Pohled do budoucnosti: nový stavební materiál - uhlíkový beton
Kompozitní materiály dlouho nepřekvapily ani stavitele, ani zákazníky. Každý ví o jejich jedinečných vlastnostech, jejich schopnost odolat agresivním vnějším faktorům je mnohem lepší než tradiční materiály. Život však nehybně stojí a v této oblasti se každý rok objevuje nový vývoj.
Jeden z nich - uhlíkobeton - stojí za to vyprávět podrobně. O myšlence jejího vzniku, vlastnostech a perspektivách realizace ve stavebnictví.
Obsah článku
Uhlíkové vlákno
Uhlíkové vlákno je materiál, který je již dlouho znám a je velmi žádoucí v různých oblastech průmyslové výroby. Ale docela drahé.
Způsob výroby grafitových filamentů spočívá ve vícestupňovém zahřívání polyakrylonitrilových nebo viskózových vláken v různých médiích až po stupeň karbonizace. V důsledku toho se objeví materiál sestávající z čistého uhlíku.
Vlastnosti uhlíkových vláken
Tloušťka uhlíkového vlákna je pouze 5-10 mikronů, což je tenčí než lidské vlasy. Skládá se z řetězců atomů uhlíku uspořádaných v krystalové mřížce.
- Pro výrobu vláken jsou nitě spojeny do svazků, v nichž může být až 50 000.
- Jaké vlastnosti materiálu přitahovaly pozornost a umožňovaly jej použít při výrobě struktur fungujících v nejtěžších provozních podmínkách?
- Především jde o jedinečnou pevnost v tahu. Je to čtyřikrát stejný ukazatel pro nejlepší druhy oceli.
To je zajímavé. K rozbití tyče z uhlíkových vláken o tloušťce 5 mm je nutná síla 2500 kg. Zatímco stejná litinová tyč se zhroutí při 150 kg.
Hustota uhlíkových vláken je čtyřikrát nižší než hustota stejné oceli. Materiál tedy váží čtyřikrát méně.
Kde se používá uhlíkové vlákno?
Kompozitní materiály, ve kterých se uhlíkové vlákno používá jako výztužný prvek, se používají ve výrobě strojů a letadel, ve výrobě sportovního vybavení a ve stavebnictví.
Zajímáme se o výstavbu, proto se zaměřme na tuto oblast použití:
- Zde je uhlíkové vlákno základem pro vyztužení pásů, pásů a dokonce kompozitní výztuže pro betonové konstrukce.
- Stuhy a plátna z grafitových nití jsou speciální tkací textilní materiály napuštěné pryskyřicemi;
- Zesílení jsou tyče z uhlíkových vláken impregnované tvrzeným polymerním pojivem.
Pro referenci. Pro zajištění spolehlivé přilnavosti k betonu se na povrch tyčí nanáší pískový povlak nebo se tvoří vyčnívající žebra.
-
- Armatury z uhlíkových vláken
-
- Výztužný rám vyrobený z kompozitních tyčí
-
- Síť zpevňující uhlíkové vlákno
-
- Posílení mřížky
Uhlíkové vlákno má velmi vysokou pevnost, takže s jeho pomocí posílí nové designy nebo vrátí ztracené vlastnosti starým.
To vše má málo společného s uhlíkovým betonem. Ale to byly speciální vlastnosti uhlíkových vláken, které přiměly německé vědce, aby přemýšleli o vytvoření nového materiálu.
Co je uhlíkový beton
Vědci z Drážďanského institutu pro monolitické stavby se rozhodli nahradit kovovou výztuž do betonu uhlíkovými vlákny. Spíše textilní materiál získaný z tkaní pro získání speciální mřížkové struktury.
Výsledkem bylo, že dostali materiál, který doslova ve všech ohledech překonává všechny typy betonu známé dnes. S mnohem větší silou a nižší měrnou hmotností.
-
- Navenek se materiál liší od tradičního betonu jen nepatrně
-
- Uhlíková betonová konstrukce
-
- Uhlíkový betonový stavební blok
Navzdory zjevné jednoduchosti vynálezu na něm chemičtí vědci pracovali několik desetiletí, což zajistilo, že textilie z uhlíkových vláken spolehlivě přilnou k betonové směsi. Za tímto účelem je ošetřena speciální vrstvou, jejíž složení je výrobcem stále utajeno.
Technologie pro výrobu uhlíkových betonových výrobků
V současné době byly vyvinuty dvě metody výroby produktů z uhlíkového betonu:
- Sada vrstev. Tato technologie spočívá v vrstvení textilie na beton s následným nalitím. To znamená, že textilie se pokládají na vrstvu směsi, nalije se tenkou vrstvou betonu atd., Dokud se nedosáhne požadované tloušťky.
- Nalil do bednění. Tradičním způsobem, kdy je vyztužení uhlíkových vláken nejprve fixováno v bednění nebo formě, je betonová směs nalita.
Hmotné přínosy
Ve srovnání se železobetonem dává uhlíkový beton následující výhody:
- Je mnohem lehčí, což usnadňuje a urychluje stavbu;
- Uhelný beton je několikrát silnější;
- Nepraská a výztuž uvnitř nehrdzaví, zatímco železobeton se z tohoto důvodu začíná postupem času zhoršovat.
- V důsledku posledních dvou bodů je uhlíkový beton mnohem odolnější a spolehlivější než analogy s kovovou výztuží.
Jedinou minus materiálu je jeho vysoká cena. Pokud však vezmeme v úvahu, že konstrukce z ní vyrobené jsou extrémně trvanlivé a nevyžadují opravu a rekonstrukci po mnoho let, pak je tato minus kompenzována trvanlivostí provozu.
Možné aplikace
Vývojáři dosud našli aplikaci pro tento jedinečný materiál. Používali jej zejména k rekonstrukci starých budov historické hodnoty ve dvou německých městech. Bez jejich pomoci by musely být tyto budovy zbořeny.
V budoucnu se plánuje použití uhlíkového betonu v nové výstavbě. Byl již proveden experiment konstrukce čtyřmetrového pavilonu složitých prvků o tloušťce 4 centimetry. Je nemožné postavit takovou budovu ze železobetonu a nebude se lišit v požadované pevnosti.
Vědci i dnes dostávají žádosti z celého světa, ve kterých mnoho železobetonových budov potřebuje okamžitou rekonstrukci. Doufají, že za deset let bude poměr uhlíkového betonu a železobetonu použitého ve stavebnictví 1: 4.
