Ice Formwork
The Rationale and Potential of Ice-Based Moulding Systems for the Production of Complex-Geometry Precast Concrete
Tid: To 2020-12-03 kl 14.00
Ämnesområde: Arkitektur, Arkitekturteknik
Respondent: Vasily Sitnikov , Arkitektur, KTH
Opponent: Prof. Dr.-Ing. Harald Kloft, TU Braunschweig, Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften, Germany
Handledare: Prof. Dr.-Ing. Oliver Tessmann, Arkitektur, Technische Universität Darmstadt, Department of Architecture (Dept.15), Germany; Prof. Dr. Tim Ainsworth Anstey, AHO, Institutt for form, teori og historie, Norway
Abstract
Denna doktorsavhandling analyserar och föreslår hur potentialen i digitala produktionsmedel kan anpassas för betongindustrins behov. Mer exakt syftar avhandlingen till att främja utvecklingen av hållbara materialcykler samt innovativa tillverkningsmetoder inom arkitektonisk och strukturell design med ultra-high performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC). Den första delen i avhandlingen tar sig an förutsättningarna för de integrerade tekniska problemen med digital innovation vid betongproduktion och analyserar det aktuella läget i betongindustrin. På detta sätt inbegriper analysen allt från materialvetenskap om betong till livscykelbedömning och diskurser inom arkitektur och konstruktion, samt datorstödd tillverkning. Dessa analytiska reflektioner ledde i sin tur fram till det experimentella programmet som utgör den andra delen i avhandlingen. Experimenten visade på att ett icke-konventionellt materielsystem baserat på robotbearbetade gjutformar i is för icke-standardiserade gjutna betongdelar kan understödja en mycket ekonomisk, hållbar och automatiserad produktionsprocess samt kan gynna utvecklingen i arkitektur och konstruktionsteknik inom betongdesign.
Det föreslagna Ice Formwork-systemet är en digital tillverkningsmetod som har utvecklats, och utvärderats under doktorandstudierna. Metoden möjliggör produktion av skräddarsydd designgeometri genom att använda nedfryst vatten som formgjutningsmaterial i stället för petrokemiska ämnen eller träprodukter som är de konventionella metoderna vid betonggjutning. Vatten ersätter alltså vedertagna icke-återvinningsbara formgjutningsmaterial och kan därmed återanvändas om och om igen och bidrar till ett optimalt materialflöde i en cirkulär produktionsprocess.
Ice Formwork har identifierats som en metod som avsevärt kommer att minska den integrerade energianvändningen och koldioxidavtrycket av de resulterande betongprodukterna och möjliggör minskad cementförbrukning eftersom den är kompatibel med UHPC samt att den fullt ut understödjer produktionen av komplexa och massoptimerade betongkonstruktioner. Dessutom finns det en unik och praktisk fördel med Ice Formwork genom den snabba och autonoma avformningsprocessen genom att helt enkelt smälta isformarna. Metoden möjliggör således robotiserad tillverkning av designgeometri som inte är lämpliga att framställa med andra produktionsmetoder.
Forskningsarbetet har resulterat i en grundläggande studie av den nya materialkonfigurationen för isbaserad betongproduktion. Det tekniska systemet har undersökts inom tre vetenskapliga områden: betongens materialvetenskap, robotiserad mekanisk bearbetning av is med hänsyn till de utmaningar som arkitektonisk designgeometri medför samt utvärdering av miljöpåverkan hos det föreslagna systemet. Dessa disciplinära studier har publicerats med vetenskaplig granskning och bifogas denna avhandling.