Tekstilė ir polimerinės plėvelės pastatams

UAB "Viktorija Design" projektas, Leono Garbačiausko nuotrauka.

Tekstilinė architektūra, tentinė architektūra, membraninės konstrukcijos - nusistovėjusio termino šiai statybinei medžiagai apibūdinti nėra.

Tekstilinė architektūra - tai naujos kartos architektūra bei galimybės papildyti tradicinius architektūrinius sprendimus. Laikoma, kad tekstilinė architektūra gali praplėsti tradicinį projektavimą, iš esmės sukuria naują lanksčių erdvių architektūrą.

Medžiagos, iš kurių gaminama statyboje naudojama tekstilė, membranos, polimerinės plėvelės, laikomos penktuoju statybos elementu po metalo, akmens, stiklo ir betono.

Tekstilės pritaikymas statyboje

Beveik prieš 50 metų vokiečių architektas, dizaineris ir statybos inžinierius Frajus Ottas (Frei Otto) projektuojamuose statiniuose ėmė naudoti liaunas tekstilės medžiagas. Vienas pirmųjų jo darbų, žyminčių naujos statybinės medžiagos taikymo eros pradžią, buvo Vokietijos Federacinės Respublikos paviljonas parodoje „Expo 67" (Monrealis, Kanada, 1967) iš poliesterinio (PES) audinio, dengto polivinilchloridu (PVC).

Vienas pirmųjų tekstilinės architektūros statinių - Vokietijos paviljonas Expo 67 parodoje.

Atelier Frei Otto Warmbronn nuotrauka.

Nuo to laiko statiniams skirtos (architektūrinės) tekstilės srityje įvyko ryškūs pokyčiai, susiję su funkcinės tekstilės vystymu, naujų kompozitų atsiradimu ir įsitvirtinimu statybų sektoriuje. Vienas iš veiksnių, leidusių statyti tokius sudėtingus statinius kaip Denverio tarptautinis oro uostas (JAV), Pekino nacionalinis vandens sporto centras (Kinija), Nacionalinis kosmoso tyrimų centras (Jungtinė Karalystė), daugybę laisvalaikio ir sporto kompleksų, olimpinių stadionų, koncertų salių yra šių medžiagų savybės.

Statybų sektoriuje naudojamos dengtos medžiagos, (dažniausiai PES audinys, padengtas PVC, kitas variantas - stiklo pluošto audinys, padengtas politetrafluoretilenu (PTFE)), polimerinės plėvelės, tinklai. Dengtos medžiagos tekstilinė armuojanti komponentė turi įtakos mechaninėms medžiagos savybėms (stiprumui, tamprumui), o polimerinėse dangose lemia hidrofizines, termofizines, akustines savybes, t.y., kiek medžiaga yra atspari drėgmei, ugniai, atmosferos poveikiu, nepraleidžia triukšmo ir kt.

Didelė architektūrinės tekstilės medžiagų įvairovė sudaro sąlygas išpildyti pastatams ir jų elementams keliamus funkcinius, estetinius, techninius, ekonominius reikalavimus, įvertinant reikalingą apsaugą nuo atmosferos poveikio, priešgaisrinę apsaugą, šviesos pralaidumą, medžiagos stiprumą, lankstumą, atsparumą dilimui, grybelio/pelėsio susidarymui.

Denverio (Kolorado valstija, JAV) stotis dengta PES/PVC medžiaga.

PES audinys, padengtas PVC, yra optimalaus kainos ir medžiagos savybių suderinamumo pavyzdys. Ši nebrangi medžiaga yra stipri, atspari tempimui, o didelė spalvų įvairovė, galimybė ant jos spausdinti tekstinę ir vaizdinę informaciją praplečia pritaikymo diapazoną. Pagrindiniai PES/PVC dengtos medžiagos naudojimo apribojimai yra susiję su nedideliu šviesos pralaidumu, neatsparumu nešvarumams ir sparčiu senėjimu: medžiagų eksploatacijos laikas siekia 15 - 20 metų.

Stiklo pluošto audinys padengtas politetrafluoretilenu

Kai pastato tarnavimo laikas turi būti ilgesnis, rekomenduojama jį projektuoti iš stiklo pluošto audinio, padengto PTFE. Gamintojai nurodo, kad šios medžiagos tarnavimo laikas 30 - 40 metų. Ji pasižymi geru šviesos pralaidumu, yra itin patvari ir atspari atmosferos poveikiui, platus temperatūrinis intervalas leidžia statyti pastatus, eksploatuojamus ir arkties, ir dykumų klimato sąlygomis.

Pavyzdžiui, viešbučio „Burj Al Arab" Dubajuje (JAE) fasadą nuo didelio temperatūrų svyravimo, smėlio audrų ir intensyvios UV spinduliuotės saugo būtent ši medžiaga. Ji yra lengvai prižiūrima, stiklo pluoštas užtikrina geras stiprumines charakteristikas, tačiau dėl nemažos kainos (ypač lyginant su PES/PVC dengta medžiaga), netinka mažo biudžeto projektuose, prastesnės lankstumo savybės riboja naudojimą pastatuose, kurių architektūroje yra didelio kreivumo paviršiai.

Niujorko priemiesčio Flushing stadionas uždengtas PTFE. Architektūra - Rossetti Architects.

Polimerinės plėvelės pastatams

Ypač didelės tekstilinių statinių plėtros perspektyvos siejamos su polimerinių plėvelių naudojimu. Kaip pavyzdį būtų galima paminėti etileno tetrtrafluoretileno (ETFE) plėvelę, kuri, manoma, gali būti puiki alternatyva statybiniam stiklui. Pirmą kartą statiniuose ši plėvelė buvo panaudota 1982 metais (Mangrovės paviljonas „Burgers" zoologijos sode Arnheme (Nyderlandai), o neįtikimos plėvelės galimybės pademonstruotos įgyvendinant Edeno sodo Kornvalyje (Didžioji Britanija), Khan Shatyr pramogų centro Astanoje (Kazachstanas), Severanco ligoninės Seule (Pietų Korėja), „Cuauhtemoc" stadiono Puebloje (Meksika) ir daugelyje kitų projektų.

Khan Shatyr centras Astanoje (Kazachstanas).

ETFE plėvelės privalumų labai daug: ji yra plona, labai lengva (orientacinės storio vertės 100 - 250 μm, paviršinio tankio 175 - 437 g/kv.m), todėl statinio konstrukcijų elementams reikia mažiau metalo. Puikūs šviesos perdavimo rodikliai (matomos šviesos laidumas siekia 90 - 95 proc.) sumažina patalpų apšvietimo išlaidas, tai prisideda prie energijos taupymo. ETFE plėvelė praleidžia ultravioletinius spindulius, pvz., 200 μm storio plėvelės UV laidumas 83 proc., o stiklo tik 61 proc.

Saulės energijos ir šviesos srauto pralaidumą galima kontroliuoti, pasirenkant skirtingo permatomumo plėveles: siūlomos ir vienspalvės (skaidrios, matinės), ir raštuotos (ant ETFE plėvelės galima spausdinti standartizuotus arba specialius, pagal pageidavimą sukurtus raštus, taip sukuriant individualius poreikius atitinkantį gaminį). Pavyzdžiui, raštu padengtos ETFE plėvelės matomos šviesos laidumas nuo 90 proc. sumažėja iki 63 proc., saulės energijos - taip pat apie 30 proc.

ETFE plėvelių spalvinė įvairovė - didelė. Jas gaminant galima išgauti praktiškai neribotą spalvų ir atspalvių variantų kiekį. Ji elastinga (trūkimo taškas atsiranda ties 600 proc.), tvirta (atsparumas tempimui ties elastingumo/plastiškumo riba yra 21 - 23 N / kv.mm, atsparumas tempimui iki trūkio taško yra 52 N/kv.mm).

Plėvelių mechaninės charakteristikos didina statinių estetinių architektūrinių sprendimų galimybes. Tyrimai rodo, kad ETFE plėvelė yra ilgaamžė (tinka naudoti apie 25-30 metų). Ji ne tik atspari nepalankioms klimato sąlygoms, bet ir cheminiam poveikiui, turi geras šilumines savybes (šilumos perdavimo koeficientas 2,9 W/kv.m K). Plėvelės gaisrinis klasifikavimas: A klasė pagal ASTM E84, ASTM E108 standartus, 0 klasė pagal UL 94VTM, B-s1-d0 klasė pagal EN 13501-1 standartus.

Mokslininkų pastangos sutelktos toliau vystyti statybų sričiai skirtas funkcines medžiagas fluorpolimerų (ETFE, PTFE) pagrindu. Pavyzdžiui, 100 proc. PTFE dengta medžiaga yra labai lanksti, ši savybė išnaudojama projektuojant transformuojamus statinius. Iš šios medžiagos pagamintas Kufšteino tvirtovės (Austrija) arenos stogas (plotas 1950 kv.m), kuris reikalingas apsisaugoti nuo kritulių švenčių ir renginių metu, kita vertus, neturi užgožti istorinio tvirtovės vaizdo, taigi stogas išskleidžiamas arba suskleidžiamas pagal aplinkybes. Nežiūrint intensyvių lenkimo deformacijų, kurias patiria stogo medžiaga, ji lieka nesugadinta.

Suskleidžiamas stogas virš Kufšteino (Austrija) tvirtovės.

Nanotechnologijos ir tekstilės medžiagos

Plėtojamas daugiafunkcionalumą suteikiančių nanotechnologijų taikymas medžiagų apdailai. Pavyzdžiui, dengtinėje medžiagoje panaudotos nano dalelės (titano dioksido) suformuoja savaime nusivalantį paviršių, tai žymiai palengvina pastatų priežiūrą. Kita sritis - daugiasluoksnių dangų, kurių dėka galima keisti funkcinių medžiagų termofizines savybes, kūrimas.

Taip pat perspektyvu ieškoti tinkamos fotoelektrinių modulių ir statybinės paskirties tekstilės medžiagų integracijos. Plonyčiai fotovoltiniai elementai gali būti ant arba įterpti tarp dviejų ETFE plėvelės sluoksnių, sumontuoti ant permatomos PTFE membranos. Tokia medžiaga puikiai tinka pastatų stogams ir fasadams, kurie patiria saulės poveikį. Taip sudaromos sąlygos statiniams patiems gaminti elektros energiją.

Vis labiau siekiama, kad statybinės medžiagos būtų tvarios. Darnios statybos srityje tekstiliniai kompozitai ir plėvelės gali atlikti svarbų vaidmenį, t.y. medžiagų savybės leidžia projektuoti mažesnių energijos sąnaudų pastatus, kuriuos, pasibaigus eksploatacijos laikui, lengva išardyti, o po nugriovimo medžiagas pakartotinai naudoti arba perdirbti.

Kauno technologijos universiteto (KTU) Architektūros ir statybos instituto akredituotos Kompozicinių ir apdailos medžiagų laboratorijos mokslinė veikla siejama su statybų srities dengtų tekstilės medžiagų ir polimerinių plėvelių bei jų jungčių ilgaamžiškumo tyrimais. Siekiami rezultatai orientuoti į statinių ilgaamžiškumo didinimo problemos sprendimą, kuri aktuali, atsižvelgiant į daugelį verslo ir visuomenės iššūkių (sakykime, Europos Parlamento ir Tarybos Reglamente (ES) Nr. 305/2011 statinių ilgaamžiškumas siejamas su esminiu statinio reikalavimu „Tvarus gamtos išteklių naudojimas").

Nenuginčijamas šių funkcinių medžiagų indėlis yra architektūrinės raiškos srityje: medžiagų savybės neriboja kūrėjų ir inžinierių įkvėpimo ieškoti naujų, įdomių, neįprastų pastatų formų, ypač sintezėje su projektavimui naudojamų kompiuterinių programų galimybėmis. Praktiškai neliko kliūčių įgyvendinti drąsiausius sumanymus ir kūrybines vizijas, transformuoti statinių estetiką ir praturtinti mus supančią aplinką, materializuojant skaitmeninėje erdvėje sukurtą geometrinę formą, derinant paviršių ypatybes, tuo pačiu išpildant objekto techninius reikalavimus.

Dr. V. Dobilaitė (mokslo darbuotoja), dr. M. Jucienė, (laboratorijos vadovė, vyresnioji mokslo darbuotoja), dr. V. Sacevičienė (mokslo darbuotoja), KTU Architektūros ir statybos institutas, Kompozicinių ir apdailos medžiagų laboratorija