Pogled u budućnost: novi građevinski materijal - ugljični beton

Kondratieva Tatyana

Blok ugljičnog betona

Kompozitni materijali dugo nisu iznenadili ni graditelje ni kupce. Svi znaju za njihova jedinstvena svojstva, njihova sposobnost da izdrže agresivne vanjske čimbenike mnogo je bolja od tradicionalnih materijala. Međutim, život ne miruje i svake godine se na ovom području pojavljuju novi događaji.

Jedan od njih - ugljeno-beton - vrijedi detaljno ispričati. O ideji njenog stvaranja, svojstvima i izgledima provedbe u gradnji.

Ugljična vlakna

Ugljična vlakna su materijal koji je odavno poznat i koji je u velikoj potražnji na raznim poljima industrijske proizvodnje. Ali prilično skupo.

Postupak dobivanja grafitnih filamenata sastoji se u višeslojnom zagrijavanju poliakrilonitrilnih ili viskoznih vlakana u različitim medijima do faze karbonizacije. Kao rezultat, pojavljuje se materijal koji se sastoji od čistog ugljika.

Svojstva ugljičnih vlakana

Debljina ugljičnih vlakana je samo 5-10 mikrona, što je tanji od ljudske dlake. Sastoji se od lanaca ugljikovih atoma raspoređenih u kristalnoj rešetki.

Kristalna struktura ugljikovih filamenata

• Za proizvodnju vlakana, niti se povezuju u snopove u kojima može biti i do 50 000.
• Koja su svojstva materijala privukla pažnju i omogućila ga upotreba u proizvodnji konstrukcija koje djeluju u najtežim radnim uvjetima?
• Prije svega, to je jedinstvena vlačna čvrstoća. Četiri je puta isti pokazatelj za najbolje razrede čelika.

Zanimljivo je. Za razbijanje štapa od ugljičnih vlakana debljine 5 mm potrebna je sila od 2500 kg. Dok će se ista šipka od lijevanog željeza srušiti na 150 kg.

Gustoća ugljičnih vlakana je četiri puta manja nego kod istog čelika. Prema tome, materijal teži četiri puta manje.

Gdje se koriste ugljična vlakna?

Kompozitni materijali, u kojima se ugljična vlakna koriste kao pojačani element, koriste se u gradnji strojeva i zrakoplova, proizvodnji sportske opreme i gradnji.

Zainteresirani smo za gradnju, stoga se usredotočimo na ovo područje primjene:

• Ovdje su ugljična vlakna osnova za armiranje traka, traka, pa čak i složenih armatura za betonske konstrukcije.
• Vrpce i platna izrađena od grafitnih niti poseban su tkani tekstilni materijal impregniran smolama;
• Pojačanje su šipke od ugljičnih vlakana impregnirane očvrslim polimernim vezivom.

Za referencu. Da bi se osiguralo pouzdano prianjanje na beton, na površinu šipki nanosi se pijeskasti premaz ili se formiraju izbočena rebra.

Karbonska vlakna imaju vrlo visoku čvrstoću, pa uz njegovu pomoć ojačavaju nove dizajne ili vraćaju izgubljene karakteristike starim.

Grede mosta ojačane tkaninom od karbonskih vlakana

Sve to ima malo veze s ugljičnim betonom. Ali upravo su posebna svojstva ugljičnih vlakana navela njemačke znanstvenike da razmišljaju o stvaranju novog materijala.

Što je ugljen beton

Dakle, znanstvenici s Instituta za monolitnu gradnju u Dresdenu odlučili su zamijeniti metalnu armaturu u betonu ugljičnim vlaknima. Umjesto toga, tekstilni materijal dobiven od tkanja kako bi se dobila posebna rešetkasta struktura.

Kao rezultat toga, dobili su materijal koji doslovno u svakom pogledu nadmašuje sve vrste betona poznate danas. S puno većom snagom i nižom specifičnom gravitacijom.

Unatoč prividnoj jednostavnosti izuma, kemijski znanstvenici su radili na njemu nekoliko desetljeća, osiguravajući da se tekstil od ugljičnih vlakana pouzdano prianja uz betonsku smjesu. Da biste to učinili, tretira se posebnim premazom, čiji sastav još uvijek čuva tajnu od proizvođača.

Tehnologije za proizvodnju proizvoda od ugljičnog betona

Trenutno su razvijene dvije metode za proizvodnju proizvoda od ugljičnog betona:

1. Skup slojeva. Tehnologija se sastoji u polaganju tekstilne tkanine na beton s naknadnim izlijevanjem. Odnosno, tekstil se polaže na sloj smjese, prelije tankim slojem betona i tako naizmjence, dok se ne dobije potrebna debljina.
2. Ulijevanje u oplate. Tradicionalni način na koji se armatura ugljičnim vlaknima prvo učvršćuje u oplati ili obliku, a zatim se ulije betonska smjesa.

Ulivanje betona u kalup

Materijalne koristi

U usporedbi s armiranim betonom, ugljični beton daje sljedeće prednosti:

• Puno je lakši, što olakšava i ubrzava izgradnju;
• Ugljeni beton je nekoliko puta jači;
• Ne pukne, a armatura iznutra ne hrđa, dok se armirani beton s vremenom počinje propadati upravo iz tog razloga.

Uništavanje armirano-betonske konstrukcije

• Kao rezultat posljednje dvije točke, ugljični beton je puno trajniji i pouzdaniji od analoga s metalnom ojačanjem.

Jedini minus materijala je njegova visoka cijena. Međutim, ako uzmemo u obzir da su građevine izrađene od njega izuzetno izdržljive i ne zahtijevaju popravak i rekonstrukciju dugi niz godina, onda se taj minus nadoknađuje trajnošću rada.

Moguće primjene

Do danas, programeri su već pronašli primjenu za ovaj jedinstveni materijal. Konkretno, koristili su ga za obnovu starih građevina povijesne vrijednosti u dva njemačka grada. Bez njihove pomoći te bi se građevine morale srušiti.

Jedno područje primjene je rekonstrukcija dotrajalih konstrukcija

U budućnosti se planira upotreba ugljičnog betona u novoj gradnji. Već je proveden eksperiment na izgradnji četverometarskog paviljona složenih elemenata debljine 4 centimetra. Nemoguće je izgraditi takvu zgradu od armiranog betona i neće se razlikovati potrebnom čvrstoćom.

Znanstvenici i danas primaju zahtjeve iz cijelog svijeta u kojima su mnoge građevine od armiranog betona hitne obnove. Oni se zauzvrat nadaju da će za deset godina omjer ugljičnog betona i armiranog betona koji se koristi u gradnji biti 1: 4.