Materialen die worden gebruikt in prefabhuizen

Prefab woningen (prefab woningen) zijn gespecialiseerde woningen waarbij de componenten off-site worden gebouwd in standaard secties om ter plaatse te worden geassembleerd en afgewerkt. Als alternatief voor traditionele bouwtechnieken dient dit als een snellere bouwmethode met minder afval en een minder negatieve ecologische voetafdruk. Er kan op veel manieren naar prefabhuizen worden verwezen, waaronder geprefabriceerde huizen, modulaire huizen en modulaire huizen.

De bouwsector in Hongkong genereert bijvoorbeeld afval tot 40% van de totale inname van vuilstortplaatsen, en prefabconstructie als alternatief zal dit afval naar verwachting met bijna 85% verminderen. Het is ook een snellere manier van bouwen, zoals blijkt uit een Chinees bouwbedrijf, dat in 2015 met deze methode in 19 dagen tijd een constructie van 57 verdiepingen bouwde [1].

Vanwege de aard van de eisen die aan prefab woningen worden gesteld, moeten de gebruikte materialen aan bepaalde criteria voldoen, zoals duurzaamheid en lichtgewicht. Niet elk element van een gebouw hoeft echter in aanmerking te komen voor prefabricage. Alleen specifieke componenten die het grootste deel van de constructie en interieurinrichting van een gebouw uitmaken, kunnen worden geprefabriceerd, zoals muren, vloeren, daken, kasten en rekken.

In dit artikel leer je over:

• Wat prefab huizen zijn
• Materialen gebruikt in prefab huizen
• Toekomstige trends van prefab huizen

Wat zijn prefab huizen?

Prefab woningen zijn woningen waarvan de componenten off-site zijn gebouwd voordat ze op hun definitieve locatie worden gemonteerd/installeerd. De fabricage van deze componenten gebeurt in een gecontroleerde omgeving; meestal een fabriek. De drijvende principes achter prefab huizen zijn [2]:

1. Industrialisatie en massaproductie

Prefabwoningen kunnen in massaproductie worden geproduceerd, omdat de componenten relatief sneller kunnen worden gebouwd dan op locatie bouwen. Dit zou een verschuiving betekenen in de focus en infrastructuur van het bouwen van het produceren van grondstoffen zoals cement, zand en I-balken, naar het produceren van modulaire componenten zoals prefabpanelen en multiplex.

2. Snelheid en betaalbaarheid

Prefab woningen zijn goedkoper dan reguliere woningen vanwege de hoeveelheid tijd en moeite die wordt bespaard in vergelijking met traditionele bouw. De verbruikte tijd is vaker geconcentreerd in het maken van de componenten dan in het monteren ervan.

3. Maatwerk en duurzaamheid

Bij het ontwerp van prefabhuizen moeten de componenten zo passen dat ze een redelijke mate van aanpasbaarheid mogelijk maken. Bovendien moeten de processen die worden gebruikt in de constructie en montage zo min mogelijk impact hebben op het milieu.

In een notendop, de voordelen van prefab woningen zijn:

• relatief lagere totale kosten
• gemakkelijkere kwaliteitscontrole
• sneller en veiliger bouwen
• minder verspilling en waardeterugwinning door ontmanteling in plaats van sloop

De nadelen zijn gelegen in hun verminderde sterkte en stabiliteit, wat een groot probleem is bij natuurrampen en zelfs tijdens het transport van de prefab-segmenten van de productielocatie naar de installatielocatie [3].

Materialen gebruikt in prefab woningen

In prefab woningen worden verschillende materialen gebruikt, zoals beton, hout en metalen [4]. Hier onderzoeken we enkele van deze materialen en hun doelmatigheid in het gebruik.

Beton

Het gebruik van beton als bouwmateriaal is al goed gedocumenteerd. Het gebruik ervan voor prefabwoningen krijgt echter een andere dimensie omdat er andere overwegingen bij komen kijken. Door het gebruik van mallen is het mogelijk om stevige constructies te realiseren met zeer ingewikkelde profielen. Prefab betonpanelen kunnen ook worden gebruikt in grotere constructies met meerdere verdiepingen die de bouwstenen kunnen vormen. De materialen zelf kunnen worden samengesteld om aan bepaalde eisen te voldoen, zoals lichtgewicht (er zijn concrete formuleringen die op water kunnen drijven) en weerstand tegen temperatuurschommelingen. Additieven zoals grafeenoxide kunnen aan beton worden toegevoegd om het een duurzamer materiaal te maken.

Hout

Hout is een ander veelgebruikt materiaal in prefab woningen. Het kan worden gebruikt zoals het is, in de vorm van "zwaar hout", wat verwijst naar kolom- en balkconstructies, of in de vorm van "massahout", dat verwijst naar het gebruik ervan als paneelsystemen (een combinatie van hout en andere materialen). De brandwerendheid van hout is vaak een punt van zorg, maar houtsystemen kunnen zo worden ontworpen dat ze een goede brandwerendheid hebben vanwege de ablatieve verkoling die ontstaat tijdens blootstelling aan vuur. Bamboe is een veelgebruikt bouwmateriaal dat ook kan worden aangepast voor gebruik in prefabwoningen. Hout kan ook worden verwerkt tot composieten die goede materiaaleigenschappen hebben, zelfs vergelijkbaar met staal. Voorbeelden van dergelijke houtmaterialen zijn kruisgelamineerd hout (CLT), gelijmd gelamineerd hout (GLULAM) en gelamineerd fineerhout (LVL). Het zijn allemaal in wezen verschillende secties van houten platen die op zo'n manier aan elkaar zijn gelijmd dat er geen doorlopende nerflijnen zijn voor het ontstaan ​​of voortplanten van breuken/scheuren.

Staal

Staal is een veelgebruikt bouwmateriaal dat wordt gebruikt als steunframes (I-balken en kolommen), vloeren en wanden voor modulaire gebouwen. Het kan worden gebruikt in combinatie met materialen of als het grootste deel van de bouwmaterialen, zoals bij de aanpassing van zeecontainers. Onderzoek suggereert dat stalen woningconstructies tot tien verdiepingen of zelfs meer kunnen worden gebouwd.

Voordelen van staal zijn de relatief lage gewicht-sterkteverhouding, het gemak van transport en de recyclebaarheid. De nadelen zijn daarentegen slechte isolatie, ondermaatse akoestische prestaties en het feit dat het gebruik van staal voor dit doel het mogelijk uit de recyclingkring haalt.

Glas

Glas is een zeer aanpasbaar materiaal voor verschillende bouwfuncties. In de bouw worden verschillende soorten glas gebruikt, waaronder gehard glas, gelaagd glas, thermisch versterkt glas en draadglas. Glas kan nuttige eigenschappen teweegbrengen, zoals hoge sterkte, isolatie, chemische bestendigheid en brandwerendheid. Glas heeft ook een unieke esthetische kwaliteit en is volledig recyclebaar, een veelvoorkomend thema van prefab huizen.

Gerecycleerde en teruggewonnen materialen

Recyclebare materialen omvatten enkele van de traditionele bouwmaterialen, zoals beton, gipsplaat en staal. Ze omvatten ook andere materialen, zoals cellulose-isolatie, plafondtegels, kunststoffen, keramische of porseleinen tegels en glasvezelisolatie. Al deze materialen kunnen worden gebruikt om prefab woningen te bouwen.

De uitdaging bij het gebruik van deze materialen is dat sommige ervan geen constante aanvoer hebben en niet kunnen worden vertrouwd voor consistent gebruik. Sommige van deze materialen kunnen op de lange termijn ook giftig of schadelijk zijn voor bewoners en moeten daarom zorgvuldig worden bestudeerd als ze geschikt zijn voor het doel.

Prefab huizen bijdrage aan duurzaamheid

Modulaire prefabricage is bewezen als een proces met veel duurzame voordelen in vergelijking met conventionele benaderingen. Naast de voor de hand liggende aspecten zoals afvalvermindering en een lager energieverbruik ter plaatse, spelen tal van factoren een rol bij de verduurzaming van prefabwoningen, met name in de bouwfase. De duurzame prestaties zijn duidelijk gebleken als het gaat om het omgaan met problemen met bouwafval, esthetische opties, verstoring van de bouwplaats, waterverbruik en het ontstaan ​​van vervuiling.

Om de duurzaamheid van prefabconstructies - en constructie in het algemeen - goed te kunnen beoordelen, moeten alle fasen van het bouwen, exploiteren en onderhouden van een gebouw gedurende de hele levenscyclus worden overwogen.

Een studie uit 2019 naar de duurzame prestaties van geprefabriceerde modulaire gebouwen heeft 16 indicatoren geëxtraheerd over economische, sociale en ecologische dimensies om te vergelijken met conventionele bouwprestaties. Uit de resultaten bleek dat prefab bouwen significant minder impact had op het milieu, met name op het gebied van emissies, energie en waterverbruik. Prefab constructie vertoonde ook economische voordelen, aangezien het de hoeveelheid staal, beton en bekisting die in de traditionele constructie werd gebruikt, met respectievelijk 60%, 56% en 77% verminderde [5].

Hoe additieve fabricage kan helpen bij het bouwen van prefabwoningen

Additive manufacturing (AM) wordt meestal beschouwd als een technologie die beperkt is tot kleine producten die moeilijk op te schalen zijn voor grotere ontwerpen. Nieuwere technologieën zorgen niet alleen voor doorbraken in het gebruik van AM voor grootschalige ontwerpen, maar ook in het gebruik ervan voor de bouw.

De grote uitdaging is echter het formuleren van een materiaal dat eigenschappen heeft die geschikt zijn voor 3D-printen en dat resulteert in een stevig genoeg gebouw. Op cement gebaseerde materialen, polymeren en metalen zijn enkele van de materialen die kunnen worden aangepast voor additieve fabricage.

Constructie via additieve fabricage kan de bouwkosten aanzienlijk verlagen omdat het minder afval genereert en minder arbeidsintensief is. Sommige iconische gebouwen zijn al gebouwd met AM-technologie, waaronder een kantoorgebouw in Dubai, een brug in Amsterdam en een hotelgebouw in Manilla, naast vele andere [6].

Toekomstige trends van prefab huizen

Hoewel het hele idee van geprefabriceerde gebouwen nog vrij nieuw is, zijn er opwindende nieuwe mogelijkheden in de industrie. Qua materiaalgebruik wordt gedacht aan meer materialen, zoals koolstofvezels voor het maken van vezelstructuren en speciale kunststoffen die gebruikt worden voor het 3D-printen van grote structuren. Op het gebied van uitvoering worden robottechnologieën ontwikkeld die menselijke input tot een minimum kunnen beperken en de bouw off-site kunnen voltooien via gegevens uit computerprogramma's zoals Building Information Modeling (BIM) [2].