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May 22, 2023

Böden mit „dünner Schale“ könnten den CO2-Ausstoß im Bauwesen reduzieren

Britische Forscher haben einen neuen gewölbten Bodentyp entwickelt, der den Betonverbrauch reduzieren und dazu beitragen könnte, den CO2-Fußabdruck der Bauindustrie zu verringern. Der „dünne Schalen“-Gewölbeboden wurde von a entwickelt

Britische Forscher haben einen neuen gewölbten Bodentyp entwickelt, der den Betonverbrauch reduzieren und dazu beitragen könnte, den CO2-Fußabdruck der Bauindustrie zu verringern.

Der „dünne Schalen“-Gewölbeboden wurde von einem Team aus Bauingenieuren, Mathematikern und Fertigungsexperten an den Universitäten Bath, Cambridge und Dundee entwickelt. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Flachplattenboden soll die Innovation bei ihrer Konstruktion 75 Prozent weniger Beton und 60 Prozent weniger Kohlenstoff verbrauchen.

Die geschwungene, gewölbte Struktur ist mit Standard-Doppelbodenplatten abgedeckt, um eine ebene Oberfläche zu schaffen. Das im Rahmen des vom UKRI finanzierten Forschungsprojekts ACORN (Automating Concrete Construction) entwickelte gewölbte Bodendesign nutzt die „inhärenten natürlichen Eigenschaften und Stärken“ von Beton, sagte das Team.

Dr. Paul Shepherd, leitender Forscher bei ACORN und Dozent am Fachbereich Architektur und Bauingenieurwesen der Universität Bath, sagte: „Um die kürzlich auf der COP26-Konferenz ratifizierten Netto-Null-Ziele zu erreichen, sind erhebliche Veränderungen seitens der Bauindustrie erforderlich, die für etwa … verantwortlich ist die Hälfte der Gesamtemissionen des Vereinigten Königreichs.

„Da Beton nach Wasser das am häufigsten verbrauchte Material der Welt ist und seine Herstellung mehr als sieben Prozent der weltweiten CO2-Emissionen ausmacht, besteht der einfachste Weg für das Baugewerbe auf dem Weg zu Netto-Null darin, weniger Beton zu verwenden.“

Derzeit bestehen die meisten Gebäudeböden aus dicken, flachen Platten aus massivem Beton, die auf der Biegefestigkeit des Betons beruhen, um Lasten zu tragen. Beton hält der durch Biegung verursachten Spannung nicht gut stand, daher benötigen diese Böden eine Stahlverstärkung. Stattdessen besteht der Ansatz von ACORN darin, Beton für das zu verwenden, was er gut kann: der Kompression standzuhalten.

Indem das Material nur dort platziert wird, wo es benötigt wird, und sichergestellt wird, dass es unter Druck funktioniert, verbraucht das ACORN-Design weniger Beton. Die Forscher stellten fest, dass sich die Herstellung der Form mit herkömmlichen temporären Schalungen als unpraktisch erweisen könnte. Sie haben daher auch eine automatisierte, anpassbare Form und ein Roboter-Betonspritzsystem entwickelt, das in einer externen Fabrikumgebung verwendet werden kann.

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Neben diesem neuen Herstellungsstil hat das Team eine maßgeschneiderte Software entwickelt, um Böden 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 auch zur Baustelle transportiert und dann montiert werden. Das Team teilte den großen Boden in neun transportable Teile und entwickelte ein Verbindungssystem, um die Teile miteinander zu verbinden.

Das ACORN-Team gab an, auch reversible Verbindungen eingebaut zu haben, sodass der Boden am Ende der Lebensdauer des Gebäudes demontiert und an anderer Stelle wiederverwendet werden kann, was eine Kreislaufwirtschaft im Bauwesen fördert.

Die Praxistauglichkeit des Systems wurde gerade den Industriepartnern von ACORN demonstriert, indem im NRFIS-Labor der Abteilung für Bauingenieurwesen der Universität Cambridge ein maßstabsgetreues 4,5 x 4,5 m großes Gebäude mit dünner Schale gebaut wurde.

Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Ansatz von ACORN laut dem Team zu „erheblichen CO2-Einsparungen“ führen kann, wobei zukünftige Forschungen wahrscheinlich zu noch mehr führen werden, wenn die Prozesse optimiert werden. Die Herstellung jedes Teils dauerte nur eine halbe Stunde, obwohl es das erste seiner Art war, und die Montage des gesamten Bodens dauerte eine Woche – künftige kommerzielle Versionen könnten in speziellen Industrieanlagen schneller hergestellt werden, glauben Forscher.