Solusi Komposit Mempercepat Pembuatan Fasad Beton
Setiap bangunan bertingkat yang dibangun saat ini membutuhkan fasad. Dari kata Prancis façade, yang berasal dari kata Italia facciata, berarti "wajah." Singkatnya, fasad adalah struktur eksterior yang menghadap publik yang memberikan karakter, warna dan bentuk pada bangunan. Untuk arsitek, fasad sangat menentukan nada bagi sisa bangunan dan mengatakan banyak tentang niat arsitektur desainer.
Sebuah fasad juga fungsional. Ia memberikan struktur yang mengelilingi jendela dan pintu, melindungi bangunan dari cuaca dan dampak, dan mempengaruhi efisiensi energi bangunan. Sebuah fasad dapat dibangun dari berbagai material, termasuk komposit, batu, baja, kaca atau beton. Beton dalam fasad, oleh karena formabilitasnya, dapat digunakan untuk memberikan bangunan tampilan yang sangat dimensi dan berdampak visual, terutama jika bentuk beton bervariasi.
Gula adalah raja
Ini adalah kasus di Domino Park, proyek pengembangan ulang 11 hektar di tepi air Williamsburg di Brooklyn, New York, AS. Di tengah Domino Park adalah Domino Sugar Refinery berusia 138 tahun, yang ditutup pada 2004 dan sekarang dikembangkan ulang sebagai ruang perkantoran dan ritel. Sebagian Domino Park mencakup beberapa bangunan baru, termasuk One South First berlantai 45 dan 10 Grand yang bersatu. Untuk bangunan ini, arsitek, COOKFOX (New York, N.Y.) memutuskan untuk menggunakan fasad beton yang memiliki banyak sudut permukaan, banyak bentuk frame jendela dan banyak lebar frame jendela untuk, dari jarak jauh, secara longgar menyampaikan kesan kristalinitas gula, sesuai dengan sejarah lokasi.
Gate Precast Co. (Jacksonville, Florida, AS) memenangkan kontrak untuk membangun fasad beton — secara dasar, serangkaian frame jendela — untuk proyek One South First. Perusahaan akan, seperti yang biasa untuk fasad beton, memproduksi frame di fasilitasnya sendiri dan kemudian mengirim frame selesai ke lokasi kerja tempat mereka akan diangkat ke tempat instalasi melalui crane. Jika Gate memutuskan untuk mengikuti tradisi, mereka akan membuat cetakan kayu untuk membentuk semua frame beton. Gate, namun, memutuskan untuk tidak mengikuti tradisi.
Untuk memahami, kembali ke 2017, ketika Gate bekerja sama dengan Precast/Prestressed Concrete Institute (PCI, Chicago, Illinois, AS) dan Oak Ridge National Laboratory (ORNL, Oak Ridge, Tennessee, AS) untuk melakukan penilaian awal tentang penggunaan manufaktur aditif skala besar untuk membangun cetakan komposit untuk forming beton precast di pabrik. Penilaian ini dilakukan menggunakan mesin BAAM (Big Area Additive Manufacturing) di ORNL. BAAM adalah mesin manufaktur aditif skala besar dengan envelop bangunan 25 meter persegi, yang dikembangkan bersama oleh ORNL dan Cincinnati Inc. (Harrison, Ohio, AS). Gate berkomitmen untuk membangun cetakan komposit untuk fasad One South First. Proyek membutuhkan 80 cetakan total, 37 di antaranya akan dicetak. Sisa 43 akan dibuat dari kayu. Pada saat keputusan ini dibuat, timeline untuk pengiriman cetakan sudah sangat ketat.
Pada 2016, Additive Engineering Solutions (AES, Akron, OH) telah memperoleh mesin BAAM pertamanya dari Cincinnati Inc. Karena itu, ORNL dan Gate Precast beralih ke AES untuk bantuan. Andrew Bader, VP dan pendiri bersama AES, mengatakan perusahaan dan ORNL membagi paket pekerjaan, dengan AES memproduksi 18 dari 37 cetakan. Bader mengatakan setiap cetakan frame jendela berukuran sekitar 5-6 kaki lebar, 9-10 kaki tinggi dan 16 inci dalam dan berat sekitar 500 lb.
Bader mengatakan interior geometri cetakan, karena dirancang untuk menghasilkan frame yang mengelilingi jendela persegi panjang, relatif sederhana. Namun, desain permukaan eksterior frame, seperti yang disebutkan, lebih kompleks, dengan kedalaman dan sudut yang bervariasi terintegrasi ke dalam setiap cetakan. Satu bentuk yang dicetak menggantikan bentuk kayu yang terdiri dari banyak potongan yang dipotong secara individual dan dibaut bersama. "Geometri sederhana, tetapi rumit," kata Bader. "Proyek membutuhkan beberapa desain frame yang unik, tergantung pada lokasi frame."
Untuk sebagian produksi, AES memilih bahan komposit LNP THERMOCOMP AM, bahan modulus tinggi dan low-warp berdasarkan ABS dengan penguatan serat karbon chopper 20% yang disediakan oleh SABIC (Houston, Texas, AS). Bader mengatakan mesin BAAM membutuhkan waktu 8-10 jam untuk membangun setiap cetakan monolitik, diikuti oleh 4-8 jam pemesinan dan finishing di mesin CNC Quintax (Stow, Ohio, AS). Dia melaporkan cetakan dikasup hingga dimensi yang diperlukan, tetapi tidak dilapisi.
Membuat Frame Jendela
Cetakan dikirimkan ke fasilitas Gate di Winchester, Kentucky, AS, tempat digunakan bersama dengan 43 cetakan kayu tradisional yang dibangun Gate untuk proyek. Cetakan kayu dirangkaian secara manual oleh karyawan Gate, kemudian lapisan mat serat kaca dan resin diterapkan, dengan form oil disemprotkan untuk memfasilitasi pelepasan frame beton yang terbentuk. Form oil juga disemprotkan pada cetakan komposit untuk memfasilitasi pelepasan.
Untuk melakukan pengecoran beton, beberapa cetakan ditempatkan pada meja cetak kayu panjang 40-50 kaki. Cetakan digabungkan untuk menghasilkan satu frame, frame ganda atau frame tiga. Tulangan baja ditempatkan di dalam setiap cetakan dan beton dicurahkan di sekitar tulangan. Meja cetak kemudian digetarkan untuk mengonsolidasikan beton. Setelah 14-20 jam pengeringan, frame jendela dicetak keluar, dicuci asam dan dipolir. Kemudian, jendela dipasang dan seluruh paket dikirimkan dengan truk ke lokasi konstruksi di Brooklyn.
Bader mengatakan cetakan komposit AES, bekerja bersama dengan cetakan kayu tradisional, dengan cepat mengungkapkan keuntungannya. Pertama, katanya, cetakan kayu hanya memungkinkan 15-20 pengecoran beton sebelum harus dikeluarkan dari layanan dan direnovasi atau diganti. Cetakan AES, sebaliknya, memungkinkan 200 pengecoran beton dengan renovasi minimal atau waktu non-aktif. Dan 200 pengecoran, kata Bader, mewakili akhir proyek, bukan akhir masa pakai cetakan. "Itu hanya tempat mereka berhenti," katanya. "Jika cetakan kami dirawat dengan baik, kami pikir mereka dapat digunakan ratusan kali."
Selanjutnya, untuk penggunaan 150 pengecoran atau lebih, Gate menghitung bahwa akan membutuhkan hingga 10 cetakan kayu untuk mencapai performa satu cetakan AES. Juga, mengingat Gate membutuhkan 40 jam kerja manusia untuk membuat cetakan kayu, tanpa 37 cetakan komposit perusahaan tidak akan memenuhi persyaratan jadwal proyek One South First.
Bader mengakui cetakan komposit AES berharga empat kali lebih mahal dari cetakan kayu, tetapi tahan lama setidaknya 10 kali. "Cara pembentukan cetakan precast telah tetap relatif tidak berubah selama bertahun-tahun," menegaskan Bader. "Tiba-tiba, suatu hari, kami membuat bentuk 3D 500-pound dan semua orang terkejut." Namun, dia mengakui bahwa manufaktur aditif cetakan semacam ini paling hemat biaya dalam aplikasi di mana bentuk beton memiliki geometri yang kompleks atau repetisi tinggi — bentuk yang sama banyak kali.
AES, Bader melaporkan, kini memiliki dan mengoperasikan empat mesin BAAM dan dapat memproduksi bagian hingga tinggi 8 kaki. Bagian yang jauh lebih besar telah dibangun dengan menggabungkan beberapa potongan.
