Nemecký stavebný časopis
Pojem „textil“ je všeobecne pevne spojený s odevným priemyslom. Textilné vlákna sa v stavebníctve používajú už celé desaťročia. Intenzívnym výskumom by sa mohol zahájiť vývoj zameraný na doplnenie „ťažkých“ stavebných materiálov, betónu, ocele a keramiky o „ľahké“ materiály, s cieľom lepšieho plnenia stavebných fyzikálnych, statických a energetických požiadaviek. Komponenty vystužené technickými textilnými vláknami ponechávajú vďaka svojej nízkej hmotnosti priestor aj pre elegantné stavebné vzory.
Technické textilné vlákna sa dnes nespracovávajú iba v tenkých, ľahkých betónových škrupinách, ale tiež ako ochranná výstuž vo fóliách (bezpečnostné, vlhkostné, zvukovoizolačné, strešné/fasádne atď.), Plastových omietkach a oknách, bezpečnostných sklách, izolačných materiáloch, solárnych paneloch a v nespočetných ďalších výrobkoch. Stavebná konštrukcia.
Hľadanie úsporných a udržateľných kombinácií stavebných materiálov, ktoré šetria zdroje, viedlo k doteraz nepredstaveným aplikáciám. Intenzívny výskum týchto štruktúr sa v Nemecku uskutočňoval zhruba od 50. rokov 20. storočia - predovšetkým kompozitných materiálov, ktoré sa dajú ekonomicky použiť pri stavbe budov. Výsledok: vláknité kompozitné materiály sa dnes používajú v stavebníctve ako geotextílie a pri pozemných stavbách pre vysoko kvalitné fasádne konštrukcie, tenké betónové plášte alebo stropy, ako aj pre strešné konštrukcie alebo vnútorné vybavenie.
Štrukturálne vlastnosti
V diskusiách o verejnej architektúre v 50. a 60. rokoch boli vláknové kompozity spojené s negatívnym obrazom „plastov“, takže napriek ich technickým výhodám koncom 70. rokov takmer úplne zmizli zo stavby. Z vtedajšieho vývoja sa zistilo, že zavádzanie nových materiálov môže byť z dlhodobého hľadiska úspešné, iba ak sa obmedzí na aplikácie, v ktorých môže priniesť výhody oproti tradičným stavebným materiálom. Nasledujúce vlastnosti vláknitých kompozitných materiálov sú zvlášť zaujímavé pre stavebný priemysel:
- vysoká mechanická pevnosť s nízkou hmotnosťou,
- Odolnosť proti korózii, vplyvom prostredia a únave,
- nízka tepelná vodivosť polymérnej plastovej matrice,
- Fyzická bezpečnosť budovy a odolnosť proti vlhkosti,
- rozmanité možnosti architektonického návrhu z hľadiska priehľadnosti, tvaru a farby a rozmanité možnosti kombinácií pre jednotlivé komponenty materiálu.
Ukážka betónovej konštrukcie
Z dôvodu súčasnej frekvencie poškodzovania oceľových komponentov, napríklad mostov alebo prefabrikovaných dielcov v budovách, je čoraz naliehavejší dopyt architektov a stavebných inžinierov po nahradení oceľovej výstuže kompozitmi vystuženými vláknami. Výzvy spojené s výrobou pre výskum a priemysel platia menej pre jednotlivé prípady špecifické pre konkrétny objekt ako pre štandardizované stavebné konštrukcie, ktoré je možné použiť v stavebnej praxi. Musia spĺňať nielen statické požiadavky, ale aj vysoké požiadavky na udržateľnosť, energetickú účinnosť, ľahkú konštrukciu a slobodu architektonického dizajnu.
Ďalšou oblasťou použitia je debniaca membrána. To umožňuje bez problémov vyrobiť hladké povrchy alebo tvarované súčasti, napríklad tvarované povrchy stien, okrúhle stĺpy, uhlové podpery, hladké povrchy atď. Na rozdiel od debnenia z dreva alebo kovu navyše nie je potrebný žiadny debniaci olej, ktorý zlepšuje ochranu životného prostredia.
Príklad fasády
Celkový komplex ROC Leiden od RAU Architecten (Amsterdam) vykazuje architektonicky mimoriadny dizajn fasády. Veľké plochy okien zabezpečujú, aby denné svetlo prenikalo hlboko do budovy. Celý povrch fasády s rozlohou takmer 10 000 m² je ohraničený komplikovane individuálne vyrobenými, čiastočne zaoblenými záclonovými prvkami z železobetónu, ktoré sú pripevnené k hliníkovej alebo čiastočne k nerezovej spodnej konštrukcii. Použitie stabilnejšej konštrukcie z nehrdzavejúcej ocele na niektorých častiach fasády bolo nevyhnutné kvôli vysokému zaťaženiu vetrom, ktoré vyplýva z geometrie budovy. S cieľom určiť správne dimenzovanie upevnenia sa predtým vykonali intenzívne modelové skúšky v aerodynamickom tuneli.
Použitie textilného betónu na fasáde ROC v Leidene spolu s architektonickou slobodou dizajnu bolo spôsobené predovšetkým nízkou hmotnosťou. Prvky vystužené textíliou umožňujú relatívne malé betónové krytiny výstuže, pretože použité textílie, ako sú sklenené vlákna a uhlíkové tkaniny, nie sú citlivé na koróziu. Prvky 1 780 x 624 mm (Hering betoShell ® BIG) bolo možné vyrobiť v hrúbke iba 30 mm. Malá konštrukčná hrúbka a z toho vyplývajúce zníženie hmotnosti tiež umožnilo zjednodušiť proces výroby a montáže. Pokiaľ ide o farebné a povrchové prevedenie, textilný betón dokázal dosiahnuť vzhľad požadovaný zákazníkom a spoločnosťou RAU Architecten. Vybral sa vysoko výkonný betón zelenej farby, ktorého lesklý agregát z prírodného kameňa sa prejavuje ďalším okyslením povrchu dosky.
Ostatné betónové továrne tiež ponúkajú architektom možnosť vyrábať prefabrikované betónové prvky vystužené textilnými vláknami podľa jednotlivých architektonických návrhov. Túto technológiu doteraz využívali najmä medzinárodné architektonické firmy. Napríklad pomocou takzvanej 3D fasádnej technológie vznikajú veľkolepé budovy. Tieto tvarované fasády je možné navrhnúť iba pomocou textilno-železobetónových častí.
Príklad baldachýnov
Napríklad nová ochrana a viacvrstvové membránové plášte zlepšili tepelnú ochranu membránových štruktúr tak, aby vyhovovali zvýšeným požiadavkám EnEV 2014. Využitie solárnej energie - čiastočná požiadavka EnEV 2014 - sa dá v takýchto budovách dosiahnuť integráciou fotovoltaických modulov na báze kremíka alebo tlačených organických solárnych článkov na fasádu alebo na strechu. Sú tiež vývojovým produktom s technickými textilnými vláknami a sú na rovnakej úrovni ako bežné strešné a fasádne konštrukcie s izolačnými materiálmi. V priestoroch Inštitútu pre textilné a procesné inžinierstvo v Denkendorfe (ITV) sa v rámci projektu „Eisbärhaus“ realizuje výskum toho, ako je možné membránové štruktúry intenzívne využívať z hľadiska konštrukcie a dizajnu. Za tento projekt získala organizácia ITV cenu Techtextil Innovation Award 2013.
Ukážka stavebnej fyziky
Na splnenie požiadaviek EnEV 2014 a DIN 4108, pokiaľ ide o ochranu proti vlhkosti a vzduchotesnosť v budovách, sa už desaťročia používajú špeciálne fólie vyrobené z vláknitých kompozitných materiálov. Tesniace fólie vyrobené z textilných vlákien alebo anorganických technických vlákien sú k dispozícii ako jednovrstvové strižné vlákna alebo viacvrstvové vlákna. Podľa špecifikácie sa používajú v zmysle stavebnej fyziky ako parozábrana, ochrana proti vlhkosti a na zabezpečenie vzduchotesnosti pri stavbe budov. Takéto technické fólie navyše nie sú elektricky vodivé - pokiaľ nie sú zodpovedajúcim spôsobom vybavené. Takéto elektricky vodivé špeciálne fólie sa používajú napríklad na ochranu proti vlámaniu, požiarnu ochranu alebo na označovanie únikových ciest.
Hľadajte uskutočniteľné riešenia
Vlákna pre aplikácie v oblasti pozemného staviteľstva
V technickej oblasti sa vlákna považujú za štruktúru vyrobenú z vláknitého materiálu s pomerom dĺžky a priemeru od 3: 1 do 1 000: 1 pre textilné vlákna. Nemôžu absorbovať tlakové sily v pozdĺžnom smere, iba ťahové sily. Vlákna sa delia na prírodné a umelé vlákna. Spriadané vlákna majú obmedzenú dĺžku a vlákna majú neobmedzenú dĺžku.
Pojem „prírodné vlákno“ znamená všetky textilné vlákna a vláknové materiály, ktoré sa získavajú z rastlinných a živočíšnych surovín bez chemickej úpravy. Naproti tomu „umelé vlákna“ - často označované ako syntetické vlákna - sa vyrábajú synteticky. Prírodné vlákna môžu byť na organickej (rastlinnej, živočíšnej) alebo anorganickej (minerálnej) báze.
Na použitie v stavebníctve sa používajú rôzne skupiny vlákien. Jednou z oblastí výskumu, ktorá sa zaoberá využitím prírodných efektov v dizajne komponentov, je bionika v stavebníctve. Napríklad samonosné strešné konštrukcie s kombináciami výrobkov z technických vlákien sú založené na prírodnom princípe.
Prírodné vlákna
Rastlinné vlákna sa používajú na označenie všetkých vlákien, ktorých základný materiál je rastlinného pôvodu. V stavebníctve sa používajú hlavne na tepelnú a zvukovú izoláciu. Napríklad pri stavbe zeme sa používa slama a tráva, ktoré sa pridávajú do zemskej hmoty. Takzvané prírodne identické izolačné materiály používajú bavlnené vlákna, kapok, konope, ľan alebo kokosové vlákna, ktoré sa zvyčajne spracovávajú vo forme izolačných dosiek.
U zvierat tvoria vlasové folikuly vlákna, ktoré sa dajú použiť na textil. Najmä vlna z oviec (nová vlna) sa používa na výrobu tepelnoizolačných materiálov. Nová vlna je technicky stlačená (plstená), až kým z vlny nevytvorí pevný útvar. Toto je impregnované chemickými látkami. To je nevyhnutné na splnenie požiadaviek ochrany pred požiarom a vlhkosťou a na zabránenie výskytu predátorov (napr. Molí).
Technické textílie vyrobené z prírodných vlákien sa používajú ako geotextílie v hydraulickom priemysle, ako rúna a rohože pre zelené strechy alebo v takzvanej „prírodne identickej konštrukcii“ ako rohože a fólie pre strechy a steny a ako tepelná alebo zvuková izolácia.
Umelé vlákna
Priemyselne vyrábané anorganické vlákna používané v stavebníctve zahŕňajú sklenené vlákna, ktoré sú mierne elastické a krehké. V technických textíliách sa používajú na vystuženie plastov alebo ako ochrana proti teplu a hluku a ako tepelnoizolačný materiál. Ďalšou oblasťou použitia je použitie sklenených vlákien ako optických vlnovodov na optický prenos dát v telefónnych, televíznych a EDP sieťach (kľúčové slovo: káble z optických vlákien). Sklenené a čadičové vlákna, ktoré majú podobné vlastnosti, sa používajú hlavne ako tepelná a zvuková izolácia a na protipožiarnu ochranu. Dodávajú sa ako voľné izolačné vlákna alebo izolačné dosky.
Uhlíkové vlákna tvoria zaujímavú skupinu anorganických technických textilných vlákien pre pozemné stavby. Sú veľmi ľahké, majú vysokú pevnosť a preto sa dobre hodia ako náhrada výstuže v betónovej konštrukcii. Ich použitie v konštrukcii lietadiel a automobilov na vystuženie plastových komponentov je dnes bežné a objavujú sa tiež ako textilná výstuž v kompozitnej keramike. Ako vláknitá plsť sa osvedčili pri tepelnej izolácii vysokoteplotných ochranných plynových alebo vákuových pecí. Pokiaľ ide o všeobecné použitie v pozemných stavbách, výskumné a štrukturálne aplikácie sú stále na začiatku. Kvôli stále vysokým cenám týchto technických textilných vlákien sa doteraz v stavebníctve používali iba váhavo.
Keramické vlákna pozostávajú z vláknitej keramickej štruktúry. Prichádzajú ako oxidické (oxid hlinitý, mullit) a neoxidické (SiC, SiCN, SiBCN) typy vlákien. Ako technický textil je hliníková silikátová vlna známa aj ako tepelná izolácia pri vysokých teplotách.
Najznámejšie technické textilné vlákna sú vlákna vyrobené zo syntetických polymérov. Sú rozdelené do 3 skupín:
Polykondenzačné vlákna
Patrí sem polyester, väčšinou známy ako polyetyléntereftalát (PET), na výrobu vysoko kvalitných materiálov, ako sú dioly, Trevira atď. Polyesterové vlákna sú veľmi odolné proti roztrhnutiu a oderu a ťažko absorbujú vlhkosť. Polyamidové vlákna (PA) sú veľmi elastické a teplom sa môžu trvale deformovať. Na použitie v technických textíliách sa Polimid (PI) používa napríklad vo filtračných médiách, pretože ide o vysokoteplotné syntetické vlákno. Polyfenylénsulfid (PPS) je chemický a teplotne odolný a používa sa aj vo filtračných médiách.
Polymerizačné vlákna
Polymerizačné vlákna zahŕňajú polyakrylonitril (PAN) s dobrou svetelnou a chemickou odolnosťou. Je to dôležitý základný materiál na výrobu uhlíkových vlákien. Polypropylén (PP) sa na druhej strane považuje za najľahšie textilné vlákno. Prakticky neabsorbuje vlhkosť, je elastický a odolný proti oderu. Používa sa v geotextíliách, podlahových krytinách a v automobilovom priemysle. Polyvinylchlorid (PVC) vás udrží v teple. V stavebníctve sa používa najmä do podlahových krytín.
Polyadičné vlákna
Polyadičný vláknový polyuretán (EL) sa spracováva ako elastomér kvôli jeho vysokému elastickému predĺženiu v spojení s inými vláknami v odevnom priemysle. V stavebníctve je polyuretán známy predovšetkým ako penový tepelnoizolačný materiál.
Plánovanie a uplatňovanie
Ako je znázornené, existuje nielen široká škála vlákien ako základného materiálu, ale aj široká škála štrukturálnych použití. Nielen z tohto dôvodu sa odporúča, aby si plánovač v počiatočnej fáze vyjasnil so špecializovaným inžinierom, či a akým spôsobom je vhodné použitie technických textilných vlákien. Tiež stojí za to poradiť sa s jedným z ústavov alebo univerzít v tejto oblasti, kde špecializovaní inžinieri vedú praktické stavebné aplikácie - často spolu s priemyslom - k zrelosti výroby.
Je dôležité, aby všetky výrobky predložené do verejnej súťaže mali značku CE, vyhovovali európskym normám a boli platne schválené v Nemecku pre oblasť použitia. Projektanti a zhotovitelia dostanú tieto dôkazy od príslušného výrobcu produktu. Väčšina výrobcov pomáha so všeobecne záväznými technickými odbornými dokumentmi, aby bol technický popis v NN správny pre špeciálne oblasti použitia.
Záver
Sortiment technických textílií je široký. Tento krátky výňatok ukazuje, že pre všetkých špecialistov podieľajúcich sa na stavbe - plánovačov, odborných inžinierov, spracovateľov - je neustále školenie nevyhnutné, aby bolo možné držať krok s rýchlym technickým vývojom. Veľtrh Techtextil ponúka prehľad uplatnenia textilných riešení pre pozemné stavby. Tu majú architekti a inžinieri, ako aj odborníci z výskumu a vývoja príležitosť nájsť riešenie nevyriešených konštruktívnych otázok.