PERSPEKTYWY PREFABRYKACJI

Prefabrykacja betonowa jest technologią, która ma swoje stałe i systematycznie zyskujące na znaczeniu miejsce w nowoczesnym budownictwie. Omówione w artykule aspekty jej zastosowania wskazują, że trend ten będzie rosnący, także z uwagi na szczególne korzyści wykorzystania prefabrykacji w kontekście dekarbonizacji współczesnego budownictwa.

Budownictwo prefabrykowane jest obecne w Polsce od bardzo dawna, jednakże większości osób jego rozkwit kojarzy się z latami 70.–80. XX wieku, w szczególności z budownictwem mieszkaniowym (wielkopłytowym) oraz przemysłowym. Takie skojarzenia niezawsze były pozytywne – głównie z uwagi na zużycie  funkcjonalne obiektów. Należy jednakże podkreślić, że pomimo zastrzeżeń natury funkcjonalnej i estetycznej stan techniczny tych obiektów zazwyczaj jest zaskakująco dobry, a czas eksploatacji większości z nich znacząco  przekracza pierwotnie przewidywany okres użytkowania. Lata dwutysięczne przyniosły znaczącą poprawę wizerunku prefabrykacji w Polsce za sprawą niekwestionowanych i broniących się samodzielnie zalet prefabrykacji, do których w szczególności należą: szybkość wznoszenia obiektów, znaczne uniezależnienie prowadzenia robót montażowych, a zwłaszcza produkcji od czynników pogodowych, istotna redukcja liczebności personelu przy pracach montażowych i produkcyjnych, bardzo dobra i ciągła kontrola jakości wyrobów z uwagi na produkcję w warunkach fabrycznych. Dodać do tego należy elastyczność wprowadzania innowacyjnych rozwiązań materiałowych i technologicznych podczas produkcji, a także elastyczność projektowania z zastosowaniem nowoczesnych narzędzi informatycznych (BIM).

TRENDY KSZTAŁTUJĄCE ROZWÓJ PREFABRYKACJI
Ekologia
Wyzwania zrównoważonego rozwoju w budownictwie wymuszają działania ograniczające negatywne oddziaływanie wyrobów i realizacji obiektów budowlanych na środowisko w całym cyklu ich życia, od produkcji, przez wybudowanie i użytkowanie, aż po recykling, m.in. przez stosowanie odpadów jako surowców, a także zwiększenie trwałości budynków przy jednoczesnym ograniczeniu pracochłonności procesu budowy. Prefabrykacja betonowa doskonale odpowiada kierunkom wyznaczanym w ramach dekarbonizacji budownictwa dzięki optymalizacji nakładów na materiały i robociznę w kontekście jakości i zwiększenia trwałości elementów, a tym samym wydłużenia czasu bezawaryjnego użytkowania oraz ograniczenia uciążliwości procesów budowlanych dla otoczenia [1].

Niewątpliwie dobrą i nieuniknioną drogą rozwoju zakładów produkcyjnych jest oparcie produkcji na energii odnawialnej. Jest to w szczególności atrakcyjny kierunek z uwagi na niestabilne i charakteryzujące się tendencją wzrostową ceny energii, a także jej dostępność. Jako przykład można podać zakład produkcyjny firmy SOLBET, która od lat opiera produkcję betonu komórkowego na energii odnawialnej wytwarzanej przez własne turbiny wiatrowe. W roku 2023 w zakładzie produkcyjnym SOLBET w Solcu Kujawskim powstała w pełni ekologiczna wytwórnia wodoru wraz ze stacją tankowania floty pojazdów firmowych (rys. 1).

Ostatnie regulacje zmierzające do dekarbonizacji budownictwa ograniczają lub wręcz uniemożliwiają stosowanie do betonu cementów wysokoklinkierowych, jako obciążonych wysokim śladem węglowym i energochłonnych w produkcji. Takie cementy były tradycyjną podstawą prefabrykacji betonowej, zapewniając trwałość, jakość i niezawodność elementów. Stosowanie spoiw alternatywnych, np. cementów CEM V i CEM VI, stanowi wyzwanie dla branży  prefabrykacyjnej, które obecnie jest z powodzeniem podejmowane i wyznacza kierunki zmian technologicznych w produkcji.

Cyfryzacja i automatyzacja
Ogromny postęp, jaki nastąpił w dziedzinie prefabrykacji w ostatnich dekadach, związany m.in. z rozwojem technik komputerowych, zwiększeniem wiedzy o betonie oraz z ogólnym wzrostem świadomości ekonomiczno-ekologicznej, sprawia, że nowoczesny zakład prefabrykacji jest coraz bardziej zautomatyzowany i „bezobsługowy”. W dobie rosnących kosztów pracowniczych tendencja ta zwiększa atrakcyjność prefabrykacji na tle technologii tradycyjnych. Nowoczesny zakład prefabrykacji można scharakteryzować następującymi cechami [1]:

• posiada przyzakładowe biuro projektowe przystosowane do pracy z wykorzystaniem narzędzi BIM;
• jest samowystarczalny w zakresie prowadzenia procesów pomocniczych (wykonywanie zbrojeń elementów, projektowanie i wytwarzanie mieszanek betonowych);
• jest zoptymalizowany w zakresie wykorzystania przestrzeni i zarządzania energią;
• ogranicza nakłady pracy fizycznej oraz ogranicza liczbę pracowników;
• w przypadku elementów masowo produkowanych stosuje automatyzację produkcji;
• jest elastyczny w zakresie produkcji różnych wariantów elementów podobnych technologicznie;
• stosuje innowacyjne metody przygotowania produkcji i sterowania nią;
• stosuje inteligentne zarządzanie elementami.

Optymalizacja trwałości i niezawodności
Rozwiązania techniczne w nowoczesnym budownictwie prefabrykowanym są jednym z narzędzi kształtowania trwałości oraz bezpieczeństwa użytkowania obiektów: połączenia między elementami są newralgiczne dla efektywności montażu oraz bezpieczeństwa, niezawodności i trwałości konstrukcji, a dodatkowe formy zabezpieczenia powierzchniowego (np. powłoki na belkach mostowych) lub elektrochemicznego (np. ochrona anodowo-katodowa) mogą pozwolić zwiększyć trwałość elementów. Połączenia we współczesnej konstrukcji prefabrykowanej muszą cechować się niezawodnością pracy i trwałością, maksymalnie dokładnie odwzorowując zadany charakter pracy konstrukcji w okresie życia obiektu. Muszą również charakteryzować się prostotą realizacji i niskim kosztem wykonania (rozumianym jako koszt materiałowy, koszt aplikacji w konstrukcji oraz ew. koszt utrzymania w przyszłości) oraz wysoką estetyką (węzły połączeń pozostają widoczne dla użytkownika, pełniąc również funkcję architektoniczną).

Jednym z rozwiązań, które pozwalają zminimalizować ryzyko wystąpienia korozji w elementach prefabrykowanych, jest zastosowanie biernej ochrony katodowej zbrojenia. Taka ochrona (uzyskiwana np. przez montaż protektorów cynkowych) może być wykorzystywana do ochrony i zabezpieczenia elementów prefabrykowanych (jak również monolitycznych) wykonywanych jako żelbetowe lub sprężone. Tzw. metoda protektorowa lub metoda traconej anody polega na stworzeniu ogniwa galwanicznego pomiędzy metalem chronionym (stalą zbrojeniową lub cięgnami sprężającymi w elemencie) a protektorem, czyli materiałem o potencjale większym co do wartości bezwzględnej od potencjału żelaza. Zastosowanie takich protektorów jest uzasadnione we wszystkich elementach narażonych na zjawiska korozyjne, jak w szczególności np. sprężone belki mostowe typu „T”, belki mostowe typu Kujan NG, sprężone podkłady kolejowe, pale, słupy, zbiorniki lub tubingi, a także wiele innych rodzajów konstrukcyjnych elementów prefabrykowanych. Oczekiwaną korzyścią jest zwiększona trwałość i niezawodność elementów oraz tym samym bezobsługowość konstrukcji. Ideę kształtowania trwałości elementów żelbetowych i sprężonych oraz monolitycznych za pomocą metody anody traconej wdraża dynamicznie polska firma TopZinc, stosując opracowane przez siebie systemy ochrony i zabezpieczenia z wykorzystaniem protektorów cynkowych (rys. 5).

Niezależnie od powyższego zasadne jest stosowanie ochrony powierzchniowej (hydrofobizacja, powłoki), która przy obecnym rozwoju chemii budowlanej umożliwia dobór optymalnych rozwiązań z uwzględnieniem specyfiki środowiska i charakterystyk konstrukcji.

Zbilansowane kształtowanie i optymalizacja przestrzeni
W dobie rosnących kosztów energii, kosztów inwestycyjnych oraz użytkowych coraz wyraźniej uwidacznia się potrzeba optymalizacji środków oraz redefiniowania potrzeb użytkowych. Odpowiedzią prefabrykacji może być rozwój budownictwa modułowego. Cechą wyróżniającą obiekty, które powstały w technologii modułowej, jest wykonanie ich z przestrzennych, trójwymiarowych, wolumetrycznych modułów, umożliwiających elastyczność realizacji. Koncepcja budownictwa modułowego daje wiele możliwości, w tym znacznie bardziej zaawansowanych technicznie, funkcjonalnie i architektonicznie, dlatego też zaczyna być ona coraz bardziej atrakcyjna dla inwestorów indywidualnych oraz publicznych [5].

Podsumowanie
Prefabrykacja betonowa jest technologią, która ma swoje stałe i systematycznie zyskujące na znaczeniu miejsce w nowoczesnym budownictwie. Omówione w artykule aspekty jej zastosowania wskazują, że trend ten będzie rosnący, także z uwagi na szczególne korzyści wykorzystania prefabrykacji w kontekście dekarbonizacji współczesnego budownictwa. Niedostrzeganym aspektem tego zagadnienia jest fakt, że stosowanie cementów z dużą ilością składników nieklinkierowych jest mniej kłopotliwe w warunkach produkcji fabrycznej niż w warunkach budowy, w których może to wpływać znacząco na harmonogram robót z uwagi na wydłużone osiąganie właściwości użytkowych.

Pomimo wskazanych wyzwań i ograniczeń specyfika budowli z prefabrykatów betonowych sprawia, że są to rozwiązania z potencjałem na przyszłość i szerokimi możliwościami wykorzystania w różnych obszarach budownictwa, w tym także do rozwoju koncepcji elementów hybrydowych łączących zalety betonu i innych materiałów konstrukcyjnych, takich jak drewno, stal lub tworzywa sztuczne.

Kwestią coraz bardziej aktualną, i jak się wydaje – nieuniknioną, jest implementacja w prefabrykacji technologii sztucznej inteligencji (AI). Dotyczy to nie tylko metod projektowania, optymalizacji materiałowej, ale również kształtowania cech funkcjonalnych elementów oraz samych obiektów.

Literatura
[1] Woyciechowski Piotr Paweł, Adamczewski Grzegorz, Aspekty materiałowo-technologiczne w strategii realizacji budownictwa prefabrykowanego XXI wieku, „Materiały Budowlane” 2021, nr 11, ISSN 0137-2971, e-ISSN 2449-951X.
[2] Adamczewski Grzegorz, Woyciechowski Piotr Paweł, Prefabrykacja betonowa. Cz. 15. Perspektywy, „Builder” 2020, ISSN 1896-0642.
[3] Adamczewski Grzegorz, Woyciechowski Piotr Paweł, Prefabrykacja – jakość, trwałość, różnorodność, Stowarzyszenie Producentów Betonów, Warszawa 2016, 62 s., ISBN 978-83-941005-6-8.
[4] Adamczewski Grzegorz, Woyciechowski Piotr Paweł, Prefabrykacja – jakość, trwałość, różnorodność. Konstrukcje szkieletowe realizowane z elementów prętowych, Stowarzyszenie Producentów Betonów, Warszawa 2015, 47 s., ISBN 978-83-941005-2-0.
[5] Piotrowski Tomasz, Woyciechowski Piotr Paweł, Adamczewski Grzegorz, Prefabrykowane budownictwo modułowe, „Materiały Budowlane” 2022, nr 4, s. 50–53. DOI: 10.15199/33.2022.04.09.