het onderzoeksproject voornamelijk alkalibestendige hoogwaardige glasvezels werden gebruikt voor de productie van de wapening, blijken koolstofvezels, d.w.z. koolstof, het geschikte uitgangsmateriaal te zijn voor de matvormige en nu staafvormige wapening. De combinatie van beton en beide soorten wapening is tegenwoordig bekend als koolstofbeton.
Bij de vervaardiging van koolstofbeton wordt koolstof gebruikt als uitgangsmateriaal voor de wapening, die vaak de vorm heeft van een mat.
De combinatie van koolstof en beton bespaart middelen
Beton heeft de eigenschap grote drukkrachten op te kunnen nemen, maar bijna geen trekkrachten. De mat of staafvormige wapening van carbon vormt daarmee een binnenste onderdeel dat deze trekkrachten kan opvangen. Een perfect samenspel met vele voordelen - bijvoorbeeld materiaalbesparing tot wel 80 procent, afhankelijk van het toepassingsgebied. Het eerste onderdeel van koolstofbeton, dat een algemene bouwgoedkeuring (abZ) kreeg van het Duitse instituut voor bouwtechnologie, was een gevelplaat met een dikte van slechts twee centimeter. Voor een vergelijkbare gevelplaat van gewapend beton is acht tot tien centimeter nodig. Door het kleine volume beton en de aanzienlijk lichtere koolstofversterking kan de CO2-uitstoot met meer dan een kwart worden verminderd.De materiaalbesparing leidt echter niet alleen tot een vermindering van de productiegerelateerde CO2-uitstoot en het energieverbruik, het bespaart ook waardevolle hulpbronnen zoals zand en water.
Toepassingsgebieden van koolstofbeton: renovatie en nieuwbouw
Met een dunnere wandconstructie met koolstofbeton kan er meer bruikbare ruimte worden gewonnen in de nieuwbouw. De elektrische geleidbaarheid van de koolstofvezel maakt ook de integratie van extra functies mogelijk, zoals wandverwarming en inductieladen. De aanzienlijk langere levensduur, die wordt voorspeld op 200 (in plaats van 60 tot 80) jaar, speelt een belangrijke rol bij de brugconstructie. De chemisch inerte koolstofversterking vermijdt reparatiewerkzaamheden.
Koolstofbeton blijkt niet alleen bij nieuwbouw een geschikt alternatief voor gewapend beton, het composietmateriaal wordt ook gebruikt bij de renovatie van huizen of oude gebouwen. Door het weglaten van de extra betonnen afdekking, die nodig is om het roestende staal te beschermen, kunnen constructies met een dunne laag van een halve centimeter tot één centimeter koolstofbeton hersteld worden. Door de lichtheid van de koolstof kan de wapening veel sneller worden gelegd bij renovatie van silo's of het bouwen van plafonds. Het is niet nodig om de wapening met muurankers te bevestigen. Het gewicht van de bestaande bouwplafonds wordt slechts licht verhoogd door de dunne koolstofbetonlaag, zodat versterking van de aangrenzende dragende componenten zoals kolommen,Muren en funderingen kunnen grotendeels achterwege blijven en de bruikbare hoogte van de ruimte blijft nagenoeg behouden.
Links: Een tweekamersilo in Uelzen is gerenoveerd met koolstofbeton.
Rechts: in Naila staat een met koolstofbeton gerenoveerde spoorbrug.
Kostenvergelijking: koolstof versus staal
Als je naar de kosten kijkt, lijkt koolstofbeton op het eerste gezicht de aanzienlijk duurdere variant: een kilo staal kost momenteel 1 euro en 1 kilo koolstof ongeveer 16 euro. Carbon is echter vier keer lichter en tot zes keer stabieler dan staal en levert dus 24 keer de prestaties. Talrijke projecten die al zijn uitgevoerd, maken duidelijk dat het gebruik van koolstofbeton niet per se gepaard hoeft te gaan met hoge kosten. Bij een openbare aanbesteding voor het onderhoud van een spoorbrug in Naila had koolstofbeton de overhand op gewapend beton. Doorslaggevend was de kosteneffectieve en rationele technologie voor de reparatie. Bij de renovatie van de perrons van Deutsche Bahn was snelheid van cruciaal belang. In dit geval waren de materiaalkosten niet doorslaggevend,maar de kosten van de sluitingstijden van de spoorlijn, omdat de lichtheid van de geprefabriceerde koolstofbetononderdelen kostbare tijd bespaarde tijdens de installatie.
Koolstof (onder) is duurder, maar ook lichter en sterker dan staal. Het gebruik van koolstofbeton gaat niet noodzakelijk gepaard met hogere kosten.
Koolstofbeton: een gesloten materiaalcyclus
Volgens de huidige stand van het onderzoek kunnen gebouwen gemaakt van koolstofbeton gemakkelijk worden gerecycled. Nadat een gebouw is gesloopt, kunnen de componenten koolstof en beton worden gescheiden met een zuiverheid van 98 procent. Hiervoor worden gevestigde processen gebruikt die al bekend zijn uit de luchtvaart-, auto- en sportartikelenindustrie. Daarnaast zijn in de handel verkrijgbare apparaten en machines geschikt voor zowel het slopen als het breken van het koolstofbeton. De componenten worden gesorteerd met behulp van sensorgestuurde en cameragestuurde systemen. De verwerkte koolstofvezels kunnen vervolgens worden gebruikt voor de productie van nieuwe mat- en staafvormige wapening of als materiaal voor de productie van autocarrosserieën of fietsframes. Huidig onderzoek is veelbelovend en blijktdat tot dusver geen respirabele vezelfragmenten in het groottebereik van de WHO-definitie zijn gevonden. Daarom zijn er geen maatregelen nodig die verder gaan dan de gebruikelijke arbeidsveiligheid.
Kubus van koolstofbeton: een mijlpaal in de bouwgeschiedenis
Sinds begin 2020 is alle kennis die al is opgedaan over de constructie van koolstofbeton verwerkt in het vuurtorenproject Cube. Het eerste gebouw ter wereld van koolstofbeton is het resultaat van een intensieve samenwerking tussen bedrijfsleven en wetenschap. De kubus is opgebouwd uit twee dubbelgekromde draaischalen en een kubus van twee verdiepingen van geprefabriceerd koolstofbeton - de zogenaamde doos. Het gebouw is ontworpen door Henn Architects. Aib Bautzen GmbH is verantwoordelijk voor de algemene planning. Enerzijds is het gebouw bedoeld om de prestatie van het materiaal te demonstreren en anderzijds om op indrukwekkende wijze het brede scala aan mogelijkheden op het gebied van architectuur, techniek en economie te presenteren.De kubus met een totale oppervlakte van 220 vierkante meter wordt gebouwd op het perceel op de hoek van de Einsteinstrasse en Zellescher Weg in Dresden. Na oplevering zal het gebouw tijdens het reële gebruik aan uitgebreide monitoring worden onderworpen. Het dient enerzijds als laboratorium en anderzijds als evenementenlocatie voor de universitaire werking van de TU Dresden. Hierbij worden niet alleen de exploitatie- en levenscycluskosten beoordeeld, maar ook de geschiktheid op lange termijn met betrekking tot de structurele, constructieve en fysieke aspecten van het gebouw.Hierbij worden niet alleen de exploitatie- en levenscycluskosten beoordeeld, maar ook de geschiktheid op lange termijn met betrekking tot de structurele, constructieve en fysieke aspecten van het gebouw.Hierbij worden niet alleen de exploitatie- en levenscycluskosten beoordeeld, maar ook de geschiktheid op lange termijn met betrekking tot de structurele, constructieve en fysieke aspecten van het gebouw.
Your-Best-Home.net van koolstofbeton heeft een totale oppervlakte van 220 vierkante meter en is tevens bedoeld als evenementenlocatie voor de universiteit.
Conclusie: koolstofbeton zal een belangrijke rol spelen in de bouwwereld
Met de opkomst van de futuristische Cube, een koolstofhuis dat volledig is opgebouwd uit niet-metalen wapening, wordt een fascinerende interactie tussen dynamisch ontwerp en kubistische invloeden aangetoond en wordt de economische efficiëntie van het materiaal geïllustreerd volgens alle bouwrechtelijke vereisten. Kijkend naar de toekomst zijn ondernemers en wetenschappers er zeker van dat het gebruik van deze innovatieve technologie nu al onomkeerbaar is en steeds meer de markt verovert. Een belangrijke stap op weg naar een succesvolle implementatie is het opstellen van een richtlijn voor koolstofbeton tegen eind 2021. De constructie van het eerste gebouw van koolstofbeton en de richtlijn scheppen belangrijke voorwaarden voorom deze bouwwijze de komende vijf jaar succesvol te verankeren in de bouwwereld.
De auteurs
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach studeerde van 1977 tot 1982 civiele techniek aan de Universiteit van Dortmund en deed vervolgens onderzoek als onderzoeksassistent tot aan zijn doctoraat in 1987 op de leerstoelen voor beton- en gewapend betonconstructies, eerst aan de Universiteit van Dortmund en later aan de Universiteit van Karlsruhe. Na enkele jaren praktijkervaring bij Köhler + Seitz nam hij in 1994 de leerstoel solide constructie aan de TU Dresden over. In 2016 ontving hij de Duitse toekomstprijs van de bondspresident voor zijn onderzoek naar koolstofbeton.
De auteurs
Sandra Kranich
Sandra Kranich studeerde eerst Duits als vreemde taal aan de Vocational University in Racibórz, Polen. In 2007 verhuisde ze naar Duitsland en in 2010 rondde ze haar bachelor in mediaonderzoek / mediapraktijk af aan het Instituut voor Communicatiewetenschappen aan de TU Dresden. In 2013 behaalde ze haar masterdiploma toegepast mediaonderzoek. Haar eerste professionele ervaring deed ze op aan de TU Bergakademie Freiberg op het gebied van public relations. Sinds 2015 is ze verantwoordelijk voor pers en public relations in het grootste Duitse bouwonderzoeksproject C³ - Carbon Concrete Composite e. V. verantwoordelijk.
