Koolstofvezelversterkt beton versnelt in Duitsland

De Technische Universiteit Dresden in Duitsland heeft de bouw aangekondigd van zijn C³ tech demo-huis CUBE, plaatselijk bekend als Carbonhaus. TU Dresden claimt dat het 220 vierkante meter grote gebouw met twee verdiepingen het eerste gebouw ter wereld zal zijn dat volledig is gemaakt van met koolstofvezel versterkt beton.

Het project van € 5 miljoen, gefinancierd door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek, ging van start in 2017 en zal in het voorjaar van 2021 uitmonden in een universiteitsgebouw met klaslokalen, laboratoria en presentatieruimten. Hoewel de funderingen in maart 2020 werden gestort, is de verdere bouw nu pas hervat na een door het coronavirus veroorzaakte vertraging.

Het ontwerp, verfijnd door het in München gevestigde architectenbureau HENN, toont het lichtgewicht en de vormbaarheid van koolstofvezelversterkt beton via zijn "twist" -element en, zoals gerapporteerd door John Caulfield in Building Design + Construction , een naadloze betonnen muur van 24 meter lang.

De “twist” wordt gevormd door twee schelpachtige elementen die dienst doen als muur en dak. Het andere hoofdelement is een split-level, geprefabriceerde doos. Voor beide secties wordt koolstofvezelversterkt beton gebruikt. Na voltooiing zal het gebouw ongeveer 40 meter lang, 7,2 meter breed en 6,9 meter op maximale hoogte zijn.

Het C³ - Carbon Concrete Composite-project is momenteel het grootste onderzoeksproject in de Duitse bouwsector. Het composietmateriaal koolstofbeton is onderzocht, ontwikkeld en in toenemende mate in de praktijk toegepast (sinds 2006) met de hulp van een consortium van meer dan 150 partners en meer dan 300 individuele projecten.

'S Werelds meest gebruikte materiaal na water - beton - heeft altijd geleid tot een hoog grondstofverbruik. De productie van cement alleen is verantwoordelijk voor 6,5% van de totale uitstoot van kooldioxide, ongeveer drie keer de CO₂ uitgestoten door de wereldwijde luchtvaart.

Gewijd aan het verkennen van nieuwe constructiestrategieën met behulp van koolstofvezelversterkt
concreet, € 12 miljoen over 4 jaar zal 26 onderzoekers financieren. Ze zullen niet alleen streven naar het vervangen van eerder met staal versterkt beton, maar ook nieuwe ontwerpstrategieën ontwikkelen die zijn afgestemd op de eigenschappen van koolstofvezelversterkt beton.

Het project wordt geleid door Dr. Manfred Curbach, een lange tijd onderzoeker van koolstofvezel- en textielversterkt beton van de TU Dresden, en is getiteld:"Construction for the future:CRC/TR 280 Ontwerpstrategieën voor koolstofbetonconstructies met een minimum aan materiaal – Grondbeginselen voor een nieuwe manier van bouwen.”

Partners zijn onder meer RWTH Aachen University (Aken, Duitsland) en het Leibniz Institute of Polymer Research (IPF, Dresden). Een fragment uit de synopsis van het project legt uit:

“Nieuwe materialen maken nieuwe ontwerpen en nieuwe constructiemethoden mogelijk. Het klinkt heel eenvoudig, maar er is vaak nog een lange weg te gaan. In de bouwkunde duren innovatieprocessen bijzonder lang door hoge eisen aan veiligheid en duurzaamheid en complexe standaardisatie- en goedkeuringsprocedures. Dit geldt des te meer voor hoogwaardige combinaties van bouwmaterialen zoals textielbeton en koolstofbeton, die een paradigmaverschuiving, zo niet een revolutie, teweeg zullen brengen in het bouwen met beton, wereldwijd het belangrijkste bouwmateriaal qua volume.

“Het gebruik van koolstofbeton kan zowel het enorme verbruik van hulpbronnen als de CO₂ aanzienlijk verminderen emissies van de bouw, en geeft tegelijkertijd toegang tot extra functies. De eerste bouwprojecten hebben echter aangetoond dat, ondanks de nieuwe mogelijkheden, … de conventionele materialen gewoon worden vervangen. Het volledige potentieel van het innovatieve koolstofbetoncomposietmateriaal zal in de toekomst alleen worden gerealiseerd als het wordt gecombineerd met intelligente ontwerpstrategieën.

"Groot fundamenteel onderzoek en een holistische benadering zijn de voorwaarden voor het vinden van geschikte methoden voor het ontwerpen, modelleren en projecteren met nieuwe bouwmaterialen. Voor koolstofbetoncomposiet betekent dit lichtgewicht constructieprincipes aangepast aan het materiaal. … De ontwikkeling van nieuwe structuren hangt nauw samen met kwesties van maakbaarheid, waarbij rekening wordt gehouden met zowel een begeleidende productgerelateerde duurzaamheidsbeoordeling als een adequate verfijning van het composiet zelf.

“De constructiestrategieën die effectief zullen blijken te zijn, zullen volledig verschillende vormen mogelijk maken. De nieuwe ontwerpstrategieën en materiaalcombinaties zullen het verbruik van hulpbronnen en energie verminderen vanwege voorheen onbekende lichtgewicht constructieprincipes, terwijl ze tegelijkertijd een hoge gebruiksgeschiktheid, structurele veiligheid en duurzaamheid bieden. Bovendien worden deze nieuwe strategieën en composieten weerspiegeld in ambitieuze esthetiek, die zich kan ontwikkelen tot een nieuwe 'kunst van het construeren'.”

Koolstofvezel voor betonwapening in grote volumes

Het nieuwsbericht "Betonwapening gemaakt van koolstof in grote volumes" werd in januari 2020 gepubliceerd door Breton en later in maart door BFT International , een erkend vakblad voor fabrikanten van beton en prefab betonproducten. Hitexbau (Augsburg, Duitsland) heeft een sterk geautomatiseerde productielijn voor koolstofvezelversterkingen ontwikkeld, waardoor zowel grote afmetingen als grote volumes mogelijk zijn. Tralieroosters zijn verkrijgbaar als rollen of platen en maken het naar verluidt mogelijk om beton te gebruiken met een grote korreldiameter tot 16 millimeter.

In combinatie met speciale coatings van de textielversterkingsstructuren en met verschillende betonformuleringen, claimt Hitexbau dat deze versterkingen beton mogelijk maken met een piekdruksterkte van 3.300 newton per vierkante meter.

Sinds 2015 werkt Hitexbau nauw samen met zowel de TU Dresden als de RWTH Aken om koolstofvezeltextielversterkingen voor de bouw- en constructie-industrie te ontwikkelen. Naast het leveren van versterkingen, biedt het productontwikkeling en laboratoriumtests.

Noot van de redactie: Altus Group (Greenville, SC, VS) is een alliantie van prefabbetonfabrikanten die innovatieve technologieën op de bouwmarkt brengt. In 2017 hadden haar leden meer dan 1.400 projecten voltooid met behulp van CFRP-versterkte CarbonCast-technologie, in totaal 40 miljoen ft ² (3,7 miljoen m ² ). Lees over de CarbonCast-technologie, ontwikkeld met Chomarat Noord-Amerika (Williamston, SC, VS) met behulp van het C-GRID-product in het artikel uit 2017:"Hogere prestaties in prefab beton met CFRP".