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Jun 21, 2023

Das mineralische, faserverstärkte Wandmaterial von Renco greift ähnlich wie Legosteine ​​ineinander. Die einzigen Werkzeuge, die ein Team von etwa 11 Arbeitern benötigte, waren Klebepistolen zum Auftragen eines proprietären Klebstoffs und Gummihämmer, um die Blöcke bei einem Wohnprojekt in Florida in die endgültige Position zu bringen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Renco USA Inc.

Stahl und Beton waren in den letzten hundert Jahren die vorherrschenden Materialien für strukturelle Zwecke, in den letzten 30 Jahren kamen im mehrstöckigen Bau auch Brettschichtholz und Brettsperrholz hinzu. Doch da der anhaltende Arbeitskräftemangel und die volatilen Märkte sowohl für Baustahl als auch für Beton die Kostenschätzer weiterhin daran hindern, die Kosten niedrig zu halten, stellt ein in Florida ansässiges Unternehmen Block für Block ein alternatives Bausystem zusammen.

Renco USA stellt ein patentiertes Bausystem aus mineralischen, faserverstärkten Verbundwerkstoffen (MCFR) her, bei dem Blöcke verwendet werden, die wie Legosteine ​​ineinandergreifen, um alles von strukturellen Wänden bis hin zu Böden und Dächern zu schaffen. Die Baumaterialien – eine Kombination aus recycelten Glasfasern, Harz und natürlich vorkommenden Kalziumverbindungen – werden in der Produktionsanlage von Renco in Jupiter, Florida, nach einem dem Spritzguss ähnlichen Verfahren hergestellt. Dieser Ansatz ermöglicht es dem Unternehmen, das Material in jede erforderliche Form zu bringen, von Bausteinen für zusammensteckbare Wände bis hin zu Dachbalken, Balken und Bodenbelägen, die auf ähnliche Weise verbunden werden. Was die MCFR-Teile miteinander verbindet, ist ein Methylmethacrylat-Haftvermittler, ähnlich dem, der bereits für Verbindungen in der Luft- und Raumfahrt, auf dem Schifffahrtsmarkt und bei großen Lkws verwendet wird. Es sind keine schweren Schneid-, Schweiß- oder Maurerarbeiten erforderlich, und Handwerksbetriebe, die mechanische, elektrische und Sanitäranlagen installieren, können zum Aufhängen von Leitungen und zum Installieren von Kanälen, Rohrleitungen, Kabeln oder Anschlusskästen dieselben Methoden wie im herkömmlichen Beton- oder Stahlbau anwenden.

Das 3D-Modell des Lakewood Road-Projekts von Renco USA zeigt jeden MCRF-Ziegel, jedes Terrassenstück und jeden Dachbalken und ist farblich gekennzeichnet, um die Baureihenfolge anzuzeigen und zu zeigen, welches Teil wohin gehört. 3D-Modell mit freundlicher Genehmigung von Renco USA Inc.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Renco USA Inc

Wichtig ist, dass MCFR eine gute Leistung erbringt, sobald es zu Blöcken oder anderen Formen geformt wurde. Umfangreiche Tests des relativ leichten Materials haben gezeigt, dass es außergewöhnlich stark ist und gleichzeitig andere Eigenschaften aufweist, die auf eine langfristige Haltbarkeit hinweisen.

Renco hat sein Produkt weiter getestet, indem es verschiedene Prototypenstrukturen in anderen Ländern gebaut hat, darunter in der Türkei, wo das Material ursprünglich hergestellt wurde. Jetzt testet Renco sein Produkt in den USA im Rahmen eines 21 Millionen US-Dollar teuren Mehrfamilienprojekts mit vier Gebäuden, das in Palm Springs, Florida, in der Nähe von West Palm Beach kurz vor der Fertigstellung steht. Der Bau des 96-Einheiten-Projekts wird von Coastal Construction geleitet. Renco-Mitbegründer Tom Murphy Jr. ist außerdem Gründer, Vorsitzender und CEO der Coastal Construction Group, die auf der ENR-Liste der Top 400 Bauunternehmer 2023 den 169. Platz belegt. Das in Miami ansässige Architekturbüro Arquitectonica hat das Projekt entworfen.

Für die Konstruktion des Projekts – oder genauer gesagt für die Montage – war eine Mannschaft von nur etwa 11 Arbeitern mit unterschiedlichem Können und Erfahrung erforderlich, um die dreistöckigen Gebäude ausschließlich unter Verwendung der hergestellten Materialien und des proprietären Klebstoffs zu errichten.

Klebepistolen zum Auftragen des Klebstoffs und Gummihämmer zum Einschlagen der ineinandergreifenden Blöcke sind die einzigen notwendigen Werkzeuge, und da kein schweres Gerät wie Kräne und Aufzüge erforderlich war, war die Baustelle im Vergleich zu typischen Baustellen ruhig, sagte Murphy ENR bei einem Besuch das fast abgeschlossene Projekt Anfang August.

Die Platzierung der Bodenplatten der Gebäude – die mit dem Wandsystem verschraubt sind – durch den Betonlieferanten Cemex über den Betonunternehmer Woodland Tilt-up sorgte laut Projektteam für die auffälligsten Geräuschpegel während der Errichtung der Gebäude. Alle überschüssigen Baumaterialien wurden zur Renco-Produktionsanlage zurückgebracht, wo sie erneut eingeschmolzen und für zukünftige Projekte wiederverwendet wurden.

Die faserverstärkten Wand-, Boden- und Dachabschnitte aus mineralischem Verbundwerkstoff von Renco USA (unten) werden in einem dem Spritzgießen ähnlichen Verfahren im Werk des Unternehmens in Jupiter, Florida, hergestellt. Diese Stahlformen bilden die Blöcke und Decks aus Rohstoffen wie recyceltem Brechmaterial Glas. Die Verbindungen (oben) wurden seismisch bis zum Versagen getestet und zeigten elastische, aber starke Verbindungen innerhalb des gesamten Gebäudesystems. Fotos mit freundlicher Genehmigung von Renco USA Inc.

„Wir haben mehr als zehn Jahre an diesem [System] gearbeitet“, sagt Murphy gegenüber ENR. „Wir mussten es ständig ändern, um es besser und einfacher zu machen“, sagt er. „Dadurch wurde der Bau eines Gebäudes damit schneller und einfacher, und … das Gebäude wurde jedes Mal stabiler.“

Murphy fügt hinzu, dass das System auch aus arbeitsrechtlicher Sicht eine wirtschaftliche Wahl für den Auftragnehmer ist, da die Arbeiter keine spezielle Schulung benötigen – das MCFR-System verwendet farbcodierte Pläne und 3D-Modelle des Stellwerkssystems, die neue Arbeiter leicht befolgen können sowie in Bezug auf Werkzeuge und Materialien.

Um die Biegefestigkeit des Produkts bei Wind zu bestimmen, schoss ein Testlabor mit einem 2x4-Holz-Geländewagen mit 55 Meilen pro Stunde auf eine Renco-Wand. Nach dem Bestehen des Raketentests wurde geschätzt, dass die Auslegungslast Windgeschwindigkeiten von bis zu 275 Meilen pro Stunde standhalten kann. Foto mit freundlicher Genehmigung von Renco USA Inc.

Das MCFR-System von Renco USA qualifiziert sich aufgrund seines Recyclinganteils für LEED-Punkte, hält Windgeschwindigkeiten von bis zu ca. 275 Meilen pro Stunde stand und seine Blöcke, Balken, Terrassendielen und Klebstoffe haben Tests in ANSI-zertifizierten Labors auf strukturelle Leistung, physikalische Eigenschaften und Feuerbeständigkeit bestanden . Aufgrund des Harzes in seiner Zusammensetzung leitet das MCFR-Material Feuchtigkeit ab, anstatt sie aufzusaugen. Als das Material auf Insektenbefall getestet wurde, verwandelte sich ein Terrarium, das mit einer Komponente von Renco sowie einer Termitenkönigin und 99 Männchen gefüllt war, einen Monat später in einen unberührten Block und 100 tote Termiten.

Am 8. August schloss Renco eine erste Finanzierungsrunde durch die Ausgabe von Wandelanleihen im Wert von 18 Millionen US-Dollar ab, wodurch das Unternehmen einen Wert von 318 Millionen US-Dollar hatte. Dieser Meilenstein war zusammen mit dem Palm Springs-Projekt und der Jupiter-Produktionsanlage des Unternehmens nur dank der Arbeiten möglich, die vor über einem Jahrzehnt begonnen wurden.

Der Startschuss für die Entwicklung des Unternehmens fiel vor etwa 13 Jahren, als Renco-Mitbegründer Engin Yesil – den Murphy mehrere Jahre lang als Bekannter aus Miami kannte – mit seiner Idee für ein ineinandergreifendes Blocksystem für den Bau an den Bauunternehmer herantrat. Innerhalb weniger Monate, nachdem die beiden Männer die Idee besprochen hatten, hatte Yesil Murphy digitale und physische Modelle eines möglichen ineinandergreifenden Blocksystems zur Verfügung gestellt.

Einer von Murphys ersten Anstellungen war Kenneth Smuts, Präsident von Renco USA, ein ehemaliger Manager von Coastal Construction und davor Immobilienmanager bei der Related Group in Miami. Mit mehreren Ingenieurabschlüssen machte sich Smuts sofort an die Arbeit an einer Flut von mehr als 400 Tests, um das Produkt in die Internationale Bauordnung aufzunehmen.

„[Die Prüfung und Zertifizierung fortzusetzen] war ein Rückfall in meine Ausbildung als Ingenieur“, sagte Smuts. In mehr als einem Jahrzehnt der Erprobung und Verfeinerung des Systems reiste Smuts „durch das Land und arbeitete bei all diesen verschiedenen Organisationen“, sagt er.

Smuts fügt hinzu, dass Dutzende Produkttests in vier Richtungen durchgeführt wurden, um mögliche Schwachstellen zu finden. „Allein die Materialtests waren etwas über 100“, schätzt er.

Die Renco-Boden-Decken-Kombination mit einem tragenden MCFR-Bodensystem erfüllte insgesamt 60 Minuten lang die in ASTM E119 festgelegten Abnahmebedingungen. Der Test fand bei Intertek in Texas statt. Fotos mit freundlicher Genehmigung von Renco USA Inc.

Es erwies sich als schwierig, einen Klebstoff zu finden, der die verschiedenen Komponenten des Systems ausreichend verbinden würde. „Wir brauchten 20 verschiedene Klebstoffe“, sagt Smuts. Ein Vorschlag, der Smuts und Murphy unterbreitet wurde, bestand darin, einen durch Akzeptanzkriterien zugelassenen Klebstoff zu verwenden, wie er beispielsweise in strukturellen Isolierpaneelen zum Einsatz kommt, aber das hat letztendlich nicht funktioniert. Murphy blickte über das Baugewerbe hinaus und informierte sich über Verbindungsklebstoffe für die Schifffahrt, den LKW-Transport und die Luftfahrt. „Am Ende haben wir in der Luftfahrt-, Schifffahrts- und LKW-Bauindustrie gearbeitet und diesen Methylmethacrylat-Klebstoff entwickelt, der außerordentlich gut funktioniert“, fügt Smuts hinzu.

William O'Donnell, geschäftsführender Direktor der Büros von DeSimone Consulting Engineers in Miami und San Francisco, half Smuts und Murphy bei der Entscheidung, den Methylmethacrylat-Klebstoff zu verwenden. O'Donnell fungierte als verantwortlicher Ingenieur, als das Renco-Team die Produktentwicklung – einschließlich der mehr als 400 Tests und zahlreichen Anpassungen – bis zum endgültigen Design und zur Produktion durchführte.

Teams können Wände aus Renco USA-Blöcken zusammenbauen, die mit Hämmern und einem Zweikomponentenkleber montiert werden, der die Blöcke miteinander verbindet. Dieses Projekt in Palm Springs, Florida, wird bezahlbaren Wohnraum für die Region schaffen. Fotos mit freundlicher Genehmigung von Renco USA

Der Ingenieur sagt, die Übung, ein Baumaterial und ein völlig neues Bausystem zu entwerfen, sei „intellektuell sehr interessant“ gewesen. O'Donnell fragte sich zum Beispiel: „Wie wird dieses Gebäude aussehen?“ Wie wird sich das anfühlen, wenn Sie im Gebäude sind? Fühlt es sich an, als ob man sich in einem Plastikgebäude befände?‘“

Als O'Donnell eines der fertiggestellten Gebäude in Palm Springs betrat, sagte er, die Struktur sei „so solide wie der Tag lang“ und beschrieb sie als „ein chemisch geschweißtes tragendes Außenwandsystem, das unglaublich stark ist“. Und auch die pultrudierten Renco-Träger und das pultrudierte Deck sind unglaublich stabil.“

O'Donnell weist darauf hin, dass das Team während der Tests herausgefunden hat, dass die Wände durch die Verwendung des Methylmethacrylat-Klebstoffs zur Verbindung der Strukturelemente des Gebäudes im Wesentlichen monolithisch sind. Smuts sagte, dass die Wände zwar aufgrund der positiven Verbindungen des Gebäudesystems stabil seien, aber dennoch die Tests für die seismischen Designkategorien A und B bestanden hätten und derzeit für die Zertifizierung in den Kategorien C und D geprüft würden.

O'Donnell, der zuvor einem Team des National Institute of Science and Technology angehörte, das den Einsatz von Verbundwerkstoffen in nachhaltiger Infrastruktur untersuchte, sagt, dass die Verwendung dieses Zweikomponentenklebers zum chemischen Zusammenschweißen von Blöcken an sich „bemerkenswert“ sei Fortschritt in der Bautechnologie.“

„Auf der Baustelle werden alle Wände mit der Platte verschraubt“, sagt Brett Perry, Leiter der Küstenbaubehörde für die Gebäude in Palm Springs. „Die Böden sind ebenerdig und 12 Zoll tief abgesenkt, um die tragenden und aussteifenden Wände zu stützen. Diese Schwellerstücke sind je nach Standort etwa 1,80 m lang. Die Höhe der Windlast bestimmt die Anzahl der Anker. Wir lassen das durch die gesamte Basis, die Türen, alles.“

Foto mit freundlicher Genehmigung von Renco USA Inc.

Um einen Herstellungsprozess zu finden, der die Blöcke, Terrassendielen, Balken und anderen Baumaterialien stark genug für den Bau macht, entwickelte Renco proprietäre Massenform- und Pultrusionsverfahren, die kontinuierliche Filamentverstärkungselemente innerhalb der Blöcke, Terrassendielen und Balken aufhängen. Dies führt dazu, dass die Unterseite genauso stark ist wie die Oberseite, erklärt Smuts.

Die Formen, aus denen das Material hergestellt wird, werden in der Türkei hergestellt. Smuts schaute sich Werkstattzeichnungen von Formen an, während er mit ENR sprach: „Jede Form ist riesig; Sie wiegen mehrere Tonnen pro Stück und auch die Maschinen selbst (von denen die Formen nur ein Teil sind) sind riesig“, sagt er.

Das Unternehmen beziehe die für die Herstellung des Bauprodukts erforderlichen Maschinen und Geräte sowohl aus der Türkei als auch aus den USA, sagt Smuts.

Ein Teil des Aufbauprozesses der Fabrik bestand darin, einen Weg zu finden, die Bauprodukte mit weniger intensivem Arbeitsaufwand herzustellen. Der türkische Lieferant von Renco kann 400 Maschinen pro Jahr produzieren. Heute gibt es im Jupiter nur noch 12. „Wir haben gerade 57 Formen für das Jupiter-Werk bestellt“, sagte Smuts.

Die Produktionsanlage hat 100 Arbeitsplätze in Jupiter geschaffen, und Smuts sagte, dies sei die Spitze dessen, was sie brauchen, um einen starken Mehrfamiliensektor im Südosten und möglicherweise auch andere Märkte zu beliefern.

Bernardo Fort-Brescia, Direktor der in Miami ansässigen Arquitectonica, sagt, dass die Beteiligung seiner Firma an dem Projekt einem weiteren Test für das Produkt gleichkam.

„Sie wollten wissen, wie sie etwas entwerfen könnten, das auf dem Markt ästhetisch akzeptabel ist“, sagt Fort-Brescia. Manchmal, fügt er hinzu, „fragt man sich bei vorgefertigten Systemen, ob sie an die Architektur, wie wir sie kennen, anpassbar sind.“

Am Anfang, sagt Fort-Brescia, „waren wir wie jeder Architekt misstrauisch.“ Doch die Bedenken verschwanden bald.

Foto mit freundlicher Genehmigung von Renco USA Inc.

„Es war wie bei jedem anderen System, nur dass es besser geeignet und schneller zu bauen war“, sagt er. „Alles, was wir zu tun versuchten, unterschied sich, ehrlich gesagt, nicht von dem, was wir mit normaler Konstruktion machen würden, außer dass es sich um ein anderes Material handelte.“

Da Bauvorschriften und andere Faktoren dazu führen, dass Betonkonstruktionen in ganz Südflorida allgegenwärtig sind, gefiel Fort-Brescia auch die Tatsache, dass das Projekt aus einem Material gebaut werden sollte, das dazu beitragen würde, dass die Wohngebäude kühler bleiben, als wenn sie aus Betonblöcken gebaut würden, sagte der Architekt.

Für die Stadt Palm Springs bedeutet das Projekt dringend benötigten Wohnraum.

„Wir waren begeistert, von einem Projekt zu hören, das erschwinglicher war und schneller umgesetzt werden konnte als ein Standardbau“, sagte Kimberly Glas-Castro, Vizebürgermeisterin von Palm Springs. Als Stadtbeamte die fertiggestellten Gebäude besichtigten, „sagten sie: ‚Man wüsste nicht, was sich darunter befindet.‘“

Smuts und Murphy erkennen an, dass neue Materialien oder Herstellungsverfahren allein die Wohnungsnot im Land nicht lösen können.

„Jupiter wird in der Lage sein, Material im Wert von 6.000 Wohneinheiten pro Jahr zu produzieren“, sagte Smuts. „Auf Jahresbasis gibt es in den USA 1,5 Millionen Baubeginne. Es gibt einen Rückstand von rund 5 Millionen Baubeginnen, und ich glaube nicht, dass irgendjemand jemals aufholen wird.“

Scott Judy ist stellvertretender Redakteur für Regionen und Herausgeber von ENR Southeast, einer der zehn regionalen Publikationen von Engineering News-Record. Seine rund 27 Jahre als Baujournalist begannen mit einer elfjährigen Tätigkeit über Bauprojekte im Mittleren Westen. Im Jahr 2000 half Judy beim Start der Publikation, die heute als ENR Southeast bekannt ist. Er befasst sich häufig mit kontroversen Aspekten der Baubranche wie Insolvenzen und tödlichen Unfällen und wünscht sich, er müsste nie wieder einen Unfall decken, vermutet aber, dass dies der Fall sein könnte.