Ser fremover: et nyt byggemateriale - kulstofbeton

Kondratieva Tatyana

Blok af kulstofbeton

Kompositmaterialer har hverken bygherrer eller kunder overrasket i længe. Alle ved om deres unikke egenskaber, deres evne til at modstå aggressive eksterne faktorer er meget bedre end traditionelle materialer. Livet står dog ikke stille, og hvert år vises der nye udviklinger på dette område.

En af dem - kulbeton - er værd at fortælle i detaljer. Om ideen om dens oprettelse, egenskaber og udsigter til implementering i byggeriet.

Kulfiber

Kulfiber er et materiale, der længe har været kendt og meget efterspurgt inden for forskellige industrielle produktionsområder. Men ganske dyrt.

Fremgangsmåden til fremstilling af grafitfilamenter består i flertrinsopvarmning af polyacrylonitril- eller viskosefibre i forskellige medier end carboniseringsstadiet. Som et resultat vises et materiale bestående af rent kulstof.

Carbon fiber egenskaber

Tykkelsen på kulfiberen er kun 5-10 mikron, hvilket er tyndere end et menneskehår. Det består af kæder af kulstofatomer arrangeret i en krystalgitter.

Krystallstruktur af kulstoffilamenter

• Til produktion af fibre er trådene forbundet til bundter, hvori der kan være op til 50.000.
• Hvilke egenskaber ved materialet tiltrækkede opmærksomhed og tilladte at bruge det til fremstilling af strukturer, der fungerer under de vanskeligste driftsbetingelser?
• Først og fremmest er det en unik trækstyrke. Det er fire gange den samme indikator for de bedste stålkvaliteter.

Det er interessant. For at bryde en 5 mm tyk carbonfiberstang kræves en kraft på 2500 kg. Hvorimod den samme støbejernstang kollapses ved 150 kg.

Densiteten af ​​kulfiber er fire gange lavere end for det samme stål. Derfor vejer materialet fire gange mindre.

Hvor bruges kulfiber?

Kompositmaterialer, hvor kulstoffiber bruges som et forstærkende element, bruges til maskine- og flybygning, produktion af sportsudstyr og konstruktion.

Vi er interesseret i konstruktion, lad os derfor dvæle ved dette anvendelsesområde:

• Her er carbonfiber grundlaget for armering af bånd, baner og endda sammensat armering til betonkonstruktioner.
• Bånd og lærreder af grafittråde er et specielt vævende tekstilmateriale imprægneret med harpikser;
• Forstærkning er stænger af carbonfibre imprægneret med hærdet polymerbindemiddel.

Til reference. For at sikre pålidelig vedhæftning til beton påføres en sandbelægning på overfladen af ​​stængerne, eller der dannes udragende ribber.

Kulfiber har en meget høj styrke, så med sin hjælp forstærkes nye design eller returnerer mistede egenskaber til gamle.

Bridge span bjælker forstærket med carbon fiber stof

Alt dette har lidt at gøre med kulstofbeton. Men det var de specielle egenskaber ved kulfiber, der fik de tyske forskere til at tænke på at skabe et nyt materiale.

Hvad er kulbeton

Så forskere fra Dresden Institute for Monolithic Construction besluttede at erstatte metalarmeringen i beton med carbon fiber. Snarere tekstilmaterialet opnået fra det ved vævning for at opnå en speciel gitterstruktur.

Som et resultat modtog de materiale, der bogstaveligt talt i alle henseender overgår alle former for kendt beton i dag. Med meget større styrke og lavere specifik tyngdekraft.

På trods af opfindelsens tilsyneladende enkelhed arbejdede kemiske videnskabsfolk med den i flere årtier og sikrede, at kulfibertekstiler pålideligt klæber til betonblandingen. For at gøre dette behandles det med en speciel belægning, hvis sammensætning stadig holdes hemmelig af producenten.

Teknologier til produktion af kulstofbetonprodukter

For tiden er der udviklet to metoder til produktion af kulstofbetonprodukter:

1. Et sæt lag. Teknologien består i lagdeling af tekstilstof på beton med efterfølgende hældning. Det vil sige, tekstiler lægges på blandingslaget, hældes med et tyndt lag beton og så videre skiftevis, indtil den krævede tykkelse er opnået.
2. Hæld i forskallingen. Den traditionelle måde er, at i forskallingen eller formen først fastgøres carbonfiberarmering, derefter hældes betonblandingen.

Hæld beton i formen

Materielle fordele

Sammenlignet med armeret beton giver carbonbeton følgende fordele:

• Det er meget lettere, hvilket letter og fremskynder konstruktionen;
• Kulbeton er flere gange stærkere;
• Det knækker ikke, og armeringen indeni rustner ikke, mens armeret beton begynder at forringes med tiden netop af denne grund.

Ødelæggelse af en armeret betonstruktur

• Som en konsekvens af de to sidste punkter er kulstofbeton meget mere holdbar og pålidelig end analoger med metalarmering.

Det eneste minus af materialet er dets høje omkostninger. Hvis vi dog tager højde for, at konstruktionerne deraf er ekstremt holdbare og ikke kræver reparation og genopbygning i mange år, kompenseres dette minus med driftsholdbarheden.

Mulige applikationer

Til dags dato har udviklere allerede fundet ansøgning om dette unikke materiale. De brugte det især til at rekonstruere gamle bygninger med historisk værdi i to tyske byer. Uden deres hjælp ville disse bygninger skulle rives.

Et anvendelsesområde er genopbygning af slidte strukturer

I fremtiden er det planlagt at bruge kulstofbeton i nybyggeri. Der er allerede udført et eksperiment med konstruktion af en fire meter stor pavillon med komplekse elementer, der er 4 cm tykke. Det er umuligt at opføre en sådan bygning af armeret beton, og den vil ikke adskille sig i den krævede styrke.

Forskere modtager i dag anmodninger fra hele verden, hvor mange armerede betonbygninger har brug for en hurtig genopbygning. De håber på sin side, at om ti år vil forholdet mellem kulstofbeton og armeret beton, der bruges i konstruktionen, være 1: 4.