TU Eindhoven bouwt grootste ijskoepel ooit

Wie ijs mengt met papier of zaagsel maakt een onvoorstelbaar taai en sterk materiaal, dat zelfs kogelwerend is. Al tijdens de Tweede Wereldoorlog waren er grootse plannen om met dit Pykrete te bouwen, maar het kwam nooit van de grond. Studenten van de TU Eindhoven proberen het nu opnieuw, door er de grootste ijskoepel ooit mee te maken.

12 december 2013

In de Finse gemeente Juuka daalt ‘s winters het kwik tot ver onder het nulpunt. Normaal gesproken geen fijne plek om te gaan bouwen. Maar voor studenten van de TU Eindhoven is het de ideale locatie voor een indrukwekkende ijskoepel met een diameter van maar liefst dertig meter.

http://www.youtube.com/watch?v=oLxbQSbpWio

Ze gaan te werk met een methode, die vergelijkbaar is met het maken van papier-maché. Eerst wordt een grote luchtballon opgeblazen met daar overheen een netconstructie. “Vervolgens spuiten we er laagje voor laagje dertig centimeter van een mengsel van zaagsel en water op: Pykrete. Dat papje bevriest, waarna we de ballon er onderuit halen en we een gigantische iglo overhouden”, zegt bouwkundestudent Roel Pluijmen. In totaal werken er vijftig personen aan de koepel, die 18 januari klaar is.

Legendarisch

Pykrete staat al decennia bekend als een legendarisch materiaal. Het dankt die reputatie aan de opmerkelijke samenstelling. Pykrete bestaat namelijk uit twee zwakke ingrediënten, die samengevoegd toch een uitermate sterk materiaal worden. Het is een composiet, een materiaal dat is opgebouwd uit laagjes van verschillende componenten en drie keer sterker in trek- en drukkrachten dan normaal ijs. Het populairwetenschappelijk televisieprogramma MythBusters liet al zien dat je er ook bootjes mee kan maken.

http://www.youtube.com/watch?v=iHufDv6obrU

“Laat een blok ijs vallen en het valt uiteen in vele stukjes. Door het te mengen met kranten of houtsnippers, wordt het heel taai en sterk. Dat spreekt tot de verbeelding en zorgt voor een grote aantrekkelijkheid. De verschillende laagjes gaan bijvoorbeeld scheurvorming tegen. Een scheur stopt bij een nieuw laagje hout of papier”, zegt hoogleraar materiaalkunde Ton Peijs (Queen Mary Universiteit Londen).

Pykrete kent daarom al een turbulent verleden. Het werd bedacht tijdens de Tweede Wereldoorlog door naamgever Geoffrey Pyke. Hij wilde een enorm vliegdekschip van ijs maken. Omdat Pykrete zo sterk is, zou het onzinkbaar zijn. Het project werd Habakkuk genoemd, maar werd uiteindelijk nooit uitgevoerd vanwege de hoge productiekosten.

Zo gaan studenten de ijskoepel bouwen.
Pykrete Dome

Elfstedentocht

Sinds de Tweede Wereldoorlog duikt Pykrete om de paar jaar weer op als bouwmateriaal. Een goed voorbeeld is het plan van Peijs uit 2012 om het ijs in Friesland met Pykrete te verstevigen, zodat de Elfstedentocht door kon gaan. Zelden zien gebouwen van Pykrete echter het levenslicht. Het wordt vooral gebruikt in ijskoude oorden. Bijvoorbeeld om ijs op een meer mee te versterken, zodat vrachtwagens er overheen kunnen rijden.

Hoe komt het toch dat dit materiaal dat wordt geroemd om z’n taaiheid en sterkte niet zoveel wordt gebruikt? “Het is eigenlijk alleen geschikt voor zeer koude gebieden. Zodra het een paar graden boven nul is, wordt het zacht en gaat het smelten. Maar waar het zó koud is, wonen maar weinig mensen. Daardoor is de markt klein. Bovendien wordt het ook op bewoonde, koude plekken vaak toch te warm zomers. Pykrete is daardoor vooral geschikt als tijdelijk constructiemateriaal”, zegt Peijs.

Als proef bouwden de studenten al een ijskoepel met vijf meter doorsnede in SnowWorld Landgraaf. — De studenten bouwden al een proefkoepel van vijf meter doorsnede.
Pykrete Dome

De Eindhovenaren laten zich daar echter niet door ontmoedigen. “Juist als tijdelijke constructie is het een zeer interessante optie. Bijvoorbeeld om aardappelen in op te slaan. Maar ook voor militaire toepassingen om voertuigen veilig in op te bergen”, zegt bouwtechnoloog Arno Pronk van de TU Eindhoven. Hij is de begeleider van de studenten, die de ijskoepel bouwen. “En je kan ook aan een tijdelijk ijshotel denken”, zegt Pluijmen. “Die worden nu nog van sneeuw gemaakt. Dankzij Pykrete zijn ruimtes met grotere overspanningen mogelijk. Al is ons materiaal wel wat minder doorzichtig: het zaagsel geeft een bruine kleur.”

Zelf Pykrete maken?

Dat is makkelijker dan je denkt. Meng zaagsel of papier met water. Meestal wordt een specifieke samenstelling aangehouden van 14 procent houtsnippers (of papier) en 86 procent water. Doe dit in een bak en zet het in de vriezer. Zodra het is bevroren heb je Pykrete en kan je dus zelf aan de slag met een supersterk materiaal, bijvoorbeeld om een iglo te bouwen. Bedenk wel dat het smelt als het niet vriest. Wie wil kan experimenteren met de juiste samenstelling. Voor de koepel in Finland gebruiken de studenten tien procent van de massa in zaagsel en negentig procent van de massa in water.

Smeltgedrag

Pronk ziet nog steeds een grote toekomst voor Pykrete. Hij wijst op de duurzaamheid. Het zaagsel is in Finland beschikbaar en als de constructie smelt, wordt het opgenomen door de natuur. Dat klinkt aanlokkelijk, maar eigenlijk is er nog maar weinig bekend over Pykrete, op de sterkte en taaiheid na.

“Van het smeltgedrag weten we bijvoorbeeld nog maar heel weinig. Eerst smelt een laagje ijs. Daarna blijft een deel van de houtsnippers vastplakken aan de constructie. Dit zorgt voor een extra isolerende laag. De vraag is echter hoe dit precies gaat. En of we er voor kunnen zorgen dat die isolerende laag sterker wordt. Stel dat we een soort houtenplaat kunnen creëren aan de binnenkant van een koepel, zodat de temperatuur binnenin boven het nulpunt kan komen?”, vraagt Pronk.

Onder meer onderzoek dat begin dit jaar aan de Universiteit van Alaska Fairbanks werd gedaan, moet de jonge onderzoekers verder helpen. Daar werd een boogconstructie van Pykrete gebouwd en het smeltproces bestudeerd.

Weersafhankelijk

Ook technische aanpassingen moeten het materiaal nog aantrekkelijker maken. “Het is nu sterk weersafhankelijk. Maar we kunnen het materiaal ook met een koelspiraal koud houden of versterken. Dan sprayen we bijvoorbeeld een laagje water dat bevriest op de wand. Dat werkt net zoals een ijsbaan. We hebben met deze methode al in Amsterdam in een gebouw een koepel gebouwd bij een temperatuur van twintig graden”, aldus Pronk. Al is daarbij het grote nadeel dat het veel energie kost. Bovendien kan de koepel dan nog steeds niet in de felle zon staan.

Maar voor alle mogelijke toepassingen, blijft het de vraag of Pykrete er wel het meest geschikt voor is. “Er zijn ook goede en goedkope alternatieven van kunststof om een opblaasbare, tijdelijke hal maken”, benadrukt Peijs. In het verleden zijn tot nog toe geen grote projecten van de grond gekomen. Of dat nu wel gaat gebeuren, moet nog blijken. Hoe dan ook, het blijft een opmerkelijk materiaal met opzienbarende prestaties.