World Shelters Make it Complete with Papercrete/de

Diese Webseite handelt vom Projekt „Papercrete Wall“ aus dem Kurs Engr 215 Frühjahr 2010. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und der Bau einer stabilen, kostengünstigen Innenwand des Just Add Sticks (JAS)-Systems von World Shelter.

Projektplan für Papercrete-Wand

Das entwickelte Innenwandsystem verwendet Papercrete, ein witterungsbeständiges und feuerfestes Material. Papercrete nutzt die Fasern von Papier und die Langlebigkeit von Beton, um eine stabile Struktur zu bilden. Die Papercrete-Wand verfügt über ein Drahtgeflecht-Endoskelett, das für die nötige Stabilität sorgt und gleichzeitig die Flexibilität des Wandelements ermöglicht. Dadurch wird Schutz vor Wind und Witterungseinflüssen gewährleistet. Entscheidend für die Innovation und den Erfolg der Wandkonstruktion ist das Papercrete-Exoskelett; es unterscheidet sie von anderen Innenwandsystemen, die üblicherweise in Altbauten und Reliefkonstruktionen eingesetzt werden. Die Papercrete-Komponente bietet Wärmedämmung, Wind- und Wasserdichtigkeit, Feuerbeständigkeit und die gewünschte Langlebigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.

Problemstellung und Kriterien

Wichtige Kriterien

• Ziel: Kostenfreiheit: Aufgrund der Priorisierung aller World Shelters-Projekte werden die Ausgaben für dieses Projekt minimal sein. Daher ist es notwendig, kostenlose oder kostengünstige Materialien zu verwenden (einschließlich Transport und Bau).
• Langfristig: Die Projektergebnisse dienen gleichzeitig als Ressource für andere Projekte von World Shelters. Dadurch verlängert sich die angestrebte Nutzungsdauer des Systems von einigen Jahren (Nothilfe) auf einen möglichst langen Zeitraum (lebenslang).
• Robust und langlebig: Um die gewünschte Lebensdauer zu erreichen, muss das System langlebig sein. Das Wandsystem benötigt Stabilität, um die Funktionalität einer normalen Innenwandkonstruktion zu gewährleisten. Die Wand muss keine Lasten tragen, aber normalen Wohnbedingungen standhalten.
• Einsatz lokaler Arbeitskräfte: Der Einsatz haitianischer Arbeitskräfte fördert die Selbstversorgung, verringert die Abhängigkeit von ausländischen Produkten und kann möglicherweise weitere Arbeitsplätze schaffen.
• Montagefreundlichkeit: Der Mauerbau muss ein vereinfachtes Verfahren sein, das viele haitianische Arbeiter befolgen können. Die Anzahl der benötigten Arbeiter ist für dieses Kriterium irrelevant, die zu erwartende geistige und körperliche Belastung pro Arbeiter hingegen entscheidend.
• Witterungsbeständig: Muss der Zersetzung durch die Umgebung sowie möglichen Gefahren wie Bränden und Hurrikanen standhalten.
• Wärmedämmung: Eine bessere Wärmedämmung erhöht den Wert des Systems.
• Leichtbauweise: Realistischere und kostengünstigere Wandkonstruktionen weisen eine geringere Masse auf, die herkömmlichen Innenwandsystemen ähnelt. Dies gewährleistet zudem eine erhöhte Sicherheit.
• Ästhetik: Um eine Innenwandstruktur zu realisieren, die sich in den haitianischen Lebensstil und die Kultur einfügt, ist es von Bedeutung, wie die Wand aussieht und welche Wirkung sie auf die Menschen hat.

Beschreibung des Abschlussprojekts

Die Wand selbst ist 1,5 Zoll dick, was die gewünschte dünne Rahmenkonstruktion sowie die erforderliche Zugfestigkeit ermöglicht. Die Oberfläche kann je nach Bedarf der Konstruktion beliebig groß sein. Für eine möglichst langlebige und kostengünstige Konstruktion wird ein Papierbeton-Mischungsverhältnis von 1:3 (1 Teil Papier zu 3 Teilen Zement) empfohlen. Andere Mischungsverhältnisse wurden jedoch getestet und als zufriedenstellend befunden; bei Bedarf sind auch andere Mischungsverhältnisse möglich.

Konstruktionsbearbeitung

Der Bau einer Papierbetonwand umfasst vier Hauptschritte: das Errichten des Rahmens, das Anmischen des Papierbetons, das Gießen der Form und das Trocknen. Bei fachgerechter Ausführung und entsprechender Anleitung kann der Bau in einer halben Stunde abgeschlossen werden. Die Trocknungszeit hängt vom Klima, den Wetterbedingungen und dem verfügbaren Zeitrahmen ab.

Dieser Rahmen ist 91 cm x 91 cm groß und 7,6 cm tief (Abbildung 3). Für den Bau des Rahmens werden folgende Materialien benötigt: vier Holzstücke mit einer Dicke von 2,5 cm, einer Breite von ca. 7,6 cm und einer Länge entsprechend den Wandabmessungen; eine Holzleiste mit den Abmessungen der gewünschten Wand plus 2,5 cm an jeder Seite; Schrauben; Bohrmaschine/Schraubendreher; Säge; und eine Bandklemme (optional). Schneiden Sie zunächst die Enden der vier Holzstücke an der 2,5 cm dicken Seite im 45°-Winkel ab. Dies werden die Seiten des Rahmens. Falls vorhanden, können Sie die vier Seiten mit einer Bandklemme so zusammenbinden, dass die schrägen Enden aneinanderpassen. Schrauben Sie anschließend die Holzleiste, die als Sockelleiste dienen soll, oben auf die vier zusammengebundenen Teile. Entfernen Sie die Bandklemme, drehen Sie den Rahmen um und beginnen Sie mit der Herstellung des Papierbetons. Vor dem Anmischen des Papierbetons muss das Verhältnis von Papier zu Beton festgelegt werden. Folgende Materialien werden benötigt: eine Waage; ein Mischeimer; Papier (in Pfund); Beton; Wasser; Bohrmaschine mit Mischbohrer. und Drahtgitter mit Abmessungen, die denen der späteren Wand entsprechen.

Zuerst Papier und Zement im zuvor festgelegten Verhältnis abwiegen. Das Papier zerkleinern; das geht zwar einfach, ist aber mühsam von Hand. Die entsprechende Menge zerkleinertes Papier und Zement in den Eimer geben und so viel Wasser hinzufügen, bis eine zähflüssige Masse entsteht (Abbildung 3a-b). Die Wassermenge muss nicht genau sein, die Masse sollte nur dickflüssig genug sein, um sie von Hand zu bewegen. Wenn der Trocknungsprozess zeitlich unbegrenzt ist, verdunstet das gesamte Wasser mit der Zeit. Bei Zeitdruck kann die Masse verdichtet werden, wodurch die Wassermenge keine Rolle mehr spielt. Den Inhalt des Eimers mit der Bohrmaschine und dem Rühraufsatz vermischen. So lange rühren, bis das Papier fein zerkleinert ist und die Masse homogen aussieht.

Der letzte Schritt beim Verlegen: Auftragen der zweiten Schicht Papierbeton (Abbildung 3c). Legen Sie nun die Form in den zuvor errichteten Rahmen. Geben Sie die Masse von Hand in die Form, sodass der Boden mit Papierbeton bedeckt ist. Legen Sie anschließend das Drahtgitter darauf. Achten Sie darauf, dass der Draht flach liegt, bevor Sie ihn in die Form legen, damit die Form eben trocknet. Zum Schluss tragen Sie weiteren Papierbeton auf, sodass kein Draht mehr sichtbar ist. Nun muss die Form trocknen. Wenn die Trocknung an der Luft erfolgt, decken Sie die Wand mit einem wasserdichten Material ab. Lassen Sie dabei jedoch einen Spalt zwischen den Kanten des Rahmens und der Abdeckung, um die Belüftung zu gewährleisten. Falls gewünscht, können Sie die Abdeckung bei gutem Wetter entfernen (die Form hält Regen während des Trocknens nicht gut stand).

Durch das Komprimieren der Mischung mit Scherkraft verkürzt sich die Trocknungszeit und das Produkt wird kompakter (Abbildung 3d), wodurch die Festigkeit erhöht wird. Die Komprimierung kann einfach erfolgen, indem man eine Holzleiste, die gerade groß genug ist, um auf der Form im Rahmen aufzuliegen, platziert. Stellen Sie das Ganze zwischen ein Auto und einen Wagenheber und kurbeln Sie das Auto an. Dadurch läuft fast das gesamte Wasser ab; das restliche Wasser verdunstet beim Abstellen.

Kosten

Testergebnis

Unser Prototyp mit dem empfohlenen Zement-Papier-Verhältnis wurde für einen Flammen- und Beständigkeitstest verwendet. Nachdem der Prototyp hergestellt und getrocknet war, wurde ein Flammentest durchgeführt, indem er zwei Minuten lang neben eine 10.000 BTU-Flamme gehalten wurde.

Der Prototyp erwies sich als feuerfest und isolierend. Seine Oberfläche verkohlte zwar, korrodierte aber nicht und zerfiel auch nicht. Die der Flamme zugewandte Seite war kühl genug, um sie anzufassen, während die andere Seite unversehrt blieb. Der Widerstandstest wurde durchgeführt, indem der Prototyp aus einer Höhe von etwa 1,5 Metern mit maximaler Geschwindigkeit durch den menschlichen Arm auf den Boden geworfen wurde. Der Prototyp hielt diesem Test recht gut stand und bewies seine Flexibilität durch Biegung. Da die vom Arm ausgeübte Kraft jedoch nicht senkrecht zum Boden wirkte, erfuhr er eine Biegekraft. Aufgrund dieses Winkels riss er beim Aufprall entlang des Drahtgerüsts. Diese Rissbildung könnte darauf zurückzuführen sein, dass der Prototyp noch nicht vollständig trocken war und die Verbindung zwischen den beiden Papierbetonplatten daher noch nicht vollständig ausgehärtet war. Zusätzlich wird die Wand beim Einbau in das Gebäude mit Kabelbindern befestigt, die durch den Papierbeton und den Drahtkern verlaufen und die Verbindung innerhalb der Wand verstärken. Wir führten außerdem einen Biegetest durch, bei dem wir den Prototyp zwischen zwei Farbdosen aufhängten und in der Mitte ein Gewicht hinzufügten. Die Probe verbog sich, brach aber aufgrund des darin enthaltenen Drahtkerns nicht.

Diskussion und nächste Schritte

Nach all unseren Untersuchungen und Tests sind wir zu dem Schluss gekommen, dass das optimale Mischungsverhältnis von Papier zu Beton 1 Teil Papier zu 5 Teilen Beton beträgt. Wir haben außerdem festgestellt, dass die Mischung verbessert wird, wenn die Steine ​​ausgesiebt werden, was zu einer feineren Mischung und einem leichteren Endprodukt führt.

• Es können weitere Tests durchgeführt werden, um den optimalen Drahtabstand für den Maschenkern zu ermitteln.
• Auch weiterhin werden Tests durchgeführt, um das beste Verhältnis zu ermitteln.

Referenzen

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