Statusrapport - Norges forskningsråd
Statusrapport - Norges forskningsråd
Statusrapport - Norges forskningsråd
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
MATERIALER TIL BYGG OG ANLEGG – en statusoversikt.<br />
Innledning:<br />
Kvaliteten på et lands infrastruktur er i stor grad bestemmende for om en nasjons innbyggere har en<br />
høy livskvalitet og om landets næringsliv er konkurransedyktig. Med samfunnsmessig infrastruktur<br />
regnes også dets bygninger og produksjonslokaler og kvalitet i et livsløpsperspektiv. I tillegg til<br />
kunnskaper, er dette landets viktigste langsiktige investeringer. Innovasjoner som sikter mot<br />
forbedringer av infrastruktur dreier seg ofte om materialteknologi og materialanvendelse og<br />
produksjon av eller med materialer.<br />
Den etterfølgende oversikt er impulser som er kommet til Forskningsrådet, og gjør ikke krav på å<br />
være en fullstendig situasjonsrapport for alle materialtyper som benyttes i bygg og anlegg.<br />
RAMMEBETINGELSER FOR MATERIALUTVIKLING<br />
I favør av et godt indre og ytre miljø:<br />
Myndighetene har ansvaret for å gi næringslivet rammebetingelser som bidrar til at samfunnet<br />
utvikles i en mer bærekraftig retning enn situasjonen er i dag. En økt kombinasjon av gulrøtter og<br />
pisker kan forventes. Konklusjonene for en bærekraftig utvikling har ofte blitt samlet under 3R –<br />
begrepene, " reduce, reuse, recycle". Mange forventer at:<br />
• miljøavgiftene øker og arbeidsgiveravgiften synker (grønn skattereform)<br />
• kostnader til vannforbruk og avløpsrensning blir høyere<br />
• el. -prisene kan øke pga. klimaendringer, økt krafteksport og liberalisering av el-markedet<br />
• kravene til avfallsminimering, -sortering og ombruk blir strengere<br />
• offentlige leietakere, byggherrer og etter hvert kjøpere, ber om miljøklassifisering av bygg.<br />
Også lov- og regelverket endres:<br />
• Lov om avhendelse av fast eiendom gir kjøperen 5 års reklamasjonsfrist, og skader som skyldes<br />
skjulte miljøforhold ved bygget er en vanlig reklamasjonsgrunn.<br />
• HMS-forskriften for byggeplasser skjerper byggherrens og entreprenørenes miljøansvar<br />
• I forslaget til de nye byggeforskriftene heter det: “Byggverk skal oppføres, brukes og avskaffes<br />
på en måte som medfører lite belastning på det ytre miljø”.<br />
• Strengere miljøkrav vil innføres også for bestående bygningsmasse.<br />
• Internkontrollforskriften (IK) pålegger alle bedrifter å sørge for systematisk oppfølging av krav<br />
fastsatt i arbeidsmiljøloven, forurensningsloven, brann- og eksplosjonslovgivningen,<br />
produktkontrollen, sivilforsvarsloven og lov om tilsyn med elektriske anlegg og elektrisk utstyr.<br />
Brukerpreferanser, arkitektur:<br />
Det synes nå klart at politikerne og planleggerne vil vie byutvikling større oppmerksomhet, siden<br />
veksten av byene er et generelt fremtredende trekk og utfordringene har vært større en man ville<br />
innse. Det ser ut som om byggeskikk og arkitektur i større grad enn tidligere vil speile utviklingen i<br />
samfunnet ellers. Urbanisering er et stikkord, raskere svingninger i de økonomiske forutsetninger et<br />
annet, som i økende grad får utbyggerne til dele risikoen ved investering i bygg og anlegg med<br />
andre f. eks. leieboerne, andre investorer eller entreprenørene. Opinionens synspunkter på om man<br />
i byene skal rive og bygge nytt eller bevare og bygge om, og om fortetting av bykjernene aksepteres<br />
som en god økonomisk planlegging, gjerne med høyhus også for boliger, har vist seg å påvirke<br />
dagens materialvalg.<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 1
En vesentlig trend i europeisk teknologiutvikling er de skjerpede krav til miljøforbedringer og<br />
reduksjon i energibruk som nå er gjort tydelig gjennom direktiver fra EU. På konferanse<br />
”Sustainable Building 2002” i Oslo, var hovedkonklusjonen at vi har teknologien for en bærekraftig<br />
utvikling, men markedet virker ikke, og det må etableres tiltak for markedstransfomasjon for å få<br />
effekter. Hvilke løsninger som vil bli fremtredene er usikkert, og det er heller ikke sikkert at dette<br />
for eksempel vil snu trenden med bruk av glassfasader som gir gjennomsiktighet og tiltrekkende<br />
inne miljø. Denne tilsynelatende sløsing med energi, finner muligens kompenserende teknologier,<br />
hvis brukerne har et sterkt ønske om få disse løsninger. Uansett er kontroll med energiforbruk viktig<br />
for den fremtidige materialutvikling, enten det skjer i form av bedre bygningsteknologi, eller økt<br />
energiproduksjon i bygget.<br />
Byggherrefunksjonen går mot en profesjonalisering både i privat og offentlig sektor og det<br />
etableres et eget kunnskapsområde ”facility management” hvor prosjektledelse, innkjøp av tjenester<br />
og kontrahering er viktige momenter. Samtidig er det gjennom FoU prosjekter, samlet mye<br />
kunnskap om forvaltning, vedlikehold, drift og utvikling av bygg og anlegg. Krav til miljø- og<br />
energisertifisering, har sammen med økt bevissthet om materialers livssyklusverdi begynt å påvirke<br />
holdninger til preferanser av bygningsmaterialer, hos byggherrene. Det arbeides på flere hold med å<br />
etablere metodikk for å dokumentere byggematerialenes livssyklusverdi.<br />
Effekt av ny kontraheringsmetoder:<br />
En rekke nye kontraheringsmetoder har rukket å påvirke næringens organisering av utførelsesfasen<br />
og derved valg av materialer. Kontraktstyper som Offentlig Privat Samarbeid (OPS) og ”Build<br />
Operate and Tranfer” (BOP), har sammen med langsiktige partnering – avtaler, der risiko er delt<br />
mellom byggherre og utførende, er i fremgang. Dette har forskjøvet ansvaret for materialfunksjonen<br />
i sterkere grad over på utførende, fordi denne deltar i fastsettelse av spesifikasjonene og vil stå for<br />
vedlikehold og drift i lengre perioder, før ansvaret overføres byggherren.<br />
BA –MATERIALER - FORSKNINGSMILJØER :<br />
Materialforskning slik den er definert her, drives i dag ved NTNU, NORUT, SINTEF, NBI og NGI.<br />
I tillegg drives det FoU ved Norsk Treteknisk Institutt, hos Vegvesenet, og ved Asfaltteknisk<br />
Institutt. Enkelte byggematerialprodusenter har egne utviklingsavdelinger og laboratorier, bare to<br />
bedrifter i BA har egne FoU sjefer. Det kan for tiden se ut som om miljøene innen treforskning har<br />
mest ressurser, er best organisert og er mest dynamisk. Etablering av Norsk Tresenter i Trondheim<br />
og organisering av Treforsk, er indikasjoner på dette.<br />
To momenter vil styrer tilgangen på ressurser for materialforskning i Norge:<br />
• i hvilken grad materialleverandører og entreprenører legger sin FoU aktivitet hit<br />
• i hvilken grad nye myndighetskrav i forskrifter og sertifiseringsordninger rettet mot<br />
byggemetoder og materialer, følges opp med offentlige bevilgninger til FoU.<br />
I løpet av de siste 10 -12 år har utenlandske eiere overtatt stadig mer både av byggevare<br />
produksjonen og entreprenør virksomhet i Norge. Markedene i Norden er nærmest slått sammen og<br />
nisjer kan også sies å være Europeisk fordi det vesentligste av produksjon foregår utenfor Norden.<br />
En høy andel av den innenlandske materialproduksjonen har tradisjonelt vært basert på utenlandske<br />
lisenser, og materialer som gulvbelegg, fugemasser, fliser, og teknisk utrustning ellers, har i mange<br />
år vært importert. Det kan se ut som disse utviklingstrekk har fått konsekvenser for omfanget og<br />
innholdet av materialteknologiutviklingen i Norge, ved begrenset tilgang på midler fra næringslivet.<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 2
Det vil være uheldig om norske fagmiljøer ikke skal ha midler til å utvikle nødvendig kompetanse<br />
for å vurdere nye løsninger for vårt miljø og drive kompetanseoverføring fra internasjonale miljøer.<br />
Det har vist seg i andre næringer at mulighetene for å øke den ”norske” andel av markedene og<br />
tilhørende FoU aktivitet, ligger i å utvikle spesielle løsninger i nisjeområder, hvor vi har god<br />
internasjonal kompetanse, og spesielle fortrinn som gode råmaterialer eller innovative miljøer.<br />
INTERNASJONALE TRENDER INNEN BA - FORSKNING.<br />
Generelt:<br />
BAE – næringens brukere forventer kostnads – og kvalitetsforbedringer, bedre leveransedyktighet,<br />
bedre ivaretakelse av ytre og indre miljø og HMS på byggeplass. Disse forventninger vil tilta med<br />
tiden. Bygge og anleggsbransjen står ved en korsvei hvor teknologiske, miljømessige, økonomiske<br />
og menneskelige forhold krysser hverandre. Framskritt for næringen vil styres av komplekse<br />
krefter, hvorav noen vil være motstridende. Basert på en analyse av påvirkende faktorer og<br />
nødvendige mål er følgende 3 satsingsområder ansett som de mest betydelige nå:<br />
1. Utvikling av nye prosesser og fleksible og intelligente produksjonssystemer<br />
2. System tankegang for å kontroller totalkvalitet og unngå katastrofer i vid forstand<br />
3. Optimalisering i levetidsperspektivet av industrisystemet, produktene og servicen.<br />
Et gjennomgående trekk for disse tre momenter vil være anvendelse av IT –teknologi, og at<br />
prosjekter organiseres både langs verdikjeden og i tverrfaglig nettverk.<br />
1. Utvikling av nye prosesser og fleksible og intelligente produksjonssystemer:<br />
Satsing på forskning må forstås med bakgrunn i den overordnede industrielle sammenheng:<br />
• BAE – næringen har et stort potensiale for forbedringer i produktivitet og effektivitet.<br />
• Betydelige demografiske endringer pågår i den Europeiske befolkning spesielt for de eldre.<br />
• Det foreligger muligheter for en fremtidig mangel på kvalifisert arbeidskraft.<br />
• Det er et økende behov for å trekke sluttbrukerne med som en del av næringen.<br />
• BAE – næringens operasjoner og resultater er lett synlig i det sosiale bildet daglig for alle.<br />
• Definisjon av næringens sluttbrukere er komplisert men omfatter oss alle, samtidig som det<br />
omfatter offentlige aktører, private bedrifter og organisasjoner<br />
• Nærmest alle BAE – prosjekter gjennomføres som en entreprise i en lang verdikjede med<br />
forskjelligartede bedrifter og individer, med en komplisert koordinering for lederen.<br />
Næringens strategiske mål var ved inngangen til detteårtusen klare i relasjon til innovasjonsbehov:<br />
Økt industrialisering av produksjonene for bedre kvalitet, produktivitet og sikkerhet.<br />
Integrering av prosjektering og utførelsen for å få optimal ledelse av verdikjeden.<br />
Standardisering og integrasjon av prosjekteringsverktøyene for å få kompatibilitet i<br />
alle deler av prosjekterings, planleggings og gjennomføringskjeden.<br />
Definere og gjennomtenke endringer i kundebehov for å innarbeide nye behov i en<br />
ny og forbedret konstruksjonsprosess.<br />
Redusere kontraktuelle konflikter ved å legge til rette for partnering og samarbeid<br />
mot felles mål.<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 3
2. System tankegang for å kontroller totalkvalitet og for unngå katastrofer i vid forstand<br />
Med katastrofer menes ikke bare jordskjelv o.l., men også arbeidsskader, miljøkatastrofer,<br />
brannkatastrofer, ras, konstruksjonssammenbrudd, dvs. katastrofer i opinionens øyne.. En<br />
systemtankegang innbærer både systematisk sikring mot katastrofer, så vel som en kultur som<br />
underbygger systemets gode funksjon. Dette kan listes opp med følgende mål:<br />
• Bærekraftige konstruksjoner og produkter i et levetidsperspektiv.<br />
• Nye industrielle metoder for bruk av materialer og ressurser.<br />
• Fleksible og robuste produksjonsprosesser for å motstå katastrofer.<br />
• Redusere den negative innflytelse på det omgivende miljø.<br />
• Bruke risikovurderinger og ytelsesprinsipper i ledelsen.<br />
• Identifisere godt strukturerte selvgående metodeverktøy for å sikre bærekraft i livsløpet.<br />
3. Optimalisering av livssyklus for industrisystemet, produkter og service.<br />
Dette betinger større kundefokus, større fokus på eksisterende konstruksjoner og bygg, bedre<br />
nettverkbygging og partnering for å motvirke fragmentering av ressursene. Målene vil være:<br />
• Bedre kundeorientering<br />
• Øke service orienteringen og service ytelsene<br />
• Miljø - orientering og -løsninger, som utvidelse av service og nye produktløsninger<br />
• Bedre ressursutnyttelse, omgjøre avfall til ressurser<br />
• Kunnskapsledelse gjennom effektiv fordeling av informasjon langs livssykel aksen.<br />
• Bedre brukerinformasjon om bygg og konstruksjoner egnet for bruk i driftsfasen.<br />
Innholdet i forskningen vil derfor i økende grad dreie mot:<br />
• nanoteknologi (på molekylnivå) for å bedre grunnleggende forståelse<br />
• overflateteknologi rettet mot bestandighet, overflatebehandling og sammenføyninger<br />
• prosesser rettet mot produktivitet, industriell økologi og nye materialkrav med mindre marginer<br />
• nye metoder for karakterisering og modellering av materialer og påvirkende laster, hvor ikke<br />
destruktiv prøving vil bli stadig viktigere.<br />
TRENDER MATERIALFORSKNING KONSTRUKSJONER:<br />
Mineralske materialer, miljøsikre og ressursbesparende metoder:<br />
Med markedsbetegnelsen høykvalitetsbetong, har næringen arbeidet gradvis over tid for å<br />
kontrollere støpeligheten av betong til mange behov, selvkomprimerende, selvutjevnende, plastisk,<br />
pumpbar, til sprøyting og kunne gi den en form slik arkitekten ønsker på en forutsigbar måte. Dette<br />
har gjort det mulig å plassere betongen med mindre innsats av manuell arbeidskraft. Det er skapt ny<br />
kunnskap om hvordan volumreduksjoner og påfølgende riss- og sprekkdannelse kontrolleres. Dette<br />
er et resultat av bedre kunnskap om innvirkning på reologi egenskaper fra de enkelte komponenter,<br />
sementens kjemiske sammensetning og kornfordeling, mengde og kvalitet av gips eller erstatninger<br />
for gips, avanserte organiske tilsetninger som styrer utviklingen av hydratiseringen og koagulering<br />
av den ferske fase, og mineralske tilsatsers innflytelse.<br />
Annonserte økninger i CO2 avgifter og andre avgifter på utslipp, har av hensyn til å unngå<br />
konkurransevridning skapt et latent behov for å utvikle sementer med en høyere andel av<br />
miljøvennligere materialer som erstatning for klinker i sement, som bruk av slagg, pozzolaner og<br />
overskuddsmaterialer fra annen industri. Som en miljøkompensasjon er det foreslått å bruke CO2<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 4
som en overflatebehandling av betong. Dette vil gi betongoverflater med økt fasthet og tetthet.<br />
Denne form for karbonatisering kan redusere den passive beskyttelse en høy pH i betongen gir<br />
armeringsstålet.<br />
Det er oppnådd betydelige resultater for forståelsen av hvordan bestandig betong i utsatte miljøer<br />
skal produseres, men det vil fortsatt være behov for å forstå de mekanismer som styrer bestandighet.<br />
Det er stor interesse for nye typer armering med bedre motstand mot korrosjon:<br />
• stangarmering basert på fiberarmerte polymerkompositter hvor råmaterialprisene er<br />
synkende og mer konkurransedyktig mot stål<br />
• rustfritt stål, hvor prisene nærmer seg konvensjonelt stål<br />
• stangarmering av stål med egenskaper som rustfritt stål, med bare marginalt høyere<br />
kostnader enn vanlige stålkvaliteter, basert på produksjon med lavt CO 2 utslipp.<br />
Armering av fiberarmerte plastkompositter har gitt interessante muligheter både for redusert<br />
betong overdekning med vektfordel og nye utviklingsmuligheter for bindemidler med lavere pH<br />
nivå, som gir et bedre arbeidsmiljø. Det er også en økende anvendelse slike materialer for<br />
forsterkning og oppgradering av eksisterende konstruksjoner.<br />
I tråd med de generelle trender har forskning på ombruk av betong gitt resultater ved at knust<br />
betong i økende grad er anvendt som om betongtilslag og ikke bare som fyllmasse for veier og<br />
plasser. Det er gjort fremskritt med bruk av høypresterende ultrasonisk vibrasjon for å knuse betong<br />
for ombruk på en miljø- og bruksvennlig måte. I samme gate er de FoU - resultater som foreligger<br />
som gir det teknologiske grunnlag for å kunne bruke avfall fra avløpsrensing og overskudds<br />
materialer fra annen industri som råmaterialer for produksjon av lett tilsalg.<br />
Høyfasthet lettbetong er nå veldokumentert med hensyn til bestandighet, og er innarbeidet for<br />
bruk i veibroer i kystområdene hvor miljøpåkjenningene er store.<br />
Det arbeides også med forenklet bruk av mer tradisjonell armering og en mer avansert bruk av<br />
fibere som erstatning for deler av stangarmeringen. Det er videre fremdeles et press på<br />
leverandørene, for å studere i mer detalj de muligheter materialene har for å avgi damp og<br />
miljøgasser som er uforenlig med et godt inne klima.<br />
Nano-bindemidler:<br />
I pakt med utviklingen i materialteknologien for andre næringsområder, har det vært gjort forsøk<br />
med nye komponenter i betongsammensetningene. Nanostudier har gitt mulighetene for<br />
styrkeøkning opp mot 200 MPa i trykk og 20 -30 MPa i strekk, og betydelig bedre kontroll av<br />
støpelighet ved:<br />
• bindemiddel sammensetninger med nanopartikler av silika, silikater, eller metalloksyder,<br />
evt. bruk av overskuddsprodukter fra annen industri<br />
• bruk av kolloid silika og/eller flerfunksjonelle overflatevirkende organiske tilsetninger<br />
• ”Carbon Nanotubes” brukt som fibertilsetting<br />
• nye bindemidler benevnt geopolymerer basert på blandinger av alkali løsninger og<br />
nanopartikler av Al-Si oksyder.<br />
Materialer basert på tre:<br />
Økende kvalitetskrav generelt og innovativ satsning fra næringen på å øke markedsmulighetene<br />
nasjonalt og internasjonalt for trematerialer, har gitt utvikling i hele næringskjeden. Dette har gitt<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 5
esultater i markedene for broer, bærekonstruksjoner for store haller, fleretasjes boligbygg i tre (3-4<br />
etasjer), og løsninger med massive trekonstruksjoner som nå innarbeides i markedet.<br />
Det arbeides også kontinuerlig med og med å få kontroll over formstabilitet, og effekter av fukt og<br />
tørkemetoder, og med nye apteringsmetoder tilpasset endrede brukerbehov. Tilgang på råmaterialer<br />
med god kvalitet har tidvis vært en knapphetsfaktor. Metoder for kvalitetsbedømming av den<br />
enkelte stamme på rot, med en tilhørende separat håndtering av de forskjellige kvaliteter egnet for<br />
sliping, innredning og konstruksjonsvirke, er et betydelig mål for sikre tilgang på<br />
kvalitetsmaterialer.<br />
Utviklingen mot en stadig økende andel av trematerialer levert byggeplass som "Engineered wood"<br />
d.v.s. laminatkonstruksjoner, plater av fiber, finer og limt ”chips”, konstruksjonselementer basert på<br />
finer eller naturtre kombinert med industrielt tilvirkede palter, bærende konstruksjoner av massivtre.<br />
Material- og konstruksjonsløsninger for bruk i 3-4 etasjer trebygninger i urban bebyggelse, har gitt<br />
et potensiale for økt marked.<br />
Det er utviklet nye og bedre løsninger basert på ”grønne” kjemikalier for impregneringsmidler mot<br />
råteangrep, for flammehemming, og metoder for å øke bestandigheten av treets overflate, med og<br />
uten pigmenter. Her foregår utviklingsarbeidet videre blant annet med:<br />
• bruk av enzymer for en biokjemisk stabilisering av tre, som tilsvarer en kunstig produksjon<br />
av kjerneved<br />
• bruk av anti-mikrobielle enzymer mot soppdannelse<br />
• varmebehandling av tre for å gi bedret bestandighet<br />
• nano -skala modifikasjon av overflateegenskaper basert på sol –gel teknologier.,<br />
Nasjonalt og internasjonalt arbeides det med metoder for å modifisere treet struktur på en måte som<br />
gjør det letter å tilfredsstille krav til både å bevare utseende, øke bestandigheten og sikkerhet ved<br />
anvendelse og kontroll med avgivelse av VOC til innemiljøet.<br />
Metaller.<br />
Bærekonstruksjoner til bygg basert på stål i søyler og dragere med dekker av spennbetong, har<br />
gradvis fått økt anvendelse. Dette skyldes blant annet en større målrettet satsing på utvikling<br />
igangsatt midt på 1980 årene på Europeisk nivå og muligens teknologioverføring fra bruk av stål<br />
offshore. I USA markedsføres nå konstruksjonsstål basert på bærekraftig produksjon med lavt CO 2<br />
utslipp. Det levers også laminert stål med egenskaper som rustfritt stål, med bare 10 % høyere<br />
kostnader. En rekke leverandører av fasadeløsninger staser nå på rustfritt stål som hovedmateriale,<br />
fordi materialprisene har hatt en gunstig utvikling.<br />
Forskningen innen lastbærende konstruksjoner basert på lettmetaller av aluminium og<br />
magnesium har vært rettet mot anvendelser hvor lav vekt sammen med materialenes formbarhet gir<br />
særlige fordeler. Dette gjelder for eks transportsektoren (bil, tog, båt), offshore sektoren, samt ulike<br />
forsvarsanvendelser. Denne kompetansen overføres nå til bygg hvor det foreslås modulbaserte<br />
byggesystemer hvor aluminium er det bærende materiale. Disse kan være romlige moduler eller<br />
flatpakker baser på ”klick in” sammenføyninger. En større sentralisert modulproduksjon kan med<br />
fordel utnytte lav vekt mht. transport- og montasje kostnader.<br />
Interessen for lettmetaller bygger på en grunnleggende forståelse av materialenes mekaniske<br />
egenskaper og respons når de blir utsatt for ulike ytre belastninger. Bruken av effektive verktøy for<br />
eksperimentell og numerisk bestemmelse av responsen står sentralt i virksomheten. Kunnskap om<br />
lettmetallenes egenskaper ved eksponering for transiente laster (for eksempel prosjektiler), har gitt<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 6
løsninger hvor elementer sammensatt av aluminium fylt med steinmaterialer kan brukes som<br />
tilfluktsrom eller sikkerhetssoner i bygg.<br />
Både stål og lettmetaller kan utnytte resultater som etter hvert viser seg fra utvikling innen overflate<br />
teknologien, hvor brukervennligheter er i fokus.<br />
Plast og plastkompositter:<br />
Fiberarmerte polymerkompositter til konstruktiv formål, armering i betong, forsterkning og<br />
oppgradering av eksisterende konstruksjoner i tre og betong, ved rehabilitering av konstruksjoner,<br />
er i ferd med å vinne terreng. Den første gangbro basert på dette materiale ble nylig åpnet i Østfold,<br />
og ikke minst er bygging av vindmøller basert seg på slike materialer. Det vil fremdeles være behov<br />
for å videreutvikle beregningsmetoder, materialegenskaper og rasjonelle utførelsesmetoder.<br />
Løsninger er prøvet med materialet basert på aramid, kullstoff eller glassfiber i epoxy- eller<br />
vinylester matrise for:<br />
• fiberarmerte konstruksjoner til romlige fasadeløsninger og lette bærende elementer<br />
• bærekabel i brokonstruksjoner i konkurranse med stålkabler<br />
• materialer for armering i fyllinger av løsmasser og bærelag for vei<br />
• jordankere og bolter i korrosjonsutsatte miljøer<br />
• brukt i kombinasjon med betong, evt. andre materialer<br />
• vegg og -fasade systemer integrert med oppvarming, isolasjon og ventilasjonsløsninger.<br />
Materialkarakterisering og testing:<br />
Den økte innsats de seneste år rettet mot nano - materialforskningen generelt, har medført en<br />
utvikling innen forskningsmetodikk og måleteknikk som synes å smitte til bygge materialer. Dette<br />
synes å gå i retning av:<br />
• IT – baserte målemetoder og testing karakterisert ved automatisk prøvetaking og tester<br />
basert på ikke destruktiv prøving<br />
• Materialkarakterisering hvor flere teknikker brukes samtidig eller i kombinasjon.<br />
BYGGETEKNISKE LØSNINGER:<br />
Overflatebehandling og funksjonelle belegg for konstruksjoner og fasader:<br />
I områder hvor bybebyggelsen normalt har et betydelig innslag av høyhus med vanskelig tilkomst<br />
til fasadene, har det vært satset betydelige midler på å utvikle overflatebelegg med redusert behov<br />
for rengjøring og vedlikehold. Andre funksjonsløsninger hvor overflaten er viktig gjelder hygiene,<br />
personlig eller på et mer industrielt nivå, som i næringsmiddelproduksjon. Dette har gitt:<br />
• supersterke nano -belegg som hindrer riper, og utsetter aldring<br />
• fotokatalyttiske overflatematerialer kombinert med hydrofobe egenskaper som er<br />
selvsteriliserende og selvrensende<br />
• belegg som nedbryter toalett odør ved katalyttiske nano-partikler basert på TiO2<br />
I visse sammenhenger er det utviklet kombinasjoner av overflatebelegg og sensorteknikk for å<br />
kontrollere og styre materialenes og konstruksjonens yteevne, som å øke korrosjonsmotstanden<br />
eller initiere brannhemmende materialmekanismer. Det arbeides med å utvikle bedre og<br />
miljøriktigere sopphindrende midler, mot helsefarlige effekter på miljø fra fuktskader.<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 7
Isolasjon (kulde, varme, brann, lyd):<br />
To forskjellige tema er beskrevet som viktige:<br />
• isolasjonstykkelsene i de lavenergibygg som foreslås som modell for fremtidige krav i<br />
byggebestemmelsene, legger til rette for utvikling av materialer med betydelig bedre<br />
isolasjonsevne for å redusere areal- og materialbruk<br />
• brannsikre materialer i tunnelhvelv og miljøriktige brannhemmende overflatebehandlinger<br />
Det arbeides med å utvikle vanndampretardere og kapilæraktiv isolasjon for en redistribusjon av<br />
kondensasjonsvann ved hjelp av kapilærkrefter. Slike løsninger har vært lansert for rehabilitering av<br />
eldre bebyggelse.<br />
Det foreligger forslag til produkter:<br />
• hvor bærende isolasjonselementer er produsert vesentlig med resirkulerte materialer<br />
• for sandwich isolasjonspaneler med u- verdier på 0.02 W/m2K, produsert med vakuum<br />
hulrom fylt med isolerende mikromaterialer med lav ledningsevne, som vakuum pulver,<br />
isolerende gass, mikroporøst fyll, aerogel, silika pulver, perlitt, og lignende.<br />
• kalsiumsilikat plater for utvendig isolasjon av eldre mur bygg, hvor fukt er et latent problem<br />
Materialer for energilagring.<br />
Det arbeides flere steder på mer eller mindre avanserte metoder for å lagre overskuddsenergi fra nat<br />
til dag og på halv- og halvårig basis. Metoder og materialene som anvendes er:<br />
• Tunge konstruksjonsdeler som betong, stein, o.l<br />
• Pusslag med energilagre i form av voks som inneholder mikrosfærer med parafin<br />
• Undergrunns lagring i stein og løsmasser over lengre tid<br />
• Materialer som avgir store energimengder ved smelting, som en reversibel prosess<br />
• Adsorbsjon hos faste materialer, zeolitter, silica, eller væsker, dessicanter<br />
• Thermokjemisk lagring, hvor energi lagres i et materiale form av en reversibel kjemisk prosess.<br />
Lysåpninger, vinduer og glass, funksjonelle materialer:<br />
Det er gjort betydelige fremskritt innen funksjonsrettede materialer til bruk i lysåpninger, vinduer<br />
og glassfasader, hvor gjennomskinnligheten kan justeres i takt med behov i innemiljøet.<br />
• gjennomskinnelige veggpaneler eller overlys, fylt med funksjonelle geler, som silika aerogel,<br />
• cellulær isolasjon med lav varmetransport, men åpner for innslipp av sol lys.<br />
• materialer som gir god varmeledning og lav refleks av sol stråling, med unntak for den infrarøde<br />
delen av spekteret<br />
• elektrokromatisk film, med styrbare adsorbsjons- og refleksjonsegenskaper tilpasset behov<br />
• glass som reflekterer sollyset inn i rommet dit den er ønsket<br />
• flersjikts glass hvor hvert sjikt har separat funksjon og kan tilpasses ønsker om bedre<br />
brannbestandighet, isolasjons- og refleksjonsevne og økt personvern.<br />
Steinmaterialer:<br />
Stein har fått en renessanse anvendt som fasadeplater, i gulv med høy slitasje, og som dekorative<br />
elementer i inngangspartier og i bymessig utomhusanlegg. Grunnen er produktutvikling mht. nye<br />
teknikker for bearbeiding og montasje, og på grunn av materialets livssykelverdi. Det siste på<br />
markedet er steingulv utlagt med aluminiumslås, pålimt lyddempende underlag, utlagt som flytende<br />
gulv uten mørtel eller lim.<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 8
Keramiske materialer:<br />
Det pågår for tiden en rekke arbeider, også i Norge, hvor avgangsmaterialer fra annen industri<br />
prøves ut som råmaterialer for keramiske produkter til bygg og anlegg. Avgangsmaterialene<br />
foreligger i meget finkornet form på nivå med leire. Sammensetning av avganger fra flere kilder kan<br />
gi keramisk materialer med den nødvendige kvalitet for eks. til baderomsutstyr og fliser.<br />
VEI OG BANER, TUNNELER OG FJELLARBEIDER:<br />
Asfalt materialer:<br />
Behov for bedre tilpasning av kvalitet til miljøbelastninger og ombruk, har gitt behov for nye asfalt<br />
typer. Polypropylen (PP), lav densitets Polyetylen (LPPE), gummi og andre polymere<br />
avfallsmaterialer er prøvet for å lage asfalttyper som egner seg for ombruk, og kald og varm<br />
utlegging. Utviklingen har vært drevet av industrien selv i samarbeid med vegmyndighetene.<br />
Økende bruk av OPS og eller BOT kontrakter, hvor entreprenørene selv står for vedlikehold i en<br />
lenge periode enn tidligere, vil også gi et press for å utvikle materialer med bedre<br />
langtidsegenskaper. Utvikling av kald - asfalt typer i vegbelegg ved bruk av emulsjoner eller<br />
skumbitumen vil redusere de negative økonomiske effekter begrensninger været gir de utførende,<br />
redusere energiforbruk og gjøre materialet mer miljøvennlig.<br />
Injeksjonsmaterialer for fjellarbeider:<br />
Bærekraftig bygging av tunneler både mht. helseskadelig avrenning til grunnvannet og ivaretakelse<br />
av miljøet i det overliggende areal, presser frem utvikling miljøriktige materialbruk og<br />
utførelsesmetoder. Det fordres sikker kontroll av vanntap fra ovenfor liggende løsmasser. Nye<br />
sammensetninger av injeksjonsmaterialer, utstyr og metoder basert på stort hydraulisk trykk for<br />
injeksjon har vært bearbeidet, og nye metoder for forundersøkelser for å lokalisere problemområder<br />
er tatt i bruk. I samme gate ligger behov for materialer til å rehabilitere oppsprukne<br />
betongkonstruksjoner og for å forsterke oppsprukne fjellformasjoner for fundamentering og<br />
stabilisere og forsterke bløte grunnmasser.<br />
ENERGIBESPARENDE LØSNINGER:<br />
Materialer for nye fornybare energi:<br />
Tradisjonelt er dette temaområdet mer for spesialister innen energiteknologi. Utviklingen mot mer<br />
integrerte løsninger, hvor de prosjekterende alt fra idé stadiet inkluderer disse løsninger som en del<br />
av det arkitektoniske grep, vil bringe temaområdet i nærkontakt bygningsteknologien. Temaet er<br />
”hett” internasjonalt og har mottatt betydelige midler til FoU. Løsninger for fotovaltiske materialer<br />
som foreligger er for eksempel:<br />
• ”Quantum Dot Solar Concentration”, (”Quantum Dots” omformer solenergi til elektrisk energi)<br />
materiale støpt inn i plast eller glasssom samler solenergi og overfører elektrisk energi til<br />
kollektorer plassert på passende sted i vinduskonstruksjonene. Vinduer kan derved inkorporeres<br />
med solceller. Ved bruk av plastmaterialer kan solcellene bli fleksible og formbare.<br />
• ”Organic molecular solar cells” er nye organiske materialer som konkurrerer med tradisjonelle<br />
silisium materialer som solfangerer.<br />
• Materialer med høy stråle absorbsjon og lavemitterende overflate, kan gis en spektralt selektiv<br />
overflate, og derved effektivisere fototermal oppsamling og omdannelse av solenergi<br />
Andre utviklingsområder for materialutvikling er installasjoner rettet mot varmelagring,<br />
varmeveksling, bruk av vannbåren oppvarming (energi fleksibilitet) og varmepumper.<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 9
FORBRUKSTRENDER SMARTHUS - Smart living - Connected Lifestyle:<br />
Det synes allerede å ligge i dagen at det som betegnes service elementene i fremtidens bygg, vil bli<br />
mer variert. ”Smarthus” løsninger er en ofte brukt betegnelse og vil komme som et resultat av blant<br />
annet materialutvikling i andre næringsområder, men vil kunne få betydning for uviklingen i BA –<br />
næringen. ”Smarthus” omfatter en rekke muligheter for nye tjenester og effektivisering:<br />
Enøk -styring:<br />
Optimal styring alle energikilder, effektutkopling, anvendelse av billigste tariff, styring lysnivå ved<br />
tilstedeværelse, optimalisering av romtemperatur, styring persienner og solskjermer, lokal styring<br />
av ventilasjonsluft i rom ved tilstedeværelse, styring av CO2 innhold i luft, registrering av<br />
temperatur ved kuldebroer og tilkopling av varmekabel.<br />
Byggfunksjoner:<br />
Varsling ved overbelastning av konstruksjoner, varsling høye lyder, temperaturer under 0 grader<br />
nær vann og VVS anlegg, vannlekkasje, tette toaletter, etc.. Det arbeides nå i norske FoU miljøer,<br />
med bruk av optiske fibere, som en integrert del av konstruksjonen, for overvåkning av<br />
bærekonstruksjonenes funksjonsegenskaper over tid.<br />
Sikkerhet:<br />
Adgangskontroll, brannalarm, styring branndører, sprinkleranlegg, lys for rømningsvei og<br />
nødutganger, automatisk utkopling brannkilder, som el . utstyr, ovner etc., innbruddsalarm, ved<br />
automatisk bevegelsesalarm ved fravær, låsing utgangsdør, simulering av tilstedeværelse,<br />
fjernstyring av komfyr.<br />
Omsorg og trygghet:<br />
Tilgjengelighet av pasientinformasjon fra hjemsted, elektronisk barnevakt, web-kamera som<br />
barnevakt og overvåkning av personer med soveforstyrrelser, nødalarm som varsler helsepersonell,<br />
pårørende og naboer, mobil nødalarm integrert med vaktordning, panikk knapper for spesielle<br />
hendelser, tidsbrytere med varsel for kokeplater og kaffetrakter.<br />
Handikap- og livsløpsboliger:<br />
Bruksregistrering tekniske anlegg, kjøleskap, komfyr, kaffekoker, WC, dusj, etc., enkle trykknapper<br />
for forskjellige livssituasjoner, passiv alarm dersom beboerne ikke flytter seg eller bruker enkelte av<br />
boligens funksjoner, varsling når boligen forlates (utbrudd, innbruddsalarm), Bevegelses/<br />
fraværsvarsel/ lokalisering usynlig tjener, overvåkning av medisinsk tilstand, intelligente pille -<br />
esker for varsling som gjør medisin tilgjengelig, fallsensorer på strategisk riktige steder,<br />
behovstilpasset lys, vektsensorer under seng, talehjelpemidler for funksjonshemmede,<br />
synshjelpemidler for svaksynte og blinde, hjelp til å huske, varsling epilepsianfall.<br />
Nyttetjenester - service<br />
Måling og overføring forbruksdata for strøm, telefon, TV og internett forbruk. Kjøkkendatamaskin<br />
og handlende kjøleskap med strekkode måling av innhold. Overvåkning av utomhus anlegg,<br />
automatisk behovsstyrt vanning. Markedsplass for varer og tjenester.<br />
Underholdning:<br />
Intelligente hjemmekinoanlegg, nettverks integrert husholdning, databasert musikkanlegg med<br />
distribusjon til alle rom.<br />
Kommunikasjon:<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 10
Alle tenkelige former for kommunikasjon, for den enkelte for bofellesskap, internt, eksternt.<br />
Sensorer for det meste:<br />
Sett i sammenheng med utviklingen av ”smarthus” vil utvikling av materialteknologi for sensorer<br />
ha en stor påvirkning på hvilke tjenester som vil bli en del av byggenes tjenestetilbud. Her synes<br />
fremtiden ikke å by på begrensninger, og volumet av sensorer som styrer innendørs klima stiger<br />
med 20 – 25 % hvert år, og prisene synker. Se også det som er skrevet tidligere om optiske fibere,<br />
for overvåkning av bærekonstruksjoner.<br />
Fra en start i 1990 årene med CO2 , relativ fuktighet og temperatur målinger, utvikles både<br />
kvaliteten på målingene, anvendelsen mot integrering i klima- og ventilasjonsanleggene og hvilke<br />
parametere som ønskes målt. For tiden er det økende interesse for lufttrykk, stråletemperatur,<br />
belysning, og farlige organiske materialer i form av gasser og partikler (VOC), hvorav brannbare<br />
gasser utgjør en del. Utviklingen for inneklima i bygg og bilindustrien vil følge hverandre. Hva den<br />
forventede utvikling vil bli for neste skritt som er bio-sensorer, er fremdeles usikkert for bygg og<br />
anlegg.<br />
Referanser:<br />
Forslag til ”Expression of Interest” og ”Network of Exellence”, registrert i E-Core basen.<br />
1st Symposium Nanotechnology in Construction, Univ. of Paysley juni 2003<br />
IAQ Sensor Roadmap MOSAIC FPP 031205 -2.4. Present and future market situation<br />
December, Telaire<br />
(USA, ) Texas<br />
Instruments (USA, Vaisala<br />
(Finland).<br />
GRIP bygg- fdvu: Miljøeffektiv forvaltning, drift vedlikehold og utvikling av kontorbygg: - en<br />
veileder for byggeiere. 1997<br />
Workshop – FP6 and the Construction Sector, Brussels 26 th February 2002 Research Priorities 3.3<br />
New Production Processes and Devices<br />
Status_BA_foresight.doc, jli 18.5.04 11