6 Minutės
New sustainable building material from cardboard, soil and water
Australijos RMIT universiteto inžinieriai sukūrė cemento neturintį statybinį materialą, pagamintą iš vien tik kartono, dirvos ir vandens. Pavadintas cardboard-confined rammed earth, šis sprendimas turi maždaug ketvirtadalį tradicinio betono anglies pėdsako ir tuo pačiu padeda nukreipti kartono atliekas nuo sąvartynų. Pasak tyrėjų, medžiaga yra pakankamai tvirta formuoti atramines sienas mažo aukščio pastatams ir suteikia šiluminių savybių, mažinančių vėsinimo poreikį karštuose regionuose.
Why this matters for low-carbon construction
Cemento ir betono gamyba sudaro apie 8 % pasaulinių CO2 emisijų; tuo tarpu Australija kasmet į sąvartynus išsiunčia daugiau nei 2,2 milijono tonų kartono ir popieriaus. RMIT komanda sujungė seniai žinomą sutankinto dirvožemio (rammed earth) koncepciją — sutankintas dirvos sienas — su lengvojo kartono formų naudojimu, taip sukurdama daugkartinio naudojimo, perdirbamą konstrukcinį elementą, visiškai atsisakančią cemento.
Pagrindinis autorius dr. Jiaming Ma paaiškina praktinę inovacijos naudą: „Šiuolaikinė sutankinto dirvožemio statyba dažnai prideda cementą dėl tvirtumo. Cemento naudojimas yra per didelis, atsižvelgiant į natūralią sutankintų dirvožemio sienų storį.“ RMIT dizainas pašalina cementą ir, komanda praneša, daugeliu mažo aukščio taikymų pasiekia palyginamą konstrukcinį našumą už mažesnę nei trečdalį betono kainą.
How it is made and its practical benefits
Cardboard-confined rammed earth gaminama statybvietėje, užpildant kartonines tūbeles arba kartono formą dirvos ir vandens mišiniu, o po to ją sutankinant rankiniu būdu arba mechanizmu. Kartonas laiko sutankintą dirvą džiūvimo ir kietėjimo metu, o vėliau gali būti pernaudojamas arba perdirbamas. Emeritas profesorius Yi Min „Mike" Xie, susirašinėjantis autorius ir konstrukcijų optimizavimo ekspertas, pažymi: „Vietoje to, kad vežtųsi tonas plytų, plieno ir betono, statybininkams reikėtų tik lengvo kartono, nes beveik visa kita medžiaga gali būti paimta vietoje. Tai reikšmingai sumažintų transporto kaštus, supaprastintų logistiką ir sumažintų pradines medžiagų sąnaudas.“
Praktinis gamybos procesas leidžia adaptuoti medžiagų sudėtį pagal vietines sąlygas: vietiniai raudoni dirvožemiai, priemolis arba smėlis gali būti maišomi skirtingais proporcijomis, kad būtų pasiektas optimalių dalelių gradacijos derinys. Dėl to konstrukcijos prisitaiko prie regioninių išteklių ir sumažina poreikį siųsti išorines medžiagas. Be to, gamyba vietoje sumažina įterptąją energiją, susijusią su transportu, ir skatina žiedinę ekonomiką — kartonas, kuris kitu atveju atsidurtų sąvartyne, įgyja antrą gyvenimą kaip formavimo elementas.
Thermal mass and climate resilience
Sutankintos dirvos konstrukcijos pasižymi dideliu šiluminiu inertiškumu — jos sugeria ir lėtai grąžina šilumą — todėl tokios sienos natūraliai sušvelnina patalpų temperatūros svyravimus ir drėgmės pokyčius. Karštuose klimatuose tai sumažina oro kondicionavimo poreikį ir su tuo susijusias emisijas, todėl metodas yra patrauklus nuotolinėms ar regioninėms teritorijoms, kuriuose paplitę tinkami raudoni dirvožemiai. Be to, šiluminė masė gerina dienos ir nakties temperatūros balansą, pailgina komforto intervalus be aktyvių sistemų įsikišimo.
Praktiniai energijos modeliavimai ir eksperimentiniai bandymai rodo, kad pastatai su didesne šilumine mase gali sumažinti vėsinimo poreikį skaitine reikšme nuo keliolikos iki kelių dešimčių procentų, priklausomai nuo pastato orientacijos, izoliacijos ir vietinės klimato charakteristikos. Tokie efektai gali būti dar labiau sustiprinti integruojant pasyvios vėdinimo ir dienos apšvietimo sprendimus.
Structural performance and design considerations
Cardboard-confined rammed earth mechaninis tvirtumas priklauso nuo kartono formos storio ir suspaudimo kokybės. RMIT komanda sukūrė dizaino formulę, kuri susieja kartono tūbelės storį su numatoma gniuždomąja stiprybe, leidžiančia inžinieriams specifikuoti formas konkrečioms apkrovų sąlygoms. Tokioje formulėje paprastai atsižvelgiama į dirvos dalelių gradaciją, drėgmės kiekį, suspaudimo tankį ir formos geometriją.
Suspaudimo kokybė yra lemiamas veiksnys: rankinis suspaudimas gali būti pakankamas mažo masto projektams, tačiau didesnėms arba reguliuojamoms konstrukcijoms geriau naudoti mechaninius plaktukus ir kompaktorius, kad būtų užtikrintas vienodas tankis ir mažesnė slėgio skirtumų variacija. Kokybinės kontrolės protokolai — pavyzdžiui, suspaudimo sluoksnių storio ribojimas, drėgmės matavimai ir kaupinių stiprumo bandymai — yra esminiai, norint užtikrinti nuoseklų našumą.
RMIT tyrimuose Ma taip pat eksperimentavo su anglies pluošto armavimu kartu su sutankintu dirvožemiu ir parodė, kad kai kuriais testais pasiekti rezultatai yra palyginami su aukštos klasės betonu. Tai atveria galimybes taikyti medžiagą platesnėse srityse nei tik mažo aukščio statyba, pavyzdžiui, moduliniams elementams ar hibridinėms konstrukcijoms, kur reikia papildomo tempimo arba lankstumo valdymo.
Be to, gamyba vietoje ženkliai sumažina įterptąją energiją ir logistikos sudėtingumą, ypač izoliuotose bendruomenėse arba atkūrimo po stichinių nelaimių scenarijuose. Lengvas tiekiamosios žaliavos pobūdis (kartonas, vietinė dirva) sumažina sunkiojo transporto poreikį ir leidžia greičiau organizuoti statybos grandinę. Medžiaga taip pat atitinka žiedinės ekonomikos tikslus — nukreipdama kartoną nuo sąvartynų ir panaudodama vietinius dirvožemius.
Expert Insight
Dr. Hannah Reyes, medžiagų mokslo specialistė, besispecializuojanti tvarioje statyboje, komentuoja: „Šis metodas atgaivina amžių senumo žemės statybos technikas su šiuolaikine, pragmatiška perspektyva. Kvantifikuodama, kaip kartono formavimas veikia konstrukcinį našumą, RMIT jungia laboratorinius tyrimus ir statybvietės praktiką. Regionams, kuriuose tiekimo grandinės yra ribotos, anglies ir kaštų taupymas gali būti reikšmingas — jei tik statybininkai priims standartinius bandymus ir kokybės kontrolę.“
Reyes taip pat pabrėžia poreikį sukurti apmokymų programas statybininkams ir techninius protokolus, kad nauja technologija būtų diegiama saugiai ir efektyviai. Standartizacija, sertifikacija ir ilgalaikės eksploatacijos bandymai padėtų įtikinti investuotojus, rangovus ir reguliavimo institucijas priimti sprendimą plačiau taikyti šią medžiagą.
Future prospects and industry uptake
Tyrimų komanda yra atvira pramonės partnerystėms, siekdama bandyti medžiagą realiuose projektuose ir tobulinti gamybos metodus. Plačiam diegimui reikės pastato kodeksų pripažinimo, ilgaamžiškumo bandymų per sezonus ir apsauginių priemonių ar dizaino pritaikymų, skirtų drėgmei atviruose mazguose. Jei šie žingsniai pasiseks, cardboard-confined rammed earth gali būti įtraukta į tvaraus būsto, bendruomeninės infrastruktūros ir modulinės statybos sistemas.
Komercinis įsisavinimas priklausys nuo kelių veiksnių: kainodaros konkurencingumo su įprastiniu betonu atsižvelgiant į visą gyvenimo ciklą; gebėjimo užtikrinti kokybę ir nuoseklumą statybvietėje; bei reglamentavimo institucijų pritarimo. Strateginės pilotinės programos, bendradarbiavimas su vietos savivaldybėmis ir viešieji demonstraciniai projektai galėtų pagreitinti priėmimą ir parodyti realius ekologinius bei ekonominius pranašumus.
Praktiniai pritaikymai apima mažo aukščio gyvenamuosius namus, bendruomenės pastatus, mokyklas ar sveikatos centrus regionuose, modulinius kambarinius sprendimus bei avarinį būstą po stichinių nelaimių. Taip pat galimi architektūriniai sprendimai, integruojant natūralias apdailas ir lokalią estetiką, kuri papildomai didina priimtinumą bendruomenėse.
Conclusion
Cardboard-confined rammed earth yra mažo kašto, mažo anglies pėdsako alternatyva tradiciniam betonui daugelyje mažo aukščio taikymų. Naudodama kartoną, dirvą ir vandenį, technika sumažina emisijas, nukreipia atliekas nuo sąvartynų, mažina transporto poreikį ir suteikia šiluminių privalumų, didinančių gyvenimo kokybę pastatuose. Su dizaino formulėmis, susiejančiomis formos storį su stiprumu, ir pirminiais armavimo tyrimais, rodančiais galimybes pasiekti didesnį našumą, ši inovacija žengia praktišką žingsnį link žalesnės ir atsparesnės architektūros. Tolesni bandymai, standartizacija ir pramonės partnerystės yra esminiai komponentai, norint išplėsti technologijos taikymą ir užtikrinti jos ilgalaikį poveikį tvarios statybos sektoriui.
Šaltinis: sciencedaily
Komentarai