Nawet beton można dziś wydziergać na drutach

Beton w antyku

Beton jest używany do konstrukcji monumentalnych budynków już od ponad 2000 lat. 

Szczególnie imponującym przykładem jest Panteon w Rzymie: do dzisiaj szczyci się kopułą o średnicy 43 metrów, która jest największą na świecie niezbrojoną kopułą z betonu.

Także największy amfiteatr świata, Koloseum w Rzymie, stał się nieśmiertelny dzięki rzymskiemu materiałowi budowlanemu. Opus Caementum, jak nazywał się rzymski beton, był bardziej wytrzymały, odporny na ściskanie i twardszy od budulca używanego współcześnie. Przyczyną tego były dodawane do składu specjalne kryształy tobermorytu w połączeniu z aluminium (Al-tobermorytu), które występowały w tufie i w popiele wulkanicznym.

Tak, jak wiele interesujących odkryć antyku, także beton został zapomniany w średniowieczu i ponownie odkryty dopiero ok. 1700 roku.

À propos betonu, ułatwiliśmy teraz w nim pracę dzięki systemowi do wiercenia diamentowego DD 150.

Beton półprzezroczysty

Szczególnym odkryciem w technologii betonowej w ostatnich latach jest beton przepuszczający światło. Przy czym pomiędzy warstwami drobnoziarnistego materiału umieszczono specjalną tkaninę z równomiernie rozmieszczonych, przewodzących światło włókien. Im więcej tych powłok zostaje naprzemiennie zastosowanych, tym więcej światła przenika przez betonowy blok.

Ponieważ tego typu włókna optyczne mogą przewodzić światło przez budulec bez żadnych strat, nawet bardzo gruba ściana może być wystarczająco „przezroczysta”, aby móc zobaczyć przez nią światło, cienie i kolory. Możliwości zastosowania jest wiele, ponieważ ten typ materiału, mimo połączenia go z powierzchnią tkaniny, jest betonem o wysokiej wytrzymałości. W ten sposób nawet pomieszczenia bez okien, np. biura, centra odnowy biologicznej lub sale sportowe mogą być oświetlone światłem dziennym.

A co przyniesie przyszłość? Jednym z najważniejszych trendów roku 2020 jest z pewnością beton samonaprawialny. Przeczytaj więcej na ten temat w naszym artykule „5 trendów w budownictwie od 2020 roku”.

Beton samozagęszczalny

Charakteryzuje się bardzo dobrymi zdolnościami przepływu i po prostu sam się zagęszcza dzięki sile ciężkości. Pozwala to na tworzenie zupełnie nowych konstrukcji, na przykład w przypadku złożonego lub nietypowego kształtu obiektu budowlanego tj. okrągłego lub o ostrych kątach.

Ponadto samozagęszczający się beton pozwala na oszczędność czasu w procesie budowlanym, ponieważ można zrezygnować z czasochłonnego zagęszczania wibrowaniem i zalewania warstw. Jak wiemy, w branży budowlanej czas jest naprawdę czymś niezwykle cennym.

Beton o wysokiej wydajności

Beton o wysokiej wytrzymałości posiada szczególnie dużą odporność na ściskanie. Jest też bardziej gęsty, a zatem z reguły bardziej odporny na obciążenia chemiczne. Oprócz wysokiej obciążalności charakteryzuje się również długą żywotnością.Ten wyjątkowy rodzaj betonu pozwala zaoszczędzić materiał, a tym samym czas i koszty przy budowie mostów, dróg i tuneli. Nawet betonowe elementy w obiektach typu off-shore są odporne na trudne warunki otoczenia. Z architektonicznego punktu widzenia beton o znacznej wydajności jest szczególnie interesujący. Ze względu na swoją wysoką obciążalność otwiera zupełnie nowe możliwości projektowania obiektów o minimalnej grubości.

Pozbądź się więc wyobrażeń, że beton to toporny betonowy blok! Dziś beton może być filigranowy.

Tak na marginesie: Im cieńszy jest beton, tym mniej jest miejsca na elementy złączne. Rozwiązaniem są nasze szyny kotwiące HAC-CP oraz elementy wpuszczane Cast-In.

Poznaj elementy wpuszczane Cast-In oraz szyny kotwiące.

Nowe metody obróbki betonu

Wlewany do ramy lub do szalunku – taki sposób obróbki betonu jest powszechnie znany. 

Jednak branża budowlana bada obecnie, w jaki sposób, stosując innowacyjne technologie, można wykorzystać beton w bardziej wszechstronny i łatwiejszy sposób. W centrum zainteresowania są dwie nowe metody obróbki: drukowanie i tkanie.

Drukowanie betonu

Prawdopodobnie wiesz już, że drukowanie 3D nabiera coraz większego znaczenia w prawie każdej gałęzi gospodarki. Ale fakt, że możliwe jest teraz drukowanie całych budynków, powinien niektórych zaskoczyć. Pierwsza w Europie przemysłowa drukarnia 3D została oficjalnie otwarta w styczniu 2019 r. w Eindhoven w Holandii. Brzmi to jak science fiction, ale ma konkretne zalety. Drukowanie betonu cieszy się takim zainteresowaniem, ponieważ jest mniej pracochłonne, np. nie ma potrzeby wznoszenia szalunku. Jest to bardzo istotne w branży takiej jak budownictwo, działającej zgodnie z wyznaczonym harmonogramem.

Ponadto ilość betonu wymaganego w procesie drukowania 3D jest mniejsza niż ilość zużywana podczas obróbki w odlewach. Tym samym zmniejsza się emisja dwutlenku węgla, która w przypadku tego materiału budowlanego jest naprawdę bardzo wysoka. Z architektonicznego punktu widzenia interesujące jest to, że przy projektowaniu z betonu nie są już wymagane kąty proste. Szczególnie wyraźnie widać to w projekcie pilotażowym w Eindhoven: wydrukowano tutaj całe osiedle, bez żadnych naroży czy krawędzi.

Tkanie i splatanie betonu

Tkanie betonu – te dwa słowa, które do tej pory rzadko były wypowiadane razem, opisują dzisiaj dwie różne, obiecujące możliwości obróbki budulca. Po pierwsze, Mariana Popescu z ETH Zürich stworzyła metodę „KnitCrete“, w której wyprodukowana zgodnie z algorytmem tkanina tekstylna służy jako szalunek dla konstrukcji betonowej. Metoda ta jest dużo lżejsza, łatwiejsza w produkcji i bardziej oszczędna pod względem zużycia materiałów w porównaniu do standardowego deskowania.

KnitCandela w Museo Universitario Arte Contemporáneo (MUAC) w Mexico City to ważąca 5 ton konstrukcja betonowa, która jest podtrzymywana tylko przez ważące 55 kg oszalowanie wykonane z utkanej tkaniny i naprężonych stalowych lin.

„Tkanie betonu“ można potraktować również dosłownie:

W badaniu materiałowym Wyższej Szkoły Artystycznej Weißensee w Berlinie studentka Anne-Kathrin Kühner zaprojektowała pod kierunkiem prof. Christiane Sauer przędzę składającą się z betonu kompozytowego. Można ją obrabiać tak jak przędzę tekstylną.

Istotne jest to, że beton o wysokiej wytrzymałości pozostaje elastyczny w tubie tekstylnej, dopóki nie zostanie zmoczony. Dopiero wtedy ulega stwardnieniu w innowacyjną przędzę betonową. Dzięki tej technologii następuje połączenie siły ściskającej betonu z siłami rozciągającymi przędzy tekstylnej. Poprzez różne metody obróbki, jak np. tkanie, dzierganie lub splatanie, można wytwarzać zarówno stabilne wymiarowo, jak i elastyczne struktury. Doskonałym przykładem jest ruchomy betonowy dywan.

Tak na marginesie: Nie musisz oczywiście dziergać na drutach, aby nadać kształt betonowi. Wybierając tradycyjną metodę, wspierasz produkty do budowy konstrukcji szalunkowych firmy Hilti.

Poszukiwanie eko-betonu

Oprócz żwiru, piasku i wody beton składa się głównie z cementu, który spaja mieszankę tych materiałów. Dzięki temu to prawdziwa wyrzutnia CO₂. Produkcja cementu łączy dwa procesy charakteryzujące się wysoką emisją dwutlenku węgla. Po pierwsze jest to spalanie wapienia w ekstremalnie wysokich temperaturach wynoszących 1450° C w celu uzyskania klinkieru cementowego. Już samo zastosowanie takich temperatur uwalnia ogromne ilości gazu cieplarnianego. Z drugiej strony wapień ulega odkwaszeniu podczas spalania, co z kolei uwalnia jeszcze więcej CO₂. Ogólnie rzecz biorąc, światowa produkcja cementu jest odpowiedzialna za taką samą emisję CO₂ jak Indie – kraj o trzeciej co do wielkości emisji CO₂.

Co więc można zrobić, aby tak pilnie potrzebny i wszechstronny materiał budowlany, jakim jest beton, produkować w sposób bardziej neutralny dla klimatu? Szczególnie w obliczu spodziewanego w nadchodzących dekadach boomu budowlanego w Afryce i Azji kwestia kompatybilności klimatycznej będzie odgrywać kluczową rolę.
 

Poniższe 4 koncepcje są bardzo obiecujące:

Nowy proces produkcyjny

Naukowcy z MIT (Instytutu Technologii w Massachusetts) podzielili wapień na wysoko skoncentrowany dwutlenek węgla i bezwęglowe wapno hydratyzowane. Wapno hydratyzowane mieszane jest z piaskiem w piecu do wypalania i przekształcane w cement bez ponownego uwalniania CO₂. Wysoce skoncentrowany dwutlenek węgla z pierwszego etapu może być przetwarzany na paliwo syntetyczne, suchy lód lub kwas węglowy bez uwalniania go do atmosfery. Jeśli w procesie podziału i spalania zastosowana zostanie zielona energia, wówczas proces będzie prawie bezemisyjny.

Proces ten jest bardzo obiecujący. Obecnie naukowcy pracują intensywnie nad tym, aby metoda ta znalazła zastosowanie na dużą skalę w przemyśle. W dłuższej perspektywie zapewnia ona obiecujące rozwiązanie problemu szkodliwości klimatycznej cementu.

Nowa mieszanka

Naukowcy z Federalnego Uniwersytetu Dalekowschodniego (Far Eastern Federal University) w Rosji zajmują się również kwestią, jakie mechanizmy dostosowawcze można zastosować, aby umożliwić produkcję betonu mniej szkodliwego dla środowiska. Wykorzystali oni wiedzę z zakresu technologii geologicznej w celu zoptymalizowania mieszanki materiałów, aby sprawdzić, jakie właściwości posiadają różnorodne kamienie, żwir i piasek w różnych terenach wydobywczych. Ponadto zamiast wody dodaje się specjalny fluidyfikator do betonu.

Podczas mieszania betonu naukowcy odkryli dodatkowe mechanizmy dostosowawcze. Dzięki wyjątkowo szybkoobrotowym mieszalnikom betonu czas mieszania zostaje skrócony. Oszczędza to ok. 70% kosztów energii.

W rezultacie opracowany przez nich materiał jest nie tylko bardziej przyjazny dla środowiska, ale wykazuje również znacznie lepszą odporność i wytrzymałość w temperaturach poniżej zera.

Beton powstały z odpadów z tworzyw sztucznych

Czy zużyte plastikowe butelki mogą wzmocnić beton? Dwóch studentów z MIT (Instytutu Technologii w Massachusetts) udowodniło, że można to zrobić.

W ramach projektu badawczego poddali zwykłe butelki PET nieszkodliwemu działaniu promieniowania gamma. Zmieniło to cząsteczki polimeru w sposób wystarczający, aby ustabilizować materiał. Powstał beton sproszkowany i zmieszany z cementem, który jest do 20% bardziej stabilny niż sam beton. Dzięki takiej mieszance można w przyszłości budować bardziej trwałe fundamenty, mosty lub chodniki. Jednocześnie metoda ta pomaga w rozwiązaniu problemu związanego z odpadami z tworzyw sztucznych. Ponieważ część masy zostaje zastąpiona proszkiem z tworzywa sztucznego, potrzeba mniej cementu, który w betonie stanowi czynnik szkodliwy dla klimatu. Znacząco zmniejsza to również emisję CO₂.

Recykling betonu

Ale co zrobić z betonem, który już jest obecny? Badanie prowadzone pod kierunkiem prof. Andrei Kustermann na uczelni w Monachium ma na celu ustalenie, czy beton z prac wyburzeniowych można w 100% poddać recyklingowi. Jako przedmiot badania posłużyła rozbiórka koszar bawarskich w Monachium, gdzie po wyburzeniu pozostało 300 000 ton betonu, cegły i zaprawy. ­Wyzwanie polega na tym, że oddzielenie różnych materiałów w gruzie jest czasochłonne i skomplikowane.

Podczas recyklingu tej mieszanki materiałów należy zwrócić szczególną uwagę na odpowiedni skład i wynikające z tego obszary zastosowania betonu poddanego recyklingowi. Jest więc wystarczająco dużo koncepcji. Pozostaje więc mieć nadzieję, że z uwagi na przyszły boom budowlany i spodziewane zmiany klimatyczne technologie przyjazne środowisku szybko trafią na rynek i będą stosowane.

Ponadto: firma Hilti nieustannie pracuje nad tym, aby firma pozostawiała jak najmniejszy ślad emisji CO₂. Przeczytaj tutaj, jak to zrobić.

Imponujące obiekty wykonane z betonu

Dziś obiekty wykonane z betonu należą do najbardziej interesujących pod względem architektonicznym budynków na świecie. Na tych zdjęciach znajduje się wybór najpiękniejszych, najciekawszych i najbardziej niesamowitych budynków z betonu z całego świata.