Bangunan Pertama Beton Dikuatkan Serat Karbon di Jerman Bentuk di TU Dresden

Universitas Teknis Dresden di Jerman mengumumkan awal konstruksi untuk rumah demo teknis C³ CUBE, dikenal lokal sebagai Carbonhaus. TU Dresden klaim gedung dua lantai 220 meter persegi ini akan menjadi bangunan pertama di dunia yang sepenuhnya terbuat dari beton dikuatkan serat karbon.

Didanai oleh Kementerian Pendidikan dan Riset Jerman, proyek €5 juta ini dimulai pada 2017 dan akan mencapai titik puncak pada musim semi 2021 dalam gedung universitas yang terdiri dari ruang kelas, laboratorium dan ruang presentasi. Meskipun fondasi dicor pada Maret 2020, konstruksi lebih lanjut baru sekarang dilanjutkan setelah keterlambatan yang disebabkan oleh coronavirus.

Desain, yang disempurnakan oleh firma arsitektur berbasis Munich HENN, menunjukkan pengurangan bobot dan kebentukkan beton dikuatkan serat karbon melalui elemen “twist” dan, sebagaimana dilaporkan oleh John Caulfield di Building Design + Construction, dinding beton tanpa sambungan sepanjang 24 meter.

“Twist” terbentuk dari dua elemen seperti cangkung yang berfungsi sebagai dinding dan atap. Elemen utama lainnya adalah kotak bertingkat. Beton dikuatkan serat karbon digunakan untuk kedua bagian. Setelah selesai, gedung akan sekitar 40 meter panjang, 7.2 meter lebar dan 6.9 meter pada ketinggian maksimum.

Proyek C³ - Beton Komposit Karbon saat ini adalah proyek penelitian terbesar di industri konstruksi Jerman. Bahan komposit beton karbon telah diteliti, dikembangkan dan increasingly diterapkan dalam praktik (sejak 2006) dengan bantuan konsorsium lebih dari 150 mitra dan lebih dari 300 proyek individu.

Bahan yang paling banyak digunakan di dunia setelah air - beton - selalu menyebabkan konsumsi bahan baku yang tinggi. Produksi semen saja bertanggung jawab atas 6,5% emisi karbon dioksida total, sekitar tiga kali CO₂ yang diproduksi oleh penerbangan global.

Berdedikasi untuk mengeksplorasi strategi konstruksi baru menggunakan beton dikuatkan serat karbon, €12 juta selama 4 tahun akan mendanai 26 peneliti. Mereka akan mengejar tidak hanya mengganti beton terpelapis baja sebelumnya tetapi juga mengembangkan strategi desain baru yang disesuaikan dengan properti beton dikuatkan serat karbon.

Proyek dipimpin oleh peneliti beton terpelapis serat karbon dan tekstil longtime TU Dresden, Dr. Manfred Curbach, dan berjudul, “Construction for the future: CRC/TR 280 Design strategies for carbon concrete structures using a minimal of material – Fundamentals for a new way of constructing.”

Mitra termasuk Universitas Teknik RWTH Aachen (Aachen, Jerman) dan Institut Penelitian Polimer Leibniz (IPF, Dresden). Potongan dari sinopsis proyek menjelaskan:

“Novel materials allow for new designs and new methods of construction. It sounds quite simple, but there is often a long way to go. In architectural engineering, innovation processes take a particularly long time due to high demands on safety and durability as well as complex standardization and approval procedures. This holds true even more so for high-performance building material combinations such as textile-reinforced concrete and carbon concrete, which will bring about a paradigm shift if not a revolution in building with concrete, the most important building material worldwide in terms of volume.

“Using carbon concrete can significantly reduce both the enormous consumption of resources and the CO₂ emissions of the construction industry, at the same time giving access to additional functions. However, first construction projects have demonstrated that despite the novel possibilities, … the conventional materials are simply being substituted. The full potential of the innovative carbon concrete composite material will only be realized in the future if it will be combined with intelligent design strategies.

“Profound fundamental research as well as a holistic approach are the prerequisites for finding suitable methods for the designing, modelling and projecting with novel construction materials. For carbon concrete composite, this implies lightweight construction principles adapted to the material. … The development of novel structures is closely linked to issues of manufacturability, taking into account both an accompanying product-related sustainability assessment and an adequate refinement of the composite itself.

“The construction strategies that will prove to be effective will allow for completely different shapes. The new design strategies and material combinations will reduce resource and energy consumption due to previously unknown lightweight construction principles, while at the same time offering high suitability for use, structural safety and durability. Additionally, these new strategies and composites are reflected in ambitious aesthetics, which may develop into a new 'art of constructing.'”

Serat karbon untuk penguatan beton dalam volume besar

Berita “Penguatan beton dari karbon dalam volume besar” diterbitkan pada Januari 2020 oleh Breton dan kemudian pada Maret oleh BFT International, majalah perdagangan yang diakui untuk produsen beton dan produk beton pra-cetak. Hitexbau (Augsburg, Jerman) telah mengembangkan baris produksi yang sangat terotomatisasi untuk penguatan serat karbon, memungkinkan dimensi besar serta volume besar. Grid balok tersedia sebagai gulungan atau lembar dan reportedly memungkinkan penggunaan beton dengan diameter butir besar hingga 16 milimeter.

Dalam kombinasi dengan lapisan khusus struktur penguatan tekstil dan formulasi beton yang berbeda, Hitexbau mengklaim penguatan ini memungkinkan beton dengan kekuatan tekan puncak 3.300 newton per meter persegi.

Sejak 2015, Hitexbau bekerja sama erat dengan baik TU Dresden dan RWTH Aachen untuk mengembangkan penguatan tekstil serat karbon untuk industri bangunan dan konstruksi. Selain menyediakan penguatan, ia menawarkan pengembangan produk dan pengujian laboratorium.

Catatan Editor: Altus Group (Greenville, SC, AS) adalah aliansi produsen beton pra-cetak yang membawa teknologi inovatif ke pasar konstruksi. Sejak 2017, anggotanya telah menyelesaikan lebih dari 1.400 proyek menggunakan teknologi CarbonCast terpelapis CFRP, totaling 40 juta kaki persegi (3.7 juta meter persegi). Silakan baca tentang teknologi CarbonCast, yang dikembangkan dengan Chomarat North America (Williamston, SC, AS) menggunakan produk C-GRID-nya dalam artikel 2017: “Higher performance in precast concrete with CFRP”.