Un progetto di ricerca della TU di Dresda e della TU Aachen è riuscita a gettare le basi per il primo cubo di casa in carbonio al mondo a Dresda. Ha lo scopo di dimostrare che il calcestruzzo al carbonio è il materiale composito del futuro. In che misura consente di risparmiare materiale, risorse e CO 2 , dove viene utilizzato e quali possibilità offre per la costruzione di case, puoi scoprirlo qui.
Calcestruzzo al carbonio come progetto di ricerca
Il primo edificio in cemento al carbonio Cube, attualmente in costruzione a Fritz-Förster-Platz a Dresda, non è stato concepito solo come una casa in cui le persone lavorano e interagiscono, ma anche come luogo di rappresentanza per la costruzione in calcestruzzo al carbonio orientata al futuro. Un metodo di costruzione che apre numerose possibilità, sia in termini di design che di costruzione sostenibile. Con l'inizio della costruzione della prima casa in calcestruzzo al carbonio al mondo, costituita interamente da rinforzi non metallici, possiamo guardare indietro a una storia lunga ed emozionante.
Il cubo vuole anche essere una vetrina per la costruzione in cemento armato orientata al futuro.
Come tutto è cominciato
Già all'inizio degli anni '90, gli scienziati dell'Università tecnica di Dresda (TU Dresden) e della Rheinisch-Westfälische Technische Universität Aachen (RWTH Aachen) hanno avuto l'idea di inserire fibre tessili nel calcestruzzo sotto forma di una stuoia a griglia. A quel tempo l'idea era così assurda che anche gli sponsor hanno espresso preoccupazione e hanno chiesto che il settore edile se ne fosse convinto prima di tutto. Fortunatamente, le grandi imprese di costruzioni hanno riconosciuto l'enorme potenziale del cemento armato tessile e, con la loro firma, hanno permesso di finanziare il progetto di ricerca. Dal 2014, il Ministero Federale dell'Istruzione e della Ricerca promuove anche lo sviluppo e l'implementazione di costruzioni in calcestruzzo al carbonio sul mercato nell'ambito del più grande progetto di ricerca edile della Germania C3 - Carbon Concrete Composite.Oltre 160 partner di aziende e istituzioni scientifiche si sono occupati in 300 sottoprogetti con temi quali processi di produzione e lavorazione, standard e approvazioni, sicurezza sul lavoro, demolizione, smantellamento e riciclaggio.
Cemento tessile vs calcestruzzo al carbonio: qual è la differenza?
Per cemento armato tessile (TRC) si intende un materiale composito fatto di calcestruzzo e un rinforzo simile a una stuoia tessile. Mentre all'inizio del progetto di ricerca si utilizzavano principalmente fibre di vetro ad alte prestazioni resistenti agli alcali per la produzione del rinforzo, oggi le fibre di carbonio, ovvero il carbonio, si stanno rivelando il materiale di partenza adatto per il rinforzo a forma di mat e ora a forma di bastoncello. La combinazione di calcestruzzo ed entrambi i tipi di rinforzo è oggi nota come calcestruzzo al carbonio.
Nella produzione di calcestruzzo al carbonio, il carbonio viene utilizzato come materiale di partenza per il rinforzo, che è spesso sotto forma di una stuoia.
La combinazione di carbonio e cemento consente di risparmiare risorse
Il calcestruzzo ha la proprietà di essere in grado di assorbire grandi forze di compressione, ma quasi nessuna forza di trazione. Il materassino o il rinforzo a forma di bacchetta in carbonio forma quindi un componente interno in grado di assorbire queste forze di trazione. Un'interazione perfetta che presenta molti vantaggi, ad esempio un risparmio di materiale fino all'80 percento, a seconda dell'area di applicazione. Il primo componente in calcestruzzo al carbonio che ha ricevuto l'approvazione generale per l'edilizia (abZ) dall'Istituto tedesco per la tecnologia delle costruzioni è stato un pannello per facciate con uno spessore di soli due centimetri. Per un pannello di facciata comparabile in cemento armato, sono necessari da otto a dieci centimetri. Grazie al volume ridotto di calcestruzzo e al rinforzo in carbonio notevolmente più leggero, è stato possibile ridurre le emissioni di CO2 di oltre un quarto.Il risparmio di materiale non solo porta a una riduzione delle emissioni di anidride carbonica e del consumo di energia legate alla produzione, ma consente anche di risparmiare risorse preziose come sabbia e acqua.
Campi di applicazione del calcestruzzo al carbonio: ristrutturazioni e nuove costruzioni
Con una costruzione a pareti più sottili con cemento al carbonio, è possibile guadagnare più spazio utilizzabile nell'area del nuovo edificio. La conducibilità elettrica della fibra di carbonio consente inoltre l'integrazione di funzioni aggiuntive, come il riscaldamento a parete e la carica induttiva. La durata di vita significativamente più lunga, prevista in 200 anni (invece di 60-80), gioca un ruolo importante nella costruzione di ponti. Il rinforzo in carbonio chimicamente inerte evita i lavori di riparazione.
Il cemento al carbonio non solo si sta dimostrando un'alternativa adeguata al cemento armato nei nuovi edifici, il materiale composito viene utilizzato anche nella ristrutturazione di case o nella ristrutturazione di vecchi edifici. Eliminando la copertura in calcestruzzo aggiuntiva necessaria per proteggere l'acciaio arrugginito, è possibile riparare le strutture con uno strato sottile da mezzo centimetro a un centimetro di calcestruzzo al carbonio. Grazie alla leggerezza del carbonio, il rinforzo può essere posato molto più velocemente quando si rinnovano silos o si costruiscono soffitti. Non è necessario fissare il rinforzo con tasselli. Il peso dei solai degli edifici esistenti è solo leggermente aumentato dal sottile strato di cemento al carbonio, in modo che il rinforzo dei componenti portanti adiacenti come le colonne,Pareti e fondamenta possono essere in gran parte eliminati e l'altezza utile del locale viene quasi mantenuta.
A sinistra: un silo a doppia camera a Uelzen è stato ristrutturato utilizzando cemento al carbonio.
A destra: un ponte ferroviario ristrutturato con cemento al carbonio si trova a Naila.
Confronto dei costi: carbonio vs acciaio
Se guardi i costi, a prima vista il cemento al carbonio sembra essere la variante significativamente più costosa: un chilogrammo di acciaio attualmente costa 1 euro e 1 chilogrammo di carbonio circa 16 euro. Tuttavia, il carbonio è quattro volte più leggero e fino a sei volte più stabile dell'acciaio e quindi raggiunge prestazioni 24 volte superiori. Numerosi progetti già realizzati rendono evidente che l'utilizzo del calcestruzzo al carbonio non deve necessariamente essere associato a costi elevati. In una gara pubblica per la manutenzione di un ponte ferroviario a Naila, il cemento al carbonio ha prevalso sul cemento armato. Il fattore decisivo è stata la tecnologia economica e razionale per la riparazione. Durante la ristrutturazione dei binari della Deutsche Bahn, la velocità era essenziale. In questo caso, i costi del materiale non erano decisivi,ma i costi dei tempi di chiusura della linea ferroviaria, perché la leggerezza dei prefabbricati in carbonio cemento ha consentito di risparmiare tempo prezioso in fase di installazione.
Il carbonio (sotto) è più costoso, ma anche più leggero e resistente dell'acciaio. L'uso del calcestruzzo al carbonio non è necessariamente associato a costi più elevati.
Calcestruzzo al carbonio: un ciclo chiuso del materiale
Secondo lo stato attuale della ricerca, gli edifici realizzati in carbonio-cemento possono essere facilmente riciclati. Dopo che un edificio è stato demolito, i componenti in carbonio e cemento possono essere separati con una purezza del 98 percento. A tal fine vengono utilizzati processi consolidati già noti nell'industria aeronautica, automobilistica e degli articoli sportivi. Inoltre, i dispositivi e le macchine disponibili in commercio sono adatti sia per la demolizione che per lo schiacciamento del calcestruzzo al carbonio. I componenti vengono ordinati utilizzando sistemi controllati da sensori e basati su telecamere. Le fibre di carbonio lavorate possono quindi essere utilizzate per la produzione di nuovi materassini e rinforzi a forma di bastoncello o come materiale per la produzione di carrozzerie o telai di biciclette. La ricerca attuale è promettente e mostrache finora non sono stati trovati frammenti di fibre respirabili nell'intervallo di dimensioni della definizione dell'OMS. Di conseguenza, non sono necessarie misure oltre alla normale sicurezza sul lavoro.
Casa in cemento al carbonio Cube: una pietra miliare nella storia dell'edilizia
Dall'inizio del 2020, tutte le conoscenze già acquisite sulla costruzione in calcestruzzo al carbonio sono state incorporate nel progetto del faro Cube. Il primo edificio al mondo in cemento al carbonio è il risultato di un'intensa collaborazione tra economia e scienza. Il cubo è composto da due gusci a doppia curvatura e un cubo a due piani realizzato con parti prefabbricate in calcestruzzo al carbonio - il cosiddetto box. L'edificio è stato progettato da Henn Architects. Aib Bautzen GmbH è responsabile della pianificazione generale. Da un lato, l'edificio ha lo scopo di dimostrare le capacità del materiale e, dall'altro, di presentare in modo impressionante l'ampia gamma di possibilità in architettura, tecnologia ed economia.Il cubo con una superficie totale di 220 metri quadrati è in costruzione sul lotto all'angolo tra Einsteinstrasse e Zellescher Weg a Dresda. Dopo il suo completamento, l'edificio sarà sottoposto a un ampio monitoraggio durante l'uso reale. Serve da un lato come laboratorio e dall'altro come luogo di eventi per le operazioni universitarie della TU di Dresda. Qui non vengono valutati solo i costi di esercizio e del ciclo di vita, ma anche l'idoneità a lungo termine per quanto riguarda gli aspetti strutturali, strutturali e fisici dell'edificio.Qui non vengono valutati solo i costi di esercizio e del ciclo di vita, ma anche l'idoneità a lungo termine per quanto riguarda gli aspetti strutturali, strutturali e fisici dell'edificio.Qui non vengono valutati solo i costi di esercizio e del ciclo di vita, ma anche l'idoneità a lungo termine per quanto riguarda gli aspetti strutturali, strutturali e fisici dell'edificio.
Your-Best-Home.net in calcestruzzo di carbonio ha una superficie totale di 220 metri quadrati ed è destinato anche a fungere da location per eventi per l'università.
Conclusione: il calcestruzzo al carbonio giocherà un ruolo importante nel mondo delle costruzioni
Con l'emergere del futuristico Cube, una casa in carbonio costruita interamente con rinforzi non metallici, viene dimostrata un'affascinante interazione tra design dinamico e influenze cubistiche e l'efficienza economica del materiale è esemplificata in conformità con tutti i requisiti della legge edilizia. Guardando al futuro, imprenditori e scienziati ritengono che l'uso di questa tecnologia innovativa sia già irreversibile e stia conquistando sempre più il mercato. Un passo importante verso un'implementazione di successo è la fornitura di una linea guida per il calcestruzzo al carbonio entro la fine del 2021. La costruzione del primo edificio in calcestruzzo al carbonio e la linea guida creano importanti prerequisiti perper ancorare con successo questo metodo di costruzione nel mondo delle costruzioni nei prossimi cinque anni.
gli autori
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach ha studiato ingegneria civile presso l'Università di Dortmund dal 1977 al 1982 e poi ha svolto attività di ricerca come assistente di ricerca fino al suo dottorato nel 1987 presso le cattedre per le costruzioni in cemento armato e cemento armato, prima all'Università di Dortmund, poi all'Università di Karlsruhe. Dopo diversi anni di esperienza pratica presso Köhler + Seitz, ha assunto la cattedra per la costruzione solida presso la TU di Dresda nel 1994. Nel 2016 è stato insignito del Premio Futuro Tedesco del Presidente Federale per la sua ricerca sul calcestruzzo al carbonio.
gli autori
Sandra Kranich
Sandra Kranich ha studiato per la prima volta il tedesco come lingua straniera presso l'Università professionale di Racibórz, in Polonia. Nel 2007 si è trasferita in Germania e nel 2010 ha conseguito la laurea triennale in ricerca sui media / pratica sui media presso l'Istituto per gli studi sulla comunicazione della TU di Dresda. Nel 2013 ha conseguito il master in ricerca sui media applicati. Ha maturato la sua prima esperienza professionale presso la TU Bergakademie Freiberg nel campo delle pubbliche relazioni. Dal 2015 è responsabile della stampa e delle pubbliche relazioni nel più grande progetto di ricerca edile della Germania C³ - Carbon Concrete Composite e. V. responsabile.