הכימיה החדשה של הבנייה: כיצד חומרים מדע הם רדום Prefabricationcationcationcation

במשך עשרות שנים, ההבטחה של טרום-החיזור בבנייה נמזגה על ידי המגבלות של חומרים מסורתיים.קונקטר היה כבד ונוקשות; פלדה הייתה רגישה לקורוזיה; עץ היה מחוספס על ידי פגמים טבעיים כיום, מהפכה בחומרים מדע מנפץ את המחסומים האלה.על ידי מניפולציה של חומר במיקרו-אזור וננו-scale, חוקרים ויצרנים מייצרים רכיבים קלים יותר, יציבים, והופכים אותם לפני כן, הם רק שיפורים יותר, יציבים, ולא יציבים, אלא רק, אלא רק, אשר מעצבים, רק שיפורים, רק, רק, רק, יותר, יציבים, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, עיצובי, יותר, יותר, יותר, יותר, מאשר שיפורים, עיצוב יציבים, מאשר שיפורים, עיצוב יציבים, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, מאשר פיתוח יציבים, עיצוב יציבים, מאשר פיתוח יציב, יותר, יותר, מאשר פיתוח יציבים, יותר, מאשר פיתוח יציב, מאשר פיתוח יציב, מאשר פיתוח יציב, מאשר פיתוח יציב, עיצוב יציב, רק על ידי שיפור יציב, עיצוב יציב, עיצוב יציב, רק,

שוברים את הגבולות של חומרים מסורתיים

הבנת גודל השינוי דורש מבט על מה חומרים קודמים לא יכול לעשות. רגיל פורטלנד מלט בטון, בעוד ubiquitous, סובל מחוזק פילים נמוך, פחמן מגולם גבוה, נטייה לפצח ולחלוט. פלדה סטרקטיבית מציעה כוח גבוה אבל הוא אנרגיה-רגיש לייצר ודורשת כבדות אש.

Ultra-High-Performance Concrete (UHPC)

אולי ההתפתחות הטרנספורמציית ביותר בחומרים מלטיים היא בטון אולטרה ביצועים גבוה. UHPC משלב אבקות דקים, אופטימיזציה של דירוג מצטבר, כמויות גבוהות של כובלים מלטיים, פלדה או סיבים סינתטיים כדי להשיג כוח דחיסה מעל 150 MPa - יותר מאשר משולש של בטון קונבנציונלי יותר, UPC מציג עשרות דקות, כלומר יכול להיות לפני לשבור את הקיבולת של 20 מטרדונות, 000 אינץ ', 000 אינץ ', 000 פגז יותר מאשר פגזות ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ב prefabricationcation, UHPC מאפשר רכיבים שהיו בעבר לא מעשי. Long-Time Bridge ג'ימידרס יכול להיות לוהק במפעל ונשלח לאתר עם חיזוק מינימלי. architectural cladding יכול לשלב גיאומטריה מורכבת ללא הסיכון של סדקים במהלך הטיפול.המשקל מופחת גם חותך תחבורה ועלויות crane, עלייה על הרכבה באתר.

טיםבר ו-Mas Timber Evolution

עץ ממונדס עבר עץ מארגן מחדש.עץ מחוספס (CLT), עץ מחוספס (glulam), עץ מחוספס (NLT) כבר לא מוצרים נישה - הם מערכות מבניות הזרם המרכזיות עבור אמצע המגדל ואפילו בניינים גבוהים יותר. CLT עשויים להיות מורכבים על ידי ערימה של שכבות של מפרש במשקל בזווית משקל ומשקלפתים אותם עם קיבולת של כ-3,000 ק"גנת משקל דומה, אך ורק ב- 300 ק"ג.

עבור prefabrication, עץ המוני מציע יציבות ממדית לא תואמים.פאנלים הם מחשב לדיוק מילימטר, עם פתחים עבור חלונות, דלתות ושירותים משולבים במפעל.התוצאה היא בניין שקרוב מהר יותר ועם פחות פסולת מאשר פלדה או בטון יותר, פחמן עץ המוני, מעוקב של CLT בערך אחד של CO2.

Advancedfi-Reinforced Polymers (FRP)

בעוד בטון וקליט כותרות עץ, פולימרים עמידים בסיבים הם בשקט להפוך את החומר של בחירה עבור רכיבים מיוחדים prefabricated. FRPs מורכב סיבים גבוהים (פחמן, זכוכית, aramid) מוטבעים בפולימריצות פולימרן פולימרי פולימרנית (G) מציעים יחסי כוח-למשקל יוצאי דופן, עמידות קורוזית, ועייפות.

יישום מרכזי נוסף הוא מרכיבים הגשר prefabricated. FRP גשר הסיפון מיוצרים בחלקים מודולריים שניתן להתקין בשעות ולא ימים, ההתנגדות שלהם למחיקת מלחים מבטלת את בעיות ההשחה כי מגיפה פלדה-reinforced סיפון בטון, להאריך את חיי השירות מעבר ל-75 שנים.עבור בנייה, צורות מבניות משמשים בתותחים, הליכה, מבנים, מבנים, שבו משקולות חודרת או סוללות מלוטשות, כדי לשפר את עלויות ייצור לפני הקרקע.

חדשנות חומרית נהיגה בייצור Precision

חומרים מתקדמים אינם רק משנים את מה שניתן לבנות – הם משנים את האופן שבו מרכיבים prefabricated נעשים. ביצועים גבוהים יותר מאפשרים סובלנות טובה יותר ושיטות ייצור יעילות יותר.לדוגמה, לנטרל עצמי (SCC) זורם לתוך תבניות מורכבות ללא רטט, צמצום רעש ועבודה במפעלים טרום-טק.

ייצור תוספתי בפרט הוא מיזוג חומרים מדע עם prefabricationcation. חברות כגון ICON ו COBOD משתמשים בתערובת בטון קניינית להגדיר במהירות וקשר עם חיזוק פנימי, הדפסה חלקים שלמים של קיר, עמודות, ואפילו שני מבנים דו-היסטוריה בסביבות מפעלים מבוקרים.השכבות המודפסות יוצרות משטח דחוס שיכול לשמש כסתת גמורה או כמצע לחיפוי נוסף, בדומה לתהליכי מתכת רובוטיים, כגון ריצוף חומרים סטנדרטיים של פחמן, אשר משמשים ל- 70%, כלומר, כלומר, שימוש ב- 70%, כדי לייצר סוללות חומר נפץ, כדי לייצר סוללות מהירות של סוללות מהירות של סוללות מהירות של סוללות מהירות של סוללות מהירות ו-cotchrebridge.

השפעה על תהליכי קדם-הפצה ומשלוח פרויקטים

ההתכנסות של חומרים טובים יותר וייצור חכם יותר מעצבת באופן דרמטי כיצד פרויקטים מראש מועברים.מעצבים יכולים כעת לציין רכיבים גדולים יותר מורכבים יותר שמגיעים לאתר עם אמון מלא בביצועיהם.התוצאה היא שינוי מרכבות ועד בנייה מודולרית אמיתית.

גדול יותר, אור, מעט יותר משותף

UHPC ו- FRP מאפשרים אלמנטים מבניים גדולים יותר וקלים יותר. עמודה אחת של UHPC יכולה לתמוך פעמיים העומס של עמודה בטון קונבנציונלית תוך כיבוש אותו טביעת הרגל - או אותו העומס עם חצי החלקה הקדמית. בבניין prefabricated, זה מקטין את מספר המרכיבים האנכיים, מפשט את היסודות ומקפיץ את הרצף באופן דומה, CLT עד 3 נקודות רוחביות וקטן לתוך שטח איטי יותר, כמו גם עם רכיבי מתכת.

צמצום העבודה והבזבוז

מכיוון שניתן לקצץ חומרים מתקדמים, להציק, או להדפיס אותם לממדים מדויקים במפעל, שינוי באתר הוא מינימלי.זה מקטין את הצורך במסחרים מיומנים באתר ומפחית את הסיכון של עבודות מחדש.לדוגמה, פאנל קיר CLT מראש מחוספס מגיע עם חלונות טרום-חתים, פיסות עבור צינורות חשמליים, ומטמים מהירים לסיומו.

שילוב עם בניית מודל מידע (BIM)

התקדמות מדע חומרים קשורה יותר ויותר לכלים עיצוב דיגיטלי. BIM מאפשר למהנדסים לדמות את ההתנהגות של חומרים חדשים תחת עומס, טמפרטורה, תנאי לחות לפני שתבנית מפעל נוצר אי פעם. משוב סגור זה בין תכונות חומריות לתאומים דיגיטליים הוא הסמכה מאיצה למוצרים חדשים.לדוגמה, יצרנים של תוספי בטון עצמיים של עצמי יכול מודל סגירת שערי ביצועים ואימות בסביבות וירטואליות, ואז לייצר חיזוי בדיקות כי מקצר זמן לשילוב של עבודה.

קיימות: מפחמן מטבול ועד למבצע יעילות

המקרה הסביבתי של חומרים מתקדמים ב prefabrication הוא משכנע.רבים מהחומרים שנדונו לשאת טביעת רגל פחמן נמוכה יותר מאשר חלופות קונבנציונליות, וביצועים משופרים שלהם משפרים את יעילות האנרגיה לאורך כל מחזור החיים.

אפשרויות לLo-Carbon Concrete Alternatives

UHPC, בעוד עשיר מלט, משתמש פחות חומר הכולל - לעתים קרובות 50-70% פחות נפח מאשר בטון קונבנציונלי עבור אותו פונקציה מבנית.זה יכול למעשה להפחית את פחמן מגולם לחלוטין. אפילו יותר מבטיח הם גיאו-פומר ודיונים עם קקאלי-מתופקים המשמשים מפעלים תעשייתיים על ידי מוצרים קונקרטיים כמו זבובים ו-slag, חיתוך פליטות פחמן 2 עד 80% לפורטלנדומים פחמן דו-חמצני.

חומרים ביוגניים ו- Carbon Storage

עץ המונים הוא חומר בניין ביוגני בולט ביותר, אבל אחרים מתעוררים. hempcrete (hemp hurds מעורב עם ליג) הוא חומר קל משקל, ממריץ שניתן להשליך לתוך בלוקים prefabricated או לוחות.זה מסגרת פחמן-שלילי על מחזור החיים שלה, סופג CO2 כמו hempcre גדל, myium (מבנים שורש גל) הוא להיות מותאם אישית לוחות בצורת קרמיקה, אבל חומרים לא ניתן לדחוסים בסוללות גדולות.

היתרונות של אנרגיה

חומרים מתקדמים ב בידוד שפותחו במיוחד עבור prefabrication הם שיפור ביצועי הבנייה. לוחות בידוד Vacuum (VIPs) להשיג מוליכות תרמיות נמוך כמו 0.004 W / mK - ארבע פעמים טוב יותר מאשר קצף קונבנציונלי בידוד - המאפשר קירות דקים כי עדיין לעמוד קודי אנרגיה מחמירים. Aerogels, אם כי יקר, משמש לוחות prefabricated עבור super-inated חומרים אלה משולבים באופן עקבית חום חומרים.

מחקרים בנושא חומרים-Driven Prefabrication

פרויקטים בעולם האמיתי ממחישים כיצד חידושים אלה באים יחד.מגדל צ'לסי 2019 בניו יורק השתמש ב- UHPC לחזית עדינה דמוית צמיגים שלא הייתה אפשרות עם בטון קונבנציונלי.הפאנלים שהוגדרו מראש היו רק 2 אינץ', עם בידוד משולב ומסגרות חלון, והותקנו בקצב של 10 לוחות ליום.

באירופה, החברה HUF HAUS משתמשת CLT ו glulam בבתים היוקרתיים שלה, השגת תקני בית כמעט פאסיביים.מפעלים שלהם חתכים לוחות עם מכונות CNC רובוטיות, ובית טיפוסי הוא מזג אווירי בתוך שבועיים. השילוב של עץ מונדס ומערכות בידוד אוויר צמיגים מניב עלויות חימום נמוכות יותר מממוצע הבית הגרמני בהולנד, "הבית הירוק" נבנה על ידי שדה קרבה פחמן דומאט"ד, מבוסס על ידי שדה קרבן, 000 פחמן דו-אט, 000 פחמן-אט, מבוסס על ידי שדה-אט, 000 פחמן-שדה פחמן-קרקע, 000 פחמן-שדה פחמן-אט, 000 קומות, 000 פחמן-שדה-שדה-אט, 000 פחמן-קרקע מבוסס על ידי בית-קרקע מבוסס על ידי פחמן-קרקע מבוסס על ידי פחמן-קרקע, 000 פחמן-קרקע, 000 פחמן-שדה פחמן-קרקע, 000 קומות, 000 נמוך יותר מאשר בית גרמנית, 000 נמוך יותר מאשר בית גרמנית ממוצע.

יישומים של תשתיות גם בשפע.גשר "Berkelbrug" בהולנד הוא מבנה קשת FRP prefabricated אשר החליף גשר פלדה בתוך ארבעה ימים בלבד, עם חיי שירות מוערך ב -100 שנים. השימוש בסיבים זכוכית חיזק פולימרים מחוספס את הצורך אלמנטים קורוזיון-אין ולהפחית את המשקל על ידי 75%, מפשט את השכפול.

המונחים: Smart and Fitive Materials

במבט קדימה, חומרים מדע מתמזגים עם טכנולוגיית חיישן ועיצוב תגובתי.גל הרכיבים הבאים של prefabricated עשוי לא רק להיות בעל ביצועים גבוהים - הם עשויים להיות משתתפים פעילים בבניית פעולות.

« גיהנום עצמי

חיידקים בעלי ערך עצמי המייצרים אבני גיר כאשר צורה של סדק נבדקים כעת במוצרים precasted. אלה בטון self-healing יכול לתקן microcracks באופן אוטונומי, להאריך את חיי השירות ולהפחית עלויות תחזוקה עבור חזיתות prefabricated ואלמנטים גשר. ניסויים שדה בהולנד וארצות הברית הראו כי התאוששות מלאה של כוח גמיש היא אפשרית בתוך חודש של חוקרים פצומים יכול גם לפתח מלכודות עצמיות או חסמיים.

ביו-מבוססים Composites ו Mycelium

מדפים Mycelium מעודנים לשימוש מבני.חברות כמו עיצוב Ecovative גדל Mycelium סביב פסולת חקלאית כדי ליצור בלוקים עמידים באש, בידוד שניתן לסווג בסוף החיים. בעוד בלוקים נוכחיים מוגבלים ליישומים שאינם מרבים, עבודה מתמשכת עם מטרות פטריות מהונדס גנטית לייצר מינום גבוה שיכול לתפקד כבידוד מבני בקירות prefabricated.

ננו-חומרים ו-Kings

ננו-סיליקה, צינורות פחמן, וגרפן מווספים לפולימרים כדי לשפר את העוצמה, ההתנהגותיות ותכונות מחסום. Graphene-enhanced UHPC הראה עלייה של 30% בכוח גמיש, בעוד ציפויים דו-חמצני nano-titanium על לוחות prefabricated יכול לשבור ממזהמים ולהפחית smog.

חומרים לשינוי שלב עבור Thermal Mass

מחשבים מאומנים הופכים להיות זולים עבור שילוב לתוך אריחי תקרה prefabricated ו לוחות קיר. חומרים אלה סופגים חום עודף במהלך היום ושחרר אותו בלילה, ריצוף טמפרטורה שטוחה. בכיתות מודולריות, האריחים PCM הפחיתו עומסי קירור עד 25%. כאשר מותקנים במפעל, הם מבטלים את הצורך על גבי מתקן של מערכות אחסון תרמיות.

מעבר לגדרות לאימוץ

למרות היתרונות ברורים, תעשיית הבנייה שמרנית לשמצה.אימוץ חומרים מתקדמים בפניות טרום-ההפצה כולל עלות גבוהה יותר, היכרות מוגבלת בין מעצבים וקבלנים, וקודי בנייה שמרניים.עם זאת, כמו בקנה מידה ייצור של 3 ופרויקטים של הדגמה מצטברים, עלויות נופלות על ידי CLT עכשיו עלות תחרותיות עם פלדה ב -1, כולל תוכניות בנייה בינלאומיות (כולל תוכניות עבודה בינלאומיות) ו- UHPCL) כולל עכשיו מתפתח על ידי פיתוח:

(הביטוח והמימון) גם החידושים התעשייתיים של בעלי מניות ומלווים צריכים לראות תיעוד של ביצועים לפני אישור חומרים חדשים לפרויקטים גדולים.כדי להאיץ אימוץ, קבוצות תעשייה כמו FLT:0FLT:0Ffabricated Building Materials Association (FLT:1 ומוסדות מחקר כגון FLT:2 המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) LT3, הם תוכניות פרסום ו-DNSFDFO: 4F.

מסקנה: A Materials-Led Transformation

חומרים מדע אינו רק מאפשר של prefabricationcation - הוא המנוע המניע את האבולוציה שלו. UHPC, עץ המוני, FRP, תוספים עצמיים, ורכיבים המבוססים על ביולוגית מרחיבים את האפשרות, מה שהופך prefabricationcation לא רק מהר וזול יותר, אלא גם יותר בר קיימא ועמידה מחדש.כפי שהמחקר ממשיך ונפילה, חומרים אלה יהפכו חדשים, מוטבעים בעיצוב דיגיטלי ולפתח חומרים טכנולוגיים, עכשיו, כדי לספק את החומרים הטכנולוגיים, כדי ליצור אתגרים, עיצוביים, הוא טוב יותר, כדי ליצור אתגרים בתעשייה, הוא טוב יותר, עיצוביים, עיצוביים, עיצוביים, עיצוביים, הוא טוב יותר, עיצובית, הוא טוב יותר, כדי ליצור אתגרים מתקדמים יותר, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, טוב יותר, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, כדי ליצור אתגרים מתקדמים, טוב יותר, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, טוב יותר, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, הוא טוב יותר, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית, עיצובית,

ההתכנסות המתמשכת של חומרים מתקדמים, ייצור דיגיטלי, והרכבה מודולרית מבטיחה פרדיגמה בנייה שהיא פחות מבזבזנית, יותר מודעת פחמן, ומסוגלת לטפל בצורך הדוחק של דיור ותשתית במחיר סביר, באיכות גבוהה ברחבי העולם.אלה שמשקיעים הבנה ואימוץ של חידושים אלה היום יובילו לשוק של המחר.