Un projet de recherche de la TU Dresden et de la TU Aachen a réussi à jeter les bases du premier cube en carbone au monde à Dresde. Il vise à prouver que le béton de carbone est le matériau composite du futur. Dans quelle mesure il économise du matériel, des ressources et du CO 2 , où il est utilisé et quelles possibilités il offre pour la construction de maisons, vous pouvez le découvrir ici.
Le béton de carbone comme projet de recherche
Le premier bâtiment en béton de carbone Cube, qui est actuellement en construction à Fritz-Förster-Platz à Dresde, n'a pas seulement été conçu comme une maison dans laquelle les gens travaillent et interagissent, mais aussi comme un lieu de représentation pour la construction en béton de carbone orientée vers l'avenir. Une méthode de construction qui ouvre de nombreuses possibilités, tant en termes de conception que de construction durable. Avec le début de la construction de la première maison en béton de carbone au monde - entièrement constituée d'armatures non métalliques - nous pouvons revenir sur une longue et passionnante histoire en même temps.
Le Cube veut également être une vitrine pour la construction en béton de carbone tournée vers l'avenir.
Comment tout a commencé
Dès le début des années 1990, des scientifiques de l'Université technique de Dresde (TU Dresden) et de la Rheinisch-Westfälische Technische Universität Aachen (RWTH Aachen) ont eu l'idée d'insérer des fibres textiles sous la forme d'un tapis en forme de grille dans le béton. À l'époque, l'idée était si absurde que même les sponsors ont exprimé des inquiétudes et ont demandé que l'industrie de la construction en soit convaincue avant tout. Heureusement, les grandes entreprises de construction ont reconnu l'énorme potentiel du béton armé textile et, avec leur signature, ont permis de financer le projet de recherche. Depuis 2014, le ministère fédéral de l'Éducation et de la Recherche promeut également le développement et la mise en œuvre de la construction en béton de carbone sur le marché dans le plus grand projet de recherche sur le bâtiment d'Allemagne C3 - Carbon Concrete Composite.Plus de 160 partenaires d'entreprises et d'institutions scientifiques ont traité 300 sous-projets sur des sujets tels que les processus de fabrication et de transformation, les normes et agréments, la sécurité au travail, la démolition, le démantèlement et le recyclage.
Béton textile vs béton de carbone: quelle est la différence?
Par béton armé textile (TRC), on entend un matériau composite constitué de béton et d'une armature de type mat textile. Alors qu'au début du projet de recherche, on utilisait principalement des fibres de verre hautes performances résistantes aux alcalis pour la production du renfort, aujourd'hui les fibres de carbone, c'est-à-dire le carbone, s'avèrent être le matériau de départ approprié pour le renfort en forme de mat et maintenant en forme de tige. La combinaison du béton et des deux types de renforcement est connue aujourd'hui sous le nom de béton de carbone.
Dans la fabrication du béton de carbone, le carbone est utilisé comme matière de départ pour l'armature, qui se présente souvent sous la forme d'un mat.
La combinaison du carbone et du béton économise des ressources
Le béton a la propriété de pouvoir absorber de grandes forces de compression, mais presque aucune force de traction. Le renfort en mat ou en forme de tige en carbone forme donc un composant interne capable de reprendre ces efforts de traction. Une interaction parfaite qui présente de nombreux avantages - par exemple, des économies de matière allant jusqu'à 80%, selon l'application. Le premier composant en béton de carbone qui a reçu l'approbation générale du bâtiment (abZ) de l'Institut allemand de la technologie du bâtiment était un panneau de façade d'une épaisseur de seulement deux centimètres. Pour un panneau de façade comparable en béton armé, huit à dix centimètres sont nécessaires. En raison du faible volume de béton et du renforcement en carbone nettement plus léger, les émissions de CO2 ont été réduites de plus d'un quart.Les économies de matériaux conduisent non seulement à une réduction des émissions de dioxyde de carbone et de la consommation d'énergie liées à la production, mais elles permettent également d'économiser des ressources précieuses telles que le sable et l'eau.
Domaines d'application du béton de carbone: rénovation et construction neuve
Avec une construction à parois plus minces en béton de carbone, plus d'espace utilisable peut être gagné dans le nouveau bâtiment. La conductivité électrique de la fibre de carbone permet également l'intégration de fonctions supplémentaires, telles que le chauffage mural et la charge inductive. La durée de vie nettement plus longue, prévue à 200 ans (au lieu de 60 à 80), joue un rôle important dans la construction des ponts. Le renfort en carbone chimiquement inerte évite les travaux de réparation.
Le béton de carbone s'avère non seulement être une alternative appropriée au béton armé dans les nouveaux bâtiments, le matériau composite est également utilisé dans la rénovation de maisons ou de bâtiments anciens. En éliminant le revêtement de béton supplémentaire nécessaire pour protéger l'acier rouillé, les structures avec une fine couche d'un demi-centimètre à un centimètre de béton de carbone peuvent être réparées. En raison de la légèreté du carbone, le renfort peut être posé beaucoup plus rapidement lors de la rénovation de silos ou de plafonds de construction. Il n'est pas nécessaire de fixer l'armature avec des ancrages muraux. Le poids des plafonds des bâtiments existants n'est que légèrement augmenté par la fine couche de béton de carbone, de sorte que le renforcement des éléments porteurs adjacents tels que les colonnes,Les murs et les fondations peuvent être largement supprimés et la hauteur utile de la pièce est presque conservée.
À gauche: un silo à deux chambres à Uelzen a été rénové avec du béton de carbone.
À droite: Un pont ferroviaire rénové avec du béton de carbone se trouve à Naila.
Comparaison des coûts: carbone vs acier
Si vous regardez les coûts, à première vue, le béton de carbone semble être la variante nettement plus chère: un kilogramme d'acier coûte actuellement 1 euro et 1 kilogramme de carbone environ 16 euros. Cependant, le carbone est quatre fois plus léger et jusqu'à six fois plus stable que l'acier et atteint ainsi 24 fois les performances. De nombreux projets déjà mis en œuvre montrent clairement que l'utilisation du béton de carbone ne doit pas nécessairement être associée à des coûts élevés. Dans un appel d'offres public pour l'entretien d'un pont ferroviaire à Naila, le béton de carbone a prévalu sur le béton armé. Le facteur décisif était la technologie rentable et rationnelle pour la réparation. Lors de la rénovation des plates-formes de la Deutsche Bahn, la vitesse était primordiale. Dans ce cas, les coûts matériels n’ont pas été déterminants,mais les coûts des temps de fermeture de la voie ferrée, car la légèreté des pièces préfabriquées en béton de carbone a fait gagner un temps précieux lors de l'installation.
Le carbone (ci-dessous) est plus cher, mais aussi plus léger et plus résistant que l'acier. L'utilisation de béton de carbone n'est pas nécessairement associée à des coûts plus élevés.
Béton de carbone: un cycle de matière fermé
Selon l'état actuel des recherches, les bâtiments en béton de carbone peuvent être facilement recyclés. Après la démolition d'un bâtiment, les composants carbone et béton peuvent être séparés avec une pureté de 98%. Pour cela, on utilise des procédés établis qui sont déjà connus des industries de l'aviation, de l'automobile et des articles de sport. De plus, les appareils et machines disponibles dans le commerce conviennent à la fois à la démolition et au concassage du béton de carbone. Les composants sont triés à l'aide de systèmes contrôlés par capteurs et basés sur des caméras. Les fibres de carbone traitées peuvent ensuite être utilisées pour la production de nouveaux renforts en forme de mat et de tige ou comme matériau pour la production de carrosseries de voitures ou de cadres de vélos. La recherche actuelle est prometteuse et montreque jusqu'à présent aucun fragment de fibre respirable dans la gamme de taille de la définition de l'OMS n'a été trouvé. En conséquence, aucune mesure autre que la sécurité du travail habituelle n'est nécessaire.
Cube de maison en béton de carbone: une étape importante dans l'histoire du bâtiment
Depuis début 2020, toutes les connaissances déjà acquises sur la construction en béton de carbone ont été intégrées dans le projet phare Cube. Le premier bâtiment au monde en béton de carbone est le résultat d'une collaboration intensive entre les entreprises et la science. Le cube est composé de deux coques torsadées à double courbure et d'un cube de deux étages fait de pièces préfabriquées en béton de carbone - la soi-disant boîte. Le bâtiment a été conçu par Henn Architects. Aib Bautzen GmbH est responsable de la planification générale. D'une part, le bâtiment est destiné à démontrer les capacités du matériau et, d'autre part, à présenter de manière impressionnante le large éventail de possibilités en architecture, technologie et économie.Le cube d'une superficie totale de 220 mètres carrés est en cours de construction sur la parcelle à l'angle de la Einsteinstrasse et de la Zellescher Weg à Dresde. Après son achèvement, le bâtiment sera soumis à une surveillance approfondie lors de son utilisation réelle. Il sert d'une part de laboratoire et d'autre part de lieu d'événement pour les opérations universitaires de la TU Dresden. Ici, non seulement les coûts d'exploitation et de cycle de vie sont évalués, mais également l'adéquation à long terme en ce qui concerne les aspects structurels, structurels et physiques du bâtiment.Ici, non seulement les coûts d'exploitation et de cycle de vie sont évalués, mais également l'adéquation à long terme en ce qui concerne les aspects structurels, structurels et physiques du bâtiment.Ici, non seulement les coûts d'exploitation et de cycle de vie sont évalués, mais également l'adéquation à long terme en ce qui concerne les aspects structurels, structurels et physiques du bâtiment.
Your-Best-Home.net en béton de carbone a une superficie totale de 220 mètres carrés et est également destiné à servir de lieu d'événements pour l'université.
Conclusion: le béton de carbone jouera un rôle important dans le monde de la construction
Avec l'émergence du futuriste Cube, une maison en carbone entièrement construite à partir de renfort non métallique, une interaction fascinante entre la conception dynamique et les influences cubistes est démontrée et l'efficacité économique du matériau est illustrée conformément à toutes les exigences du droit du bâtiment. En regardant vers l'avenir, les entrepreneurs et les scientifiques sont convaincus que l'utilisation de cette technologie innovante est déjà irréversible et conquiert de plus en plus le marché. Une étape importante vers une mise en œuvre réussie est la fourniture d'une directive pour le béton de carbone d'ici la fin de 2021. La construction du premier bâtiment en béton de carbone et la directive créent des conditions préalables importantes pourafin d'ancrer avec succès cette méthode de construction dans le monde de la construction au cours des cinq prochaines années.
les auteurs
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Eh Manfred Curbach a étudié le génie civil à l'Université de Dortmund de 1977 à 1982 puis a effectué des recherches en tant qu'assistant de recherche jusqu'à son doctorat en 1987 dans les chaires de construction en béton et béton armé, d'abord à l'Université de Dortmund, puis à l'Université de Karlsruhe. Après plusieurs années d'expérience pratique chez Köhler + Seitz, il a repris la chaire de construction solide à la TU de Dresde en 1994. En 2016, il a reçu le prix du futur allemand du président fédéral pour ses recherches sur le béton de carbone.
les auteurs
Sandra Kranich
Sandra Kranich a d'abord étudié l'allemand comme langue étrangère à l'Université professionnelle de Racibórz, en Pologne. En 2007, elle a déménagé en Allemagne et en 2010 a obtenu son baccalauréat en recherche sur les médias / pratique des médias à l'Institut d'études de la communication de TU Dresden. En 2013, elle a obtenu sa maîtrise en recherche appliquée aux médias. Elle a acquis sa première expérience professionnelle à la TU Bergakademie Freiberg dans le domaine des relations publiques. Depuis 2015, elle est responsable des travaux de presse et de relations publiques dans le plus grand projet de recherche sur le bâtiment en Allemagne C³ - Carbon Concrete Composite e. V. responsable.
