Κοιτάζοντας το μέλλον: ένα νέο δομικό υλικό - άνθρακα από σκυρόδεμα

Kondratieva Tatyana

Μπλοκ από σκυρόδεμα άνθρακα

Τα σύνθετα υλικά δεν εξέπληξαν ούτε τους κατασκευαστές ούτε τους πελάτες εδώ και πολύ καιρό. Όλοι γνωρίζουν για τις μοναδικές τους ιδιότητες, η ικανότητά τους να αντέχουν σε επιθετικούς εξωτερικούς παράγοντες είναι πολύ καλύτερη από τα παραδοσιακά υλικά. Ωστόσο, η ζωή δεν σταματά, και κάθε χρόνο εμφανίζονται νέες εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα.

Ένα από αυτά - σκυροδέματος άνθρακα - αξίζει να αναφερθεί λεπτομερώς. Σχετικά με την ιδέα της δημιουργίας του, των ιδιοτήτων και των προοπτικών υλοποίησης στις κατασκευές.

Ινα άνθρακα

Οι ίνες άνθρακα είναι ένα υλικό που είναι από καιρό γνωστό και έχει μεγάλη ζήτηση σε διάφορους τομείς της βιομηχανικής παραγωγής. Αλλά αρκετά ακριβό.

Η διαδικασία παραγωγής νημάτων γραφίτη συνίσταται σε θέρμανση πολλαπλών σταδίων πολυακρυλονιτριλίου ή ινών βισκόζης σε διαφορετικά μέσα έως το στάδιο της ανθρακοποίησης. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται ένα υλικό που αποτελείται από καθαρό άνθρακα.

Ιδιότητες ανθρακονήματος

Το πάχος των ινών άνθρακα είναι μόνο 5-10 μικρά, το οποίο είναι λεπτότερο από τα ανθρώπινα μαλλιά. Αποτελείται από αλυσίδες ατόμων άνθρακα διατεταγμένα σε κρυσταλλικό πλέγμα.

Κρυσταλλική δομή νημάτων άνθρακα

• Για την παραγωγή ινών, τα νήματα συνδέονται σε δέσμες στις οποίες μπορεί να υπάρχουν έως και 50.000.
• Ποιες ιδιότητες του υλικού τράβηξαν την προσοχή και επέτρεψαν να το χρησιμοποιήσουν στην κατασκευή δομών που λειτουργούν στις πιο δύσκολες συνθήκες λειτουργίας;
• Πρώτα απ 'όλα, είναι μια μοναδική αντοχή σε εφελκυσμό. Είναι τέσσερις φορές ο ίδιος δείκτης για τις καλύτερες ποιότητες χάλυβα.

Είναι ενδιαφέρον. Για να σπάσει μια ράβδο από ανθρακονήματα πάχους 5 mm, απαιτείται δύναμη 2500 kg. Ενώ η ίδια ράβδος χυτοσιδήρου θα καταρρεύσει στα 150 κιλά.

Η πυκνότητα των ινών άνθρακα είναι τέσσερις φορές χαμηλότερη από εκείνη του ίδιου χάλυβα. Κατά συνέπεια, το υλικό ζυγίζει τέσσερις φορές λιγότερο.

Πού χρησιμοποιείται η ίνα άνθρακα;

Τα σύνθετα υλικά, στα οποία χρησιμοποιούνται ανθρακονήματα ως ενισχυτικό στοιχείο, χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μηχανημάτων και αεροσκαφών, στην παραγωγή αθλητικού εξοπλισμού και στις κατασκευές.

Μας ενδιαφέρει η κατασκευή, επομένως, ας ασχοληθούμε με αυτόν τον τομέα εφαρμογής:

• Εδώ, οι ίνες άνθρακα είναι η βάση για την ενίσχυση ταινιών, ιστών και ακόμη και σύνθετων οπλισμών για κατασκευές από σκυρόδεμα.
• Κορδέλες και καμβά από νήματα από γραφίτη είναι ένα ειδικό υφαντικό υφαντικό υλικό εμποτισμένο με ρητίνες.
• Η ενίσχυση είναι ράβδοι από ίνες άνθρακα εμποτισμένες με σκληρυμένο πολυμερές συνδετικό υλικό.

Για αναφορά. Για να εξασφαλιστεί αξιόπιστη πρόσφυση στο σκυρόδεμα, εφαρμόζεται μια επικάλυψη άμμου στην επιφάνεια των ράβδων ή σχηματίζονται προεξέχουσες νευρώσεις.

Οι ίνες άνθρακα έχουν πολύ υψηλή αντοχή, οπότε με τη βοήθειά της ενισχύουν νέα σχέδια ή επιστρέφουν τα χαμένα χαρακτηριστικά στα παλιά.

Ακτίνες γεφυρών ενισχυμένες με ύφασμα από ανθρακονήματα

Όλα αυτά δεν έχουν καμία σχέση με το σκυρόδεμα από άνθρακα. Αλλά ήταν οι ιδιαίτερες ιδιότητες των ινών άνθρακα που ώθησαν τους Γερμανούς επιστήμονες να σκεφτούν να δημιουργήσουν ένα νέο υλικό.

Τι είναι το σκυρόδεμα άνθρακα

Έτσι, επιστήμονες από το Ινστιτούτο Μονολιθικής Κατασκευής της Δρέσδης αποφάσισαν να αντικαταστήσουν το μεταλλικό οπλισμό σε σκυρόδεμα με ανθρακονήματα. Αντίθετα, το υφαντικό υλικό που προέκυψε από την ύφανση για να αποκτήσει μια ειδική δομή πλέγματος.

Ως αποτέλεσμα, έλαβαν υλικό που κυριολεκτικά από κάθε άποψη ξεπερνά όλους τους τύπους σκυροδέματος που είναι γνωστοί σήμερα. Με πολύ μεγαλύτερη αντοχή και χαμηλότερο ειδικό βάρος.

Παρά την προφανή απλότητα της εφεύρεσης, χημικοί επιστήμονες εργάστηκαν σε αυτήν για αρκετές δεκαετίες, διασφαλίζοντας ότι τα υφάσματα από ανθρακονήματα προσκολλούνται αξιόπιστα στο μείγμα σκυροδέματος. Για να γίνει αυτό, αντιμετωπίζεται με ειδική επικάλυψη, η σύνθεση της οποίας παραμένει μυστική από τον κατασκευαστή.

Τεχνολογίες για την παραγωγή προϊόντων από σκυρόδεμα άνθρακα

Προς το παρόν, έχουν αναπτυχθεί δύο μέθοδοι για την παραγωγή προϊόντων από σκυρόδεμα άνθρακα:

1. Ένα σύνολο επιπέδων. Η τεχνολογία συνίσταται στην επίστρωση υφασμάτων από σκυρόδεμα με επακόλουθη έκχυση. Δηλαδή, τα υφάσματα τοποθετούνται στο στρώμα του μείγματος, χύνονται με ένα λεπτό στρώμα από σκυρόδεμα και ούτω καθεξής εναλλακτικά μέχρι να επιτευχθεί το απαιτούμενο πάχος.
2. Ρίχνει στον ξυλότυπο. Η παραδοσιακή μέθοδος είναι ότι στο ξυλότυπο ή στη μορφή, σταθεροποιείται πρώτα η ενίσχυση από ανθρακονήματα και μετά χύνεται το σκυρόδεμα.

Ρίχνει σκυρόδεμα στο καλούπι

Υλικά οφέλη

Σε σύγκριση με οπλισμένο σκυρόδεμα, το σκυρόδεμα από άνθρακα δίνει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

• Είναι πολύ ελαφρύτερο, το οποίο διευκολύνει και επιταχύνει την κατασκευή.
• Το σκυρόδεμα από άνθρακα είναι αρκετές φορές ισχυρότερο.
• Δεν σπάει και το οπλισμό στο εσωτερικό δεν σκουριάζει, ενώ το οπλισμένο σκυρόδεμα αρχίζει να φθείρεται με την πάροδο του χρόνου ακριβώς για αυτόν τον λόγο.

Καταστροφή δομής οπλισμένου σκυροδέματος

• Ως συνέπεια των δύο τελευταίων σημείων, το σκυρόδεμα από άνθρακα είναι πολύ πιο ανθεκτικό και αξιόπιστο από τα ανάλογα με την μεταλλική ενίσχυση.

Το μόνο μείον του υλικού είναι το υψηλό κόστος του. Ωστόσο, εάν λάβουμε υπόψη ότι οι κατασκευές από αυτό είναι εξαιρετικά ανθεκτικές και δεν απαιτούν επισκευή και ανακατασκευή για πολλά χρόνια, τότε αυτό το μείον αντισταθμίζεται από την ανθεκτικότητα της λειτουργίας.

Πιθανές εφαρμογές

Μέχρι σήμερα, οι προγραμματιστές έχουν ήδη βρει εφαρμογή για αυτό το μοναδικό υλικό. Συγκεκριμένα, το χρησιμοποίησαν για την ανακατασκευή παλαιών κτιρίων ιστορικής αξίας σε δύο γερμανικές πόλεις. Χωρίς τη βοήθειά τους, αυτά τα κτίρια θα έπρεπε να κατεδαφιστούν.

Ένας τομέας εφαρμογής είναι η ανακατασκευή φθαρμένων κατασκευών

Στο μέλλον, σχεδιάζεται η χρήση σκυροδέματος άνθρακα σε νέες κατασκευές. Έχει ήδη διεξαχθεί ένα πείραμα για την κατασκευή περίπτερου τεσσάρων μέτρων σύνθετων στοιχείων πάχους 4 εκατοστών. Είναι αδύνατο να κατασκευαστεί ένα τέτοιο κτίριο από οπλισμένο σκυρόδεμα και δεν θα διαφέρει στην απαιτούμενη αντοχή.

Οι επιστήμονες ακόμη και σήμερα λαμβάνουν αιτήματα από όλο τον κόσμο, όπου πολλά κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα χρειάζονται επείγουσα ανακατασκευή. Με τη σειρά τους, ελπίζουν ότι σε δέκα χρόνια η αναλογία του σκυροδέματος άνθρακα και του οπλισμένου σκυροδέματος που χρησιμοποιείται στις κατασκευές θα είναι 1: 4.