Институт ВКИ (Fraunhofer Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI) со штаб-квартирой в Брауншвейге, Германия, уже более 75 лет занимается исследованиями прочности изделий из древесины за счет использования возобновляемого сырья. Как известно, древесина обладает высокой прочностью по отношению к своему весу: чем выше вес, тем больше прочность. Кроме того, обеспечивается высокая технологичность применения. Это контрастирует с довольно изменчивыми свойствами древесины с точки зрения прочности на растяжение и сжатие, что означает, что ее использование, в частности, в несущих конструкциях на сегодняшний день ограничено.Еще один из самых насущных вопросов в настоящее время – снижение расхода бетона, т.к. 8% глобальных выбросов парниковых газов происходят при его производстве – т.е. как строить таким образом, чтобы бетон был максимально ресурсосберегающим, рентабельным и экологичным.
Чтобы выяснить это, исследователи института комбинировали различные материалы для создания высокоэффективных строительных элементов с использованием минимального количества материалов и энергии.
Один из подходов института для решения этих проблем – создание древесно-бетонных композитных систем (т.н. систем HBV (HBV-systems), предназначенных стать альтернативой железобетону.
Справедливости ради стоит отметить, что более полувека назад этот подход развивал доцент кафедры «Мосты и тоннели» Саратовского политехнического института Борис Глотов.
Согласно разработкам института WKI, такая конструкция особенно хорошо работает на изгиб. В этом случае высокие растягивающие напряжения возникают на нижней стороне горизонтальной балочной или плитной конструкции. Для того, чтобы поглотить эти растягивающие силы, исследователи из Брауншвейга заменили сталь подходящей древесиной (например, плитами CLT, см. фото). Таким образом создаются, например, потолочные перекрытия, в которых сначала устанавливается балочная конструкция с верхним слоем из древесных плит. Верхний слой является неотъемлемой частью конструкции, а также служит опалубкой и возможной опорой для потолка. Он покрывается клеем, а затем заполняется свежим бетоном. При этом бетонный слой обеспечивает высокую прочность в зоне сжатия, древесина принимает на себя возникающие растягивающие усилия.
Этот композит не только приводит к высокой прочности на изгиб, но также позволяет сэкономить большую часть растянутой арматуры и бетона по сравнению с железобетонными перекрытиями. Кроме того, системы HBV облегчают работу на строительной площадке, поскольку, в отличие от традиционных методов строительства, опалубку больше не нужно снимать после затвердевания бетона.
Французская строительная компания Bat’Ipac совместно со своим партнером – британской фирмой DS Smith Plc, разработала совместный проект с использованием IPAC — возобновляемого строительного материала из макулатурного гофрированного картона. IPAC применяется в качестве утеплителя при каркасно-панельном домостроении при изготовлении стен, напольных перекрытий и распределительных перегородок во всех типах зданий. Он обеспечивает теплоизоляцию дома в любое время года, также этот материал чрезвычайно звуконепроницаемый. Первый дом с применением IPAC был построен в 2012 г. к западу от Парижа, к настоящему моменту Bat’Ipac возвела уже более ста домов из этого материала на основе гофрокартона.
