Die Erde funktioniert

WörterJohn RamshawFotosWill Claxton

Während erdbasierte Bautechniken in der Bauindustrie zweifellos an Bedeutung gewinnen, wurden sie bisher hauptsächlich mit kleineren Bauprojekten in ländlichen Gebieten in Verbindung gebracht. Doch das wird sich mit Tribeca ändern, einem ökologisch ambitionierten Großprojekt im Londoner Stadtteil Kings Cross, das von Bennetts Associates für den Londoner Projektentwickler REEF Group entworfen wurde. Das gemischt genutzte Projekt ersetzt ein ehemaliges Sortierbüro der Royal Mail und umfasst fünf Gebäude mit gemischten Mietwohnungen, Einzelhandels- und Freizeiteinrichtungen sowie Büros.

Eines der fünf Gebäude, The Apex, soll das erste Großbauwerk Großbritanniens werden, bei dem der Baugrund als Baumaterial verwendet wird. Anstatt auf eine Mülldeponie gebracht zu werden – wie es bei Gebäuden dieser Art üblich ist – wird der Erdaushub zum Ziegelhersteller HG Matthews mit Sitz in Buckinghamshire transportiert, wo er zu leistungsstarken Lehmblöcken verarbeitet wird, bevor er zur Verwendung an die Baustelle zurückgebracht wird im Wandbau.

Nach der anfänglichen Siebung mit einer Nasspfanne wird das Baustellenmaterial in einen Einfülltrichter geladen und durchläuft dann einen Satz Walzen, um alle verbleibenden übergroßen Ablagerungen zu zerkleinern

Kohlenstoffreduzierung Die Idee, Erdblöcke zu verwenden, stammt vom Projektarchitekten Nikolay Shahpazov. Er interessierte sich schon seit einiger Zeit für die Technologie, sah aber eine Gelegenheit, sie bei einem Großprojekt einzusetzen, als er zu Bennetts Associates kam und dort zu arbeiten begann die engagierte Nachhaltigkeitsgruppe der Praxis. Für Shahpazov sind Erdblöcke eine naheliegende Wahl, wenn es darum geht, den Kohlenstoffgehalt zu reduzieren.

Jeder Block enthält nur zehn Prozent des verkörperten Kohlenstoffs eines herkömmlichen Betonblocks. Außerdem lagern sie wiederverwendbares Baustellenmaterial im Gebäude selbst. „Lehm, Sand und Schluff bleiben an Ort und Stelle“, erklärt Shahpazov. „Diese Ressourcen werden begrenzt, wenn wir beispielsweise Ziegel herstellen, da es schwierig ist, den Mörtel zur Wiederverwendung zu entfernen. Hier speichern wir Ressourcen für die zukünftige Verwendung, was die Kreislaufwirtschaft ergänzt. Darüber hinaus ermöglicht die „lebende“ Natur der Blöcke, die Innentemperatur und die Luftfeuchtigkeit zu regulieren und Luftschadstoffe zu reduzieren.“

Die Erdblöcke werden von Hand aus ihren Holzformen gelöst. Pro Schicht werden ca. 700 Einheiten produziert.

Den Traum Wirklichkeit werden lassenMit Hilfe von Erdblöcken auf The Apex vom Konzept zur Realität zu gelangen, war für Shahpazov ein langwieriges und manchmal anspruchsvolles Unterfangen. „Ich habe zum ersten Mal während des Lockdowns von den Erdblöcken von HG Matthews erfahren“, erinnert er sich. „Ich habe dann versucht, sie in eines der aktuellen Projekte der Praxis zu integrieren, aber es war schon zu weit fortgeschritten. Als ich Projektarchitekt für Tribeca wurde, besprach ich die Möglichkeit ihrer Verwendung mit dem Bauunternehmer VolkerFitzpatrick, der zu dieser Zeit vor Ort Pfähle aufbaute. Ich fragte, ob wir frische Erde zur Analyse mitnehmen könnten, und nahm dann Kontakt mit Roland Keeble von Rammed Earth Consulting auf, der zusammen mit HG Matthews einige Blockproben anfertigte, die dem Kunden vorgelegt wurden.“

Nach verschiedenen Labortests wurde beschlossen, im Keller Erdblöcke anstelle von Betonblöcken zu verwenden. Es gab jedoch noch eine Reihe von Herausforderungen – nicht zuletzt die Ermittlung der strukturellen und brandtechnischen Eigenschaften der Blöcke. Ein Großteil dieser Informationen stammte von Professoren für Bauingenieurwesen und anderen Spezialisten, die Shahpazov bekannt waren, und floss in den Entwurfs- und Spezifikationsprozess ein.

„Es war ein langer Prozess und es gab einige Momente, in denen es so aussah, als könnten wir die Blöcke vielleicht doch nicht nutzen“, gesteht der Architekt. „Aber am Ende haben wir es geschafft, alle notwendigen Informationen zu erhalten, alle davon zu überzeugen, dass es eine gute Idee war, und sogar eine Schulung bei HG Matthews für den Blockbau-Subunternehmer Turick zu organisieren, um zu beweisen, dass er über die notwendigen Fähigkeiten zum Verlegen verfügt Blöcke vor Ort! Glücklicherweise kommen viele der Jungs im Subunternehmerteam aus Moldawien und waren mit Erdbauweisen vertraut und begeistert davon.

Obwohl die Blöcke zweifellos ihren Zweck erfüllen, gibt es keine Garantie dafür. Daher mussten vor allem der Kunde und der Projektfinanzierer überzeugt werden. Wenn Sie die Art und Weise, wie Projekte erstellt werden, ändern möchten, müssen Sie wirklich mit den großen Entwicklern zusammenarbeiten und sie überzeugen. Um ehrlich zu sein, hat mich der ganze Prozess fast ruiniert und mehr gekostet, als er wahrscheinlich hätte tun sollen, aber es ist das erste Mal, dass er durchgeführt wurde.“

Die Blöcke werden auf Metallgestellen gestapelt, bevor sie sieben Tage lang bei einer Temperatur von 50 °C getrocknet – und nicht gebrannt – werden

Die richtige Mischung findenDie ursprüngliche Absicht bestand darin, im gesamten Keller Erdblöcke zu verwenden, doch Probleme mit der Feuersicherheit im Zusammenhang mit den Trennwänden zwischen den Räumen führten dazu, dass das Team sie nur für die Außenwände vorsah. Mit genügend Zeit und Geduld für die Tests glaubt Shahpazov, dass die Blöcke den ursprünglichen Auftrag erfüllt hätten. Die Blöcke werden derzeit nicht tragend zur Auskleidung der Innenseite der Betonstützmauern verwendet, können aber auch statisch verwendet werden.

Die für The Apex spezifizierten Erdblöcke haben eine Festigkeit von etwa 6,5 ​​N/mm2 – was mitteldichten Betonblöcken entspricht. „Wir haben mit drei verschiedenen Blockmischungen experimentiert“, erklärt Shahpazov. „Der erste war zu 100 Prozent ausgehobener Untergrund, gemischt mit Stroh. Der zweite Boden bestand zu 75 Prozent aus Untergrund mit 25 Prozent Sand und Stroh. Und der dritte bestand zu 50 Prozent aus Untergrund und zu 50 Prozent aus Sand und Stroh. Nach Tests erwies sich die dritte Mischung als die stärkste und wurde daher vom Statiker für die Verwendung im Projekt ausgewählt. Im Nachhinein hätte die schwächste Mischung ausgereicht, da sie immer noch ziemlich stabil ist und wir die Blöcke im Wesentlichen als Verkleidungsmaterial verwenden.“

Preislich ähneln die Erdsteine ​​den herkömmlichen Betonsteinen. Allerdings werden sie nicht hochkant, sondern seitlich montiert, sodass mehr Blöcke erforderlich sind. „Die finanziellen Einsparungen ergeben sich aus der Vermeidung der Deponierung im Zusammenhang mit dem Aushub und der damit verbundenen Steuer“, sagt der Architekt.

Nach dem Trocknungsprozess werden alle gerissenen Blöcke zerkleinert und zu einer weiteren Charge weiterverarbeitet

Installation vor Ort: Der 5,9 Meter hohe Kellerwandaufbau besteht aus Ortbeton, Mineralwollisolierung, vertikalen Aluminiumschienen, die wieder am Betonuntergrund befestigt sind, und dann den Erdblöcken, die im Keilrahmenverband mit horizontalen Metallbindern verlegt werden, die die Schichten wieder mit dem Untergrund verbinden Schienen. Am Fuß der Wand befindet sich ein niedriger Sockel aus Betonblöcken. Dies soll die Erdblöcke schützen, falls der Keller jemals überflutet werden sollte. Die Blöcke können genauso schnell verlegt werden wie ihre Betonäquivalente, allerdings kann das Verfugen länger dauern, um die gewünschte Ästhetik zu erreichen.

Der für den Mauerbau verwendete Mörtel besteht aus dem gleichen Material wie die Mauersteine ​​und wird vor Ort nass angeliefert. Entscheidend ist, dass bei der Steinherstellung und beim Verlegen kein Zement verwendet wird. Der Lehmmörtel ist extrem fest und zäh, allerdings musste der Mischung Sand zugesetzt werden, um die Verarbeitbarkeit vor Ort zu verbessern. Im Gegensatz zu Mörteln auf Zementbasis kann unbenutzter Ton am nächsten Tag wieder in den Eimer gegeben und wiederverwendet werden, anstatt nach dem Aushärten weggeworfen zu werden.

Für die Wände wurde ein Sichtputz vorgesehen. Sobald der Mörtel trocken ist, werden die Blöcke abgebürstet, um lose Ton- und Staubpartikel zu entfernen. Anschließend wird eine Schicht Leinöl auf die Außenseite aufgetragen, um weiteres „Staub“ zu verhindern und für ein etwas dunkleres Finish zu sorgen.

Die Blöcke werden an vertikalen Aluminiumschienen befestigt, die wiederum am Betonuntergrund befestigt werden

Die Perspektive eines Lehmsteinherstellers Im Mittelpunkt des Projekts steht HG Matthews, ein unabhängiges, familiengeführtes Ziegeleiunternehmen mit Sitz in Bellingdon in der Nähe von Chesham. Partner Jim Matthews beschloss vor einigen Jahren, das Unternehmen auf die Herstellung umweltfreundlicherer Produkte umzustellen. „Wir hatten bereits Schritte unternommen, um den Ziegelproduktionsprozess umweltfreundlicher zu gestalten, und waren der erste Hersteller im Land, der beim Trocknungsprozess auf Biomasse umgestiegen ist“, erklärt Matthews. „Dadurch werden monatlich rund 30.000 Liter Diesel eingespart. Wir haben uns dann entschieden, aufs Ganze zu gehen und ein natürliches, extrem kohlenstoffarmes Baumaterial herzustellen: den Lehmblock.

Einer der energieintensivsten Teile der Ziegelherstellung ist der Brennprozess, daher bestand Matthews‘ Idee darin, diesen zu eliminieren und ein ungebranntes Produkt auf Erdbasis herzustellen. „Dieser Ansatz ist nichts besonders Neues“, erklärt der Hersteller. „Unsere Innovation besteht jedoch darin, den Abraum, der für Keller und Fundamente ausgegraben wurde, in Blöcke umzuwandeln und diese wieder an den Standort zu liefern. Dadurch wird verhindert, dass Abfälle auf der Mülldeponie landen, und gleichzeitig verringert sich die Abhängigkeit von Rohmaterialien/Neuware. Die Hauptfrage im Zusammenhang mit der Gesamtnachhaltigkeit des Prozesses besteht darin, wie weit das Baustellenmaterial transportiert wird. Wir würden eine maximale Entfernung von 30 Meilen empfehlen, damit sich die Fahrt lohnt.“

Vor dem Auftragen von Leinöl werden lose Lehm- und Staubpartikel von den Sichtwänden entfernt. Letzteres verhindert weiteres „Staubmachen“ und sorgt für ein etwas dunkleres Finish.

Herstellung der Blöcke: Es ist erwähnenswert, dass alle zur Herstellung der Erdblöcke verwendeten Anlagen aus zweiter Hand sind und für diese Aufgabe umfunktioniert wurden. „Es ist ein bisschen wie ein Frankenstein-Monster“, lacht Matthews. „Alle Maschinen stammen von verschiedenen Werften und wir haben sie restauriert und wieder in Betrieb genommen, anstatt sie zu verschrotten.“ Der Blockherstellungsprozess beginnt mit einer Nasspfanne, einer großen Industriemaschine, die das Rohmaterial vor Ort mithilfe einer Reihe von Stahlplatten siebt. Der neu veredelte Abraum wird anschließend mit lokal angebautem Stroh vermischt. Abhängig von der Qualität des Grundmaterials und den erforderlichen Konstruktionsparametern der Blöcke kann auch Ton oder Sand hinzugefügt werden.

Sand wird typischerweise verwendet, wenn die Blöcke einen hohen Tonanteil haben. „Dies trägt dazu bei, ein Schrumpfen während des Trocknens zu verhindern und so den Körper des Materials zu stabilisieren“, erklärt Matthews. „Manchmal ist das Baumaterial sehr steinig und sandig, sodass möglicherweise zusätzlicher Ton erforderlich ist, um die gewünschte Mischung herzustellen. Wir haben mit unterschiedlichen Verhältnissen von Sand und Ton experimentiert und die Blöcke im Labor getestet, um ihre Druckfestigkeit zu ermitteln. Wir testen vor dem Bau und dann während des Baus, je nach den Anforderungen des Ingenieurs.“

Jeder Erdblock enthält nur zehn Prozent des in einem herkömmlichen Betonblock enthaltenen Kohlenstoffs

Die Erdmischung wird dann in einen Einfülltrichter geladen und durchläuft einen letzten Satz Walzen, um alle verbleibenden übergroßen Ablagerungen zu zerkleinern. Von hier aus gelangt es in die Steinfertigungsmaschine, die pro Schicht 700 Steine ​​produzieren kann. Die Holzblockformen folgen einem Kreislauf: Zuerst werden sie mit Sand bestreut, um zu verhindern, dass die Blöcke an der Innenseite kleben, dann passieren sie ein Fass, in dem eine Welle mit Flügeln den Ton in sie hineindrückt, und schließlich werden sie von der Maschine entfernt Hand. Die Blöcke sind gefräßt, was dazu beiträgt, dass der Ton beim Einwerfen in jede Ecke der Form verteilt wird.

Die Blöcke werden sieben Tage lang bei einer Temperatur von 50 °C in speziell konstruierten Trocknern mit rund 4.000 Einheiten getrocknet und nicht gebrannt. Die Wärmequelle sind Biomassekessel, die lokal angebautes, nachwachsendes Holz nutzen. Jeder Erdblock enthält vor dem Trocknen etwa 3,5 Liter Regenwasser (aus Gebäuden auf dem Gelände gesammelt). Langsames Trocknen ist wichtig, um Rissbildung beim Schrumpfen der Blöcke zu verhindern. Eventuell gerissene Blöcke werden zerkleinert und zu einer weiteren Charge weiterverarbeitet. Der Strohanteil der Blöcke (typischerweise etwa zwei Masseprozent) fungiert nicht nur als Bindemittel während des Trocknungsprozesses, sondern sorgt auch für eine Art strukturelle Verstärkung des fertigen Artikels.

Blick in die ZukunftDie hohen, sichtbaren Lehmmauern von The Apex beeindrucken durch ihre eleganten, römisch anmutenden Proportionen, die warme Farbe und die haptische Oberfläche. Auch wenn der Prozess vom Konzept bis zur Realisierung alles andere als einfach war, werden das Endergebnis und die gewonnenen Erkenntnisse hoffentlich anderen zukunftsorientierten Projektteams ermöglichen, diese kohlenstoffarme Technologie in ihre Gebäude zu integrieren. „Das Bauen mit Lehmblöcken sollte in ganz London und auch darüber hinaus, wo erhebliche Ausgrabungen stattfinden, gängige Praxis sein“, schließt Shahpazov. „Der Prozess verbraucht ein Zehntel des CO2 herkömmlicher Verfahren und ist daher ein Kinderspiel.“