Mirando hacia el futuro: un nuevo material de construcción: hormigón al carbono
Los materiales compuestos no han sorprendido ni a los constructores ni a los clientes durante mucho tiempo. Todos conocen sus propiedades únicas, su capacidad para resistir factores externos agresivos es mucho mejor que los materiales tradicionales. Sin embargo, la vida no se detiene, y cada año aparecen nuevos desarrollos en esta área.
Vale la pena contar en detalle uno de ellos, el hormigón de carbón. Sobre la idea de su creación, propiedades y perspectivas de implementación en construcción.
El contenido del articulo
Fibra de carbon
La fibra de carbono es un material que se conoce desde hace mucho tiempo y tiene una gran demanda en varios campos de la producción industrial. Pero bastante caro.
El proceso de producción de filamentos de grafito consiste en el calentamiento en múltiples etapas de fibras de poliacrilonitrilo o viscosa en diferentes medios a la etapa de carbonización. Como resultado, aparece un material que consiste en carbono puro.
Propiedades de fibra de carbono
El grosor de la fibra de carbono es de solo 5-10 micras, que es más delgado que un cabello humano. Consiste en cadenas de átomos de carbono dispuestas en una red cristalina.
- Para la producción de fibras, los hilos están conectados en paquetes en los que puede haber hasta 50,000.
- ¿Qué propiedades del material atrajeron la atención y permitieron usarlo en la fabricación de estructuras que operan en las condiciones de operación más difíciles?
- En primer lugar, es una resistencia a la tracción única. Es cuatro veces el mismo indicador para las mejores calidades de acero.
Es interesante. Para romper una varilla de fibra de carbono de 5 mm de espesor, se requiere una fuerza de 2500 kg. Mientras que la misma varilla de hierro fundido colapsará a 150 kg.
La densidad de la fibra de carbono es cuatro veces menor que la del mismo acero. En consecuencia, el material pesa cuatro veces menos.
¿Dónde se usa la fibra de carbono?
Los materiales compuestos, en los que se usa fibra de carbono como elemento de refuerzo, se usan en la construcción de máquinas y aviones, la producción de equipos deportivos y la construcción.
Estamos interesados en la construcción, por lo tanto, detengámonos en esta área de aplicación:
- Aquí, la fibra de carbono es la base para cintas de refuerzo, almas e incluso refuerzo compuesto para estructuras de hormigón.
- Las cintas y lienzos hechos de hilos de grafito son un material textil de tejido especial impregnado con resinas;
- El refuerzo es varillas hechas de fibras de carbono impregnadas con aglutinante de polímero endurecido.
Para referencia. Para asegurar una adhesión confiable al concreto, se aplica un revestimiento de arena a la superficie de las varillas o se forman nervaduras sobresalientes.
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- Accesorios de fibra de carbono
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- Marco reforzado de varillas compuestas.
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- Malla de refuerzo de fibra de carbono
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- Refuerzo de rejilla
La fibra de carbono tiene una resistencia muy alta, por lo que con su ayuda refuerza los nuevos diseños o devuelve las características perdidas a las antiguas.
Todo esto tiene poco que ver con el concreto de carbono. Pero fueron las propiedades especiales de la fibra de carbono lo que llevó a los científicos alemanes a pensar en crear un nuevo material.
¿Qué es el hormigón de carbón?
Entonces, los científicos del Instituto Dresden para la Construcción Monolítica decidieron reemplazar el refuerzo de metal en concreto con fibra de carbono. Más bien, un material textil obtenido de él al tejer para obtener una estructura reticular especial.
Como resultado, recibieron material que literalmente en todos los aspectos supera todos los tipos de concreto conocidos hoy en día. Con mucha mayor fuerza y menor gravedad específica.
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- Externamente, el material difiere poco del concreto tradicional
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- Estructura de hormigón al carbono
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- Bloque de construcción de hormigón de carbono
A pesar de la aparente simplicidad de la invención, los científicos químicos trabajaron en ella durante varias décadas, asegurando que los textiles de fibra de carbono se adhieran de manera confiable a la mezcla de concreto. Para hacer esto, se trata con un recubrimiento especial, cuya composición aún se mantiene en secreto por el fabricante.
Tecnologías para la producción de productos de hormigón al carbono.
Por el momento, se han desarrollado dos métodos para la producción de productos de hormigón de carbono:
- Un conjunto de capas. La tecnología consiste en capas de tela textil sobre hormigón con vertido posterior. Es decir, los textiles se colocan sobre la capa de mezcla, se vierten con una capa delgada de concreto, y así sucesivamente hasta obtener el espesor requerido.
- Verter en el encofrado. La forma tradicional es que en el encofrado o encofrado, primero se fija el refuerzo de fibra de carbono, luego se vierte la mezcla de concreto.
Beneficios materiales
En comparación con el hormigón armado, el hormigón de carbono ofrece las siguientes ventajas:
- Es mucho más ligero, lo que facilita y acelera la construcción;
- El hormigón de carbón es varias veces más fuerte;
- No se agrieta, y el refuerzo interior no se oxida, mientras que el hormigón armado comienza a deteriorarse con el tiempo precisamente por este motivo.
- Como consecuencia de los últimos dos puntos, el concreto de carbono es mucho más duradero y confiable que los análogos con refuerzo de metal.
El único inconveniente del material es su alto costo. Sin embargo, si tenemos en cuenta que las estructuras hechas con él son extremadamente duraderas y no requieren reparación y reconstrucción durante muchos años, entonces este inconveniente se compensa con la durabilidad de la operación.
Posibles aplicaciones
Hasta la fecha, los desarrolladores ya han encontrado aplicaciones para este material único. En particular, lo usaron para reconstruir edificios antiguos de valor histórico en dos ciudades alemanas. Sin su ayuda, estos edificios tendrían que ser demolidos.
En el futuro, está previsto utilizar hormigón de carbono en nuevas construcciones. Ya se ha realizado un experimento sobre la construcción de un pabellón de cuatro metros de elementos complejos con un grosor de 4 centímetros. Es imposible construir tal edificio a partir de hormigón armado, y no diferirá en la resistencia requerida.
Incluso hoy en día los científicos reciben solicitudes de todo el mundo, en las que muchos edificios de hormigón armado necesitan una reconstrucción urgente. Ellos, a su vez, esperan que en diez años la proporción de hormigón de carbono y hormigón armado utilizado en la construcción sea de 1: 4.
