PREFABRYKACJA BETONOWA – Historia i obecne perspektywy

Prefabrykacja betonowa jest obecna w technologii budowlanej już ok. 150 lat. W tym czasie technologia ta ugruntowała swoje zalety w świadomości inżynierów w branży budowlanej, a w okresie ostatnich kilkunastu lat powróciła także do łask klientów indywidualnych. Przemiany gospodarcze i trendy związane z ochroną środowiska, obserwowane w skali światowej, oraz rozwój w dziedzinie inżynierii materiałów budowlanych i w dziedzinie automatyzacji produkcji powodują, że prefabrykacja stanowi coraz bardziej perspektywiczny segment rynku budowlanego we wszystkich gałęziach budownictwa.

Idea prefabrykacji betonowej w budownictwie sięga czasów rzymskich. Wprawdzie współczesne pojęcie „beton” ma inne znaczenie niż rzymskie „opus caementicium”, ale – w świetle najnowszych badań inżynierii materiałowej i archeologii – są to pojęcia zaskakująco bliskie. Starożytni Rzymianie tworzyli z kamiennego kruszywa, gipsu, wapna, wody oraz wezuwiańskich popiołów wulkanicznych materiał przypominający, w sensie technicznym, dzisiejszy beton. Wykorzystywali go głównie w konstrukcjach, które dziś nazwalibyśmy monolitycznymi, ale produkowali także w formach elementy o znacznych gabarytach – prefabrykaty do budowy infrastruktury, tj. części akweduktów, przepustów, tuneli. Znane są także przykłady wykonywania elementów prefabrykowanych konstrukcyjno-architektonicznych (np. części świątyni wytworzone w Rzymie, a przeznaczone do jej budowy w Afryce – wzmianki w listach Pliniusza Młodszego).

Początki i ojcowie wielkiej prefabrykacji

Koncepcja prefabrykowanych elementów z betonu odżyła wraz z wynalezieniem współczesnego betonu z cementu portlandzkiego w pierwszym ćwierćwieczu XIX w. Jeszcze przed erą żelbetu stosowano pierwsze słupy oświetleniowe z betonu z rdzeniem drewnianym. Za początki współczesnej prefabrykacji można uznać początki żelbetu – w tym osławione siatkobetonowe donice pana Monier, naczelnego ogrodnika miasta Paryża, który opatentował te pierwsze współczesne prefabrykaty w 1867 r. W tym samym okresie pojawiły się pierwsze żelbetowe podkłady kolejowe, a pod koniec XIX w. – pale i ścianki szczelne, rury, a także szeroka gama drobnych prefabrykatów, takich jak płyty chodnikowe, okna, elementy ogrodzeń. Za ojca „wielkiej prefabrykacji betonowej” można z pewnością uznać
Le Corbusiera – z jego wizjonerską, aczkolwiek nigdy niezrealizowaną koncepcją budynku Domino z 1914 r. Na terenach Polski prefabrykacja na skalę przemysłową zaistniała po raz pierwszy w 1897 r. i była związana z otwarciem, istniejącego do dziś, zakładu w Białych Błotach. Początek XX w. i okres międzywojenny to rozwój prefabrykacji w zakresie infrastruktury drogowej i technicznej. W 1939 r. na terenie Polski istniało blisko 200 wytwórni betonowych. Za początek przemysłowej produkcji prefabrykatów uznaje się zastosowanie mechanicznej wibracji w zakładzie w Dąbrowie Górniczej. Produkowano wtedy szeroki asortyment wyrobów betonowych, m.in.: cembrowiny studzienne, ogrodzenia żelbetowe, płyty chodnikowe, osłony kablowe, parapety okienne, słupy drogowe i oświetleniowe, a nawet składane garaże.

Hasło „prefabrykacja”

Pojęcie „prefabrykacja” określa technikę projektowania i wykonywania budowli charakteryzującą się takimi cechami jak:

• podział budowli na części i specjalizowane elementy funkcjonalne;
• podział i specjalizacja wykonawstwa, obejmującego produkcję, transport i montaż elementów;
• specjalizacja zastosowania materiałów i mechanizacja robót w produkcji, transporcie i montażu;
• ograniczenie robót na budowie do montażu i łączenia części oraz elementów specjalizowanych.

Warto zauważyć, że w pojęciu „prefabrykacja” nie jest określone rozwiązanie materiałowe. Historycznie najstarszym rodzajem prefabrykatów były konstrukcyjne elementy kamienne służące do wznoszenia obiektów sakralnych w świecie starożytnym. Obecnie, z uwagi na użyty materiał konstrukcyjny prefabrykatów, wyróżnia się trzy główne rodzaje elementów: prefabrykaty z drewna klejonego, prefabrykaty z elementów stalowych oraz prefabrykaty z betonu. Jednakże w rozumieniu potocznym hasło „prefabrykacja” wywołuje jednoznaczne skojarzenia z betonem. Wynika to z powszechności stosowania prefabrykowanych wyrobów z betonu, szczególnie w budownictwie mieszkaniowym.

Archiwum: Budizol

Zalety prefabrykacji betonowej

Do głównych zalet prefabrykacji betonowej można zaliczyć:

• szybkość wznoszenia obiektów z prefabrykatów (dominacja montażu nad robotami „mokrymi” na budowie);
• możliwości optymalizacji jakości i zapotrzebowania materiałowego oraz energochłonności wytwarzania w warunkach powtarzalnej, certyfikowanej produkcji fabrycznej wobec znacznie bardziej podlegających wpływom losowym itp. technologii monolitycznych;
• znaczne uniezależnienie prowadzenia robót od warunków pogodowych;
• wyeliminowanie najsłabszych stron „starej” prefabrykacji – nowoczesne, trwałe złącza, elastyczne systemy uwzględniające wysokie wymagania estetyczne;
• kształtowanie indywidualne bryły budynku o zróżnicowanym charakterze i programie funkcjonalnym.

Wyzwania, trendy, perspektywy

Obecne czasy wymuszają na inwestorach, producentach oraz użytkownikach spojrzenie całościowe na proces produkcyjny materiałów budowlanych, proces wznoszenia konstrukcji oraz okres użytkowania aż do etapu recyklingu. W szczególności wpływ na kształtowanie charakterystyki branży mają takie trendy i zjawiska jak:

• ogólnoeuropejskie, surowe, proekologiczne restrykcje dotyczące emisji CO₂ oraz zużycia energii w całym cyklu życia, tzw. cradle to grave;
• zaburzenia w łańcuchach dostaw surowców oraz energii;
• ograniczenia w dostępności siły roboczej;
• rozwój automatyzacji oraz sztucznej inteligencji;
• szeroko rozumiany rozwój dziedziny technologii materiałów budowlanych.

Powyższe uwarunkowania skutkują koniecznością poszukiwania rozwiązań mających na celu w szczególności:

• obniżenie zapotrzebowania energetycznego w bilansie życia obiektu budowlanego;
• wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w zakładach produkcyjnych;
• optymalizację materiałową pod kątem kształtowania trwałości i bezpieczeństwa użytkowania przy jednoczesnym zmniejszeniu śladu węglowego;
• uzyskanie największego stopnia sprefabrykowania obiektu, z tendencją do modularyzacji obiektów;
• nadanie elementom lub obiektom budowlanych inteligentnych funkcji w zakresie zapotrzebowania na energię lub innych funkcji sprzyjających zwiększeniu ekologiczności.

Szczególnie intensywnie rozwijanym kierunkiem jest wdrażanie zmian materiałowych w technologii betonu pod kątem redukcji śladu węglowego i wdrażania zasad gospodarki obiegu zamkniętego. Stosowanie zamienników klinkieru i cementu portlandzkiego, poszukiwania alternatywnych spoiw i ich przystosowanie do warunków produkcji prefabrykowanej (np. cementy wapniowo-glinowe, cementy siarczanoglinowe, spoiwa magnezowe) stanowią wyzwanie technologiczne, organizacyjne i projektowe. Innym obiecującym kierunkiem rozwoju prefabrykacji jest wyposażanie elementów w niekonwencjonalne funkcje, takie jak na przykład zdolność do samooczyszczania, zdolność do oczyszczania powietrza, zdolność filtracji zanieczyszczeń ze spływów powierzchniowych i immobilizacji metali ciężkich, nadawanie nawierzchni cech wodoprzepuszczalności w celu poprawy warunków wodno-gruntowych w strefach zurbanizowanych, samodiagnozowanie uszkodzeń i zdolność do samonaprawy, zapewnienie demontażu poużytkowego w sposób umożliwiający ponowne wykorzystanie elementów. Wszystkie powyższe aspekty muszą brać także pod uwagę rosnące wymagania w zakresie estetyki obiektu, co sprzyja rozwojowi różnych technologii betonów architektonicznych.

Archiwum: Betard

W kolejnych odcinkach cyklu: zastosowanie prefabrykatów w budownictwie mieszkaniowym, przemysłowym i biurowym, infrastrukturalnym, budownictwo modułowe z prefabrykatów, prefabrykaty o innowacyjnej funkcjonalności, materiałowe trendy w prefabrykacji oraz nowoczesny zakład produkcyjny – w służbie ekologii i efektywności.