STAVEBNICTVÍ: Domy stavěné z hlíny
Když se ve stavebnictví začalo hovořit o udržitelnosti, narůstal zájem o domy budované z přírodních materiálů.
A tak si enviromentalisté začali budovat bydlení v souladu s přírodou nejen ze dřeva, ale i ze slámy, nebo z hlíny. Jenže kdo nemá svůj les, dřeva se nedoplatí a slámy si farmáři dnes cení, neboť ji využívají na podestýlku, krmivo i zaorání zpět do pole. A tak zbývá hlína, které je všude plno a v řadě zemí se z ní po celá staletí staví lidské příbytky. Jedny z nejzajímavějších jsou k vidění v dogonských vesnicích v Mali, kde si staví domky čtvercového půdorysu, přikryté slaměnou střechou. Přičemž v Mali mezi vůbec nejstarší a nejobdivovanější patří hliněné stavby v Djenné, zapsané do seznamu UNESCO. Kde ve staré čtvrti domy, charakteristické malými místnostmi, vzájemným propojením přes střechy a terasy tvoří hliněný labyrint.
Hlínu dnes v Africe využívají i moderní projekty, navržené v duchu udržitelnosti, které vycházejí z místních technologií, podmínek a zvyklostí, poněvadž zdejším komunitám nabízí efektivní i cenově nejvýhodnější řešení stavebních materiálů. Nejenže místní těžba a zpracování zeminy snižuje náklady na dopravu materiálu, ale konstrukce z hlíny také snižují spotřebu energie na vytápění nebo chlazení v různých klimatických podmínkách. Ale za takovými projekty nemusíme cestovat až do Afriky. Nakonec i rakouský architekt Martin Rauch, zaměřující se na stavby z udusané hlíny, díky výstavě Refined Earth (Formovat zemi), v létě roku 2017 pořádané v Českých Budějovicích, nám ukázal, že v moderním stavitelství a architektuře mají hliněné budovy své místo.
Ovšem na počátku 21. století se domy v Evropě, Americe i Asii začaly tisknout z betonu na 3D konstrukčních tiskárnách. A pokud je možné tisknout domy z betonu, jistě by je šlo tisknout i z hlíny, řekli si enviromentální nadšenci a oslovili výrobce konstrukčních 3D tiskáren. Jedna z prvních firem, která volání po 3D konstrukčním tisku z hlíny vyslyšela, byla italská WASP (World’s Advanced Saving Project), o jejíchž projektech hliněných přístřešků, určených pro podmínky rozvojových zemí, širokou veřejnost s oblibou informovali novináři. V roce 2018 pak pozornost vyznavačů přírodního bydlení upoutal projekt z hlíny tištěného domku za pouhých 900 EUR. Konkrétně se tu směs pro zdi měla skládat z 25 % zeminy odebrané v okolí staveniště, 10 % vápna, 25 % rýžových slupek a 40 % drcené slámy. Vlhčený materiál se použil na stěny, kdy střecha je dřevěná a základová deska z betonu. Celá stavba s oknem a prosklenými dveřmi s podlahovou plochou 20 m2 trvala 10 dní.
Vnitřek stavby z hlíny a dřeva působí vkusně a čistě, přičemž stavitelé uvedli, že je dobře izolovaný a bude lidem sloužit v horku i chladu. Ovšem rozpočet 900 EUR zde pokrýval pouze materiálové náklady a ne vynaloženou práci s pronájmem strojního vybavení, takže skutečné náklady pro takovouto stavbu by za normálních podmínek byly jistě vyšší. Společnost WASP však vyvíjí nové strategie pro výstavbu hliněných objektů, kdy bude schopna stavbu urychlit a její náklady udržet na rozumné úrovni při dalším vývoji 3D konstrukčního tisku, z trysky vytlačujícího hlínu, vrstvenou do stěn. Kdy lze předpokládat, že do tisku bude promlouvat v tomto oboru probíhající výzkum a v případě hliněné pasty, vytlačované z trysky 3D tiskárny, může docházet ke změnám jejího složení.
Na první pohled by se mohlo zdát, že při 3D tisku stěn budov nahradit cement vápnem není moc dobrý nápad. Jenže starověké stavby jako akvadukty, budovy a přístavní mola, které stavěli staří Římané už před 2 000 lety, stojí dodnes. Římský beton, na stavby užívaný, nazývaný opus caementitium, měl totiž specifické složení: sopečný popel smíchaný s vápnem a následně s vodou, kdy se do směsi připomínající bahno přidávala i sopečná hornina tuf, málo zpevněné drolivé kamínky, případně kousky rozbitých cihel. Kdy pak ve směsi docházelo ke spojení (geosyntéze) tuhých částic a ke zpevnění celého systému do konečné homogenní struktury. A jak nové analýzy ukazují, právě vulkanické materiály byly a dodnes jsou klíčové pro to, aby se takovýto beton stal téměř nezničitelným, neboť odolal i mořské vodě. K čemuž je třeba podotknout, že i u nás máme naleziště tufů. Mezi ty nejznámější patří oblast Českého středohoří, s nejmohutnějším projevem sopečné činnosti u nás, ale i lokality s mladými sopkami v západních Čechách.
Tedy pro výrobu římského betonu byl užíván sopečný popel zvaný pulvis puteolanus, neboli pucolán (pozzolan), podle města Pozzuoli na úbočí Vesuvu. Přírodní pucolány jsou obvykle látky vulkanického původu nebo sedimentární horniny vhodného chemického a mineralogického složení, zpravidla se stopovým množstvím hliníku. Pucolány po smíchání s vodou samy netvrdnou, avšak pokud jsou v jemné formě, reagují v přítomnosti vody za normální teploty s rozpuštěným hydroxidem vápenatým a tvoří tak sloučeniny křemičitanů vápenatých a hlinitanů vápenatých, které jsou nositeli narůstající pevnosti. Pucolán se u nás ve stavební výrobě běžně nevyužívá, avšak pro výrobu betonu se používají popílky, získávané elektrostatickým nebo mechanickým odlučováním prachových částic z kouřových plynů topenišť, otápěných uhlím. Přičemž popílek může být svou podstatou křemičitý i vápenatý. První má pucolánové vlastnosti, druhý může mít navíc vlastnosti hydraulické.
A tak u 3D tisku z mokré zeminy, při využití současných vědeckých poznatků, je možné přejít na 3D konstrukční tisk ze směsi, při jejímž míchání se vypustí cement, nahrazovaný vápnem, které po celá staletí na stavbách mícháme s pískem na maltu. Vápno se jako pojivo do malty používalo už ve starověku, na stavbách ho využívali Číňané, Řekové i Římané. Egypťané používali vápenné malty obsahující sádru a Babyloňané už znali směsné pojivo z vápna a popelové škváry, využívané pro vodní stavby, přičemž vápno si dosud tradiční technikou zvládnou vypálit i vesničané v rozvojových zemích. Jinak řečeno, při využití sypkého materiálu, který má pucolánové vlastnosti, kdy nahradíme cement vápnem, se dají pak ze vzniklé směsi tisknout domy po celé Evropě. I když to na první pohled může vypadat, že se domy tisknou z hustého bláta, ve skutečnosti se budou tisknout ze směsi podobající se římskému betonu.
Ale vzhledem k tomu, jak se hluboký vliv umělé inteligence na design, architekturu a společnost obecně neustále rozšiřuje, přichází i v této oblasti nevyhnutelná změna. Nástup technologie AI (Artificial Intelligence) a jejích nástrojů ovlivňuje budoucnost designu, který může jít za hranice konvenčních metod návrhu, když spolu s parametrickým modelováním a vývojovou trajektorií technologie 3D tisku proniká do projektů nemovitostí. Tedy možnosti nových technologií a způsoby aplikací AI do architektonické praxe stavitelům umožňují realizovat dosud nevídané projekty udržitelného bydlení, ve kterých se architektura snoubí s uměním a designem. Kdy 3D konstrukční tisk u hrubé stavby snižuje závislost na kvalifikované manuální práci, která je obvykle drahá, plýtvání materiálem a dopad na životní prostředí ve srovnání s tradičními metodami. Zde pro představu dům Tecla, vytištěný z hlíny:
https://www.youtube.com/watch?v=pBPsc4RrZmQ
Betonové stavby mají mnoho podob, od striktně technicistních, až po čistě sochařské, kdy beton umožňuje tvarovat nejrůznější křivky. Technologie konstrukčního 3D tisku pak představuje větší architektonickou svobodu, ale také výraznou pomoc v místech, kde je třeba nových projektů při nedostatku pracovních sil (stavební společnosti při technologii 3D tisku zaznamenávají snížení mzdových nákladů až o 80%). Ale největší přesvědčivou výhodou je zde rychlost výstavby, neboť 3D tisk zabírá zlomek času, jaký zaberou u hrubé stavby tradiční techniky. Je zde však omezený výběr materiálů, kterých je v 3D tiskárnách na stavbách možné využít. I když se již využívají nové materiály, jako například ten, který ve spolupráci s Eco Materials a Green Cement vyvinuli Hive3D Builders. Jedná se o nízkonákladovou, rychleji tuhnoucí náhradu klasického cementového betonu na bázi geopolymeru, která má tolik dnes sledované emise CO2 snížit o 93%.
Geopolymery si získávají oblibu jako udržitelný stavební materiál, ve výrobě směsi pro 3D tiskárny vyžadují méně energie a produkují méně emisí oxidu uhličitého než tradiční cement. Kromě toho se při jejich výrobě mohou využít i průmyslové odpadní materiály. Společnost Hive3D Builders také vyvinula nový systém pro automatické míchání přímo na místě lokálních zdrojů, čímž snižuje náklady na její tiskovou směs na třetinu ceny jiných komerčně dostupných alternativ. Zvýšené adhezní vlastnosti jejich materiálu na bázi geopolymeru nabízí potenciál pro budování odolnějších struktur s vyšší pevností, vysokou životností a požární odolností. Při 3D konstrukčním tisku však záleží i na podobě trysky, která určuje tvar vrstvených pásů betonu a tím texturu stěn, aby nepřipomínaly vlny čeřící hladinu, jako je tomu v případě interiéru výše zmíněného domu Tecla. Což řešil už v roce 1939 ve Spojených státech William Urschel na prvních stavbách využívajících metodu vrstvení betonu, kterou předběhl svou dobu, aby nakonec upadla v zapomnění. Zde ukázka toho, jak vrstvení z trysky vytlačovaného betonu dnes řeší společnost Harcourt Technologies (HTL) v Irsku:
https://www.youtube.com/watch?v=OHLHGBN98Sw&t=11s
Geopolymery v porovnání s tradičními materiály mají zajímavé fyzikální, mechanické i chemické vlastnosti, přičemž se dnes na akademické půdě diskutuje i role geopolymerů při stavbách egyptských pyramid. A tak si geopolymerní beton (GC) získává pozornost jako udržitelná a ekologická alternativa tradičního cementového betonu. Geopolymery se v průmyslovém měřítku zpravidla vyrábějí polykondenzací za přítomnosti významného množství alkálie, aby se dosáhlo dobrých inherentních (vnitřně spjatých) vlastností. Mezi tyto vlastnosti patří tepelná stabilita, odolnost proti ohni, lepší mechanické vlastnosti a lepší odolnost proti chemické degradaci, ale i lepší absorbce zvuku. Výchozím materiálem pro výrobu mohou být materiály odpadní, například popílek, mletá vysokopecní struska, nebo materiály přírodního původu jako zeolit, u nás se vyskytující převážně v severních a západních Čechách, nebo i u nás těžený lupek (kaolinit), popřípadě to může být materiál syntetický, jako metakaolin, vyráběný kalcinací kaolinu. Zde závisí vše na ceně a dostupnosti daného materiálu či jeho požadovaných vlastnostech.
Program OSN pro lidská sídla a udržitelný rozvoj měst UN-Habitat odhaduje, že do roku 2030 budou 3 miliardy lidí, neboli 40 % světové populace, potřebovat přístup k bydlení. A volá po urychlení globálního úsilí o zajištění bezpečného, udržitelného a dostupného bydlení pro všechny. Kdy jedno z možných řešení, jak se dnes ukazuje, může přinést rychlá výstavba potřebných lidských příbytků prostřednictvím 3D konstrukčního tisku z nejrůznějších materiálů, vycházející z místních podmínek a zvyklostí. Na rozdíl od konvenčních technik umožňuje 3D tisk konstrukci složitých architektonických forem s minimální spotřebou materiálu, při řešení různých strukturálních požadavků a ekologických aspektů, splňující estetické i funkční potřeby.
Jinak řečeno, v Evropě sužované bytovou krizí už není třeba si bydlení v souladu s přírodou stavět z hlíny technikou předků, kdy do venkovní omítky je přidáván kravský hnůj, nebo se omítky natírají močůvkou. Udržitelnou a ekologickou stavbu, které neuškodí déšť ani sníh, si při využití nových poznatků můžou dnes celé komunity i družstva na 3D konstrukčních tiskárnách vrstvit ze směsi podobného složení, jakou ve starověku na své stavby užívali Římané.
Odkazy na původní zdroje
Lokální stavební techniky z nepálené hlíny :
https://www.pasivnidomy.cz/konference-zdrave-domy-2024/t5226
Projekt 3D tištěného domu využívající přírodní materiály z okolí :
https://www.3dwasp.com/en/3d-printed-house-gaia/
Spolupráce architektů a 3D tiskařské firmy přinesla průlomový design :
https://www.archspace.cz/italove-vytiskli-prvni-dum-z-obycejne-hliny
Italský modulární systém pro kolaborativní 3D tisk :
https://www.3dwasp.com/stampante-3d-per-case-crane-wasp/
Jak se hliněná tradice snoubí s novou technologií :
https://edition.cnn.com/style/article/tecla-3d-printed-house-clay/index.html
Výhody použití hlíny v architektuře :
Role geopolymerů při stavbách egyptských pyramid :
https://old.vscht.cz/sil/pojiva/Geopolymerni_beton_starovek.pdf
Geopolymery zlepšují vlastnosti tradičních materiálů :
Vlastnosti geopolymerního betonu :
https://www.mdpi.com/2673-7108/3/3/18
Jak v roce 1939 vznikala první 3D tištěná budova na světě :
https://www.youtube.com/watch?v=Dl9rhG5BPrM
Krize bydlení zasáhla celou Evropu :
Každý má základní lidské právo na bydlení :
https://unhabitat.org/topic/housing
