Blog

Jun 01, 2023

Forschungsteam gestaltet Bodenform neu, um den Betonverbrauch um 75 % zu senken

Die experimentelle Strukturtechnik wird von den Universitäten Bath, Cambridge und Dundee als „Sprungbrett“ in den Bemühungen der Industrie zur Dekarbonisierung beschrieben. Entsprechend der

Die experimentelle Strukturtechnik wird von den Universitäten Bath, Cambridge und Dundee als „Sprungbrett“ in den Bemühungen der Industrie zur Dekarbonisierung beschrieben.

Laut dem Team, bestehend aus Ingenieuren, Mathematikern und Fertigungsexperten, verbraucht der neue gewölbte Boden 75 Prozent weniger Beton als ein herkömmlicher Flachplattenboden und 60 Prozent weniger Kohlenstoff in seiner Konstruktion, kann aber dennoch die gleiche Last tragen.

Im NRFIS-Labor der Abteilung für Bauingenieurwesen der Universität Cambridge wurde eine 4,5 x 4,5 m große Demonstration des Dünnschalenbodens in Originalgröße aufgebaut. Die geschwungene Struktur ist mit Standard-Doppelbodenplatten abgedeckt, um eine ebene Oberfläche zu schaffen.

Das dreijährige Forschungsprojekt Acorn (Automatisierung des Betonbaus) wird vom UKRI (UK Research and Innovation) unterstützt und finanziert.

Paul Shepherd, Dozent an der Abteilung für Architektur und Bauingenieurwesen in Bath und Hauptforscher für Acorn, sagte: „Da Beton nach Wasser das am häufigsten verbrauchte Material der Welt ist und seine Herstellung mehr als 7 Prozent der globalen CO2-Emissionen ausmacht, ist dies der einfachste Weg.“ Um den Weg zum Netto-Null-Ausstoß im Baugewerbe zu beginnen, muss weniger Beton verwendet werden.

„Das war die treibende Kraft hinter diesem Projekt, von dem wir hoffen, dass es einen großen Einfluss auf die Auswirkungen des Baus haben wird.“

Derzeit bestehen die meisten Gebäudeböden aus dicken, flachen Platten aus massivem Beton, die auf viel Stahlverstärkung angewiesen sind, um Spannungen standzuhalten.

Shepherd sagte, die neue Technik erfordere keine zusätzlichen Stützen und dass die Säulen und Fundamente tatsächlich „deutlich kleiner“ sein könnten, da „etwa ein Viertel des Betons im Vergleich zu einer massiven Platte“ vorhanden wäre.

Er sagte gegenüber der AJ: „Zwischen den Säulen befinden sich einige Zugstangen, um die Ausbreitung der Bögen zu verhindern.“ Ihr verkörperter Kohlenstoff wird jedoch durch die Reduzierung des Betons und die Entfernung von Ochsenbewehrungsstäben mehr als ausgeglichen.“

Auf die Frage, ob sich die gewölbte Form auf die Höhe und das Design des Gebäudes auswirken würde, antwortete Shepherd: „Wir betrachten den Doppelboden nicht als „verlorenen Raum“.

„Viele Bürogebäude verfügen über einen Doppelboden, durch den die Dienstleistungen leicht zugänglich verlaufen, und wir haben gerade ein Standard-Doppelbodensystem mit höhenverstellbaren Füßen gekauft.“ „Wir haben die Schale so entworfen, dass am Rand ein 30 cm langer Luftkanal darunter angebracht werden kann.“

Er fügte hinzu: „Man könnte sagen, dass man aufgrund des viel geringeren Gewichts tatsächlich höher bauen könnte, wenn die Stärke der Fundamente der begrenzende Faktor wäre.“

Allerdings wäre die Herstellung der neuen Form mit herkömmlicher Schalung schwieriger, daher hat das Team parallel eine automatisierte, anpassbare Form und ein Roboter-Betonspritzsystem entwickelt, das in einer externen Fabrikumgebung eingesetzt werden kann.

Darüber hinaus hat das Team auch maßgeschneiderte Software entwickelt, um Böden nahtlos für ein bestimmtes Gebäudedesign zu optimieren – und das automatisierte Fertigungssystem für deren Herstellung zu steuern.

Da der Boden außerhalb der Baustelle hergestellt wird, muss er zur Baustelle transportiert und montiert werden. Der Prototyp demonstriert, wie dies erreicht werden kann, indem er mithilfe eines Verbindungssystems, das die Teile miteinander verbindet, in neun Teile geteilt wird. Es wurden reversible Verbindungen eingebaut, damit der Boden demontiert und an anderer Stelle wieder zusammengebaut werden kann.

Man könnte sogar höher bauen, wenn die Stärke des Fundaments ein limitierender Faktor wäre

Die Herstellung jedes Teils des Prototyps dauerte nur 30 Minuten, während die Montage des gesamten Bodens eine Woche dauerte.

Shepherd fügte hinzu: „Nach drei Jahren Forschung ist es erstaunlich zu sehen, wie die Früchte all unserer harten Arbeit das Labor dominieren und interessierte Blicke aller Vorbeikommenden auf sich ziehen.“ Es kommt nicht jeden Tag vor, dass Sie Ihre Recherchen auf den neuesten Stand bringen können!

„Ich hoffe nur, dass diese Art von CO2-armen, automatisch hergestellten Gebäuden eines Tages so weit verbreitet ist, dass die Leute daran vorbeigehen, ohne es zu bemerken.“

Acorn hat Fördermittel von UK Research and Innovation im Rahmen des ISCF Transforming Construction-Programms erhalten.

Zu den nächsten Schritten sagte Shepherd: „[Wir haben] viele Fragen gesammelt, die wir noch beantworten müssen, und [wir] sind der Meinung, dass es einer zweiten Forschungsphase bedarf, bevor es von der Industrie übernommen werden kann.“

„Zu diesem Zweck haben wir einen Antrag auf Finanzierung durch den Forschungsrat, der Anfang April geprüft wird. Im Falle einer Förderung werden wir die Verbindungen zwischen Schalensegmenten erforschen, eine optimierte Strategie zur Verstärkung und Verbesserung der Materialeigenschaften im Hinblick auf die automatisierte Fertigung entwickeln und außerdem ein ganzes Paket an Arbeiten zur Ökobilanz durchführen, um bessere Daten über den verkörperten Kohlenstoff zu sammeln Ermäßigungen möglich.'

Shepherd sagte auch, dass das Team auch mit anderen an Aspekten wie Feuer, Akustik, Fußgängerbelastung und Erdbebensicherheit zusammenarbeiten werde.

„Unser Ansatz besteht darin, [diese Probleme] mit technischen Innovationen anzugehen und nicht, indem wir sie mit Beton bewerfen!“ er sagte.

Querschnitt durch den Prototypenboden

Kommentieren und teilen

SchlagworteBeton Nachhaltigkeit University of Bath