Guardando al futuro: un nuovo materiale da costruzione: il calcestruzzo al carbonio
I materiali compositi non hanno sorpreso né i costruttori né i clienti per molto tempo. Tutti conoscono le loro proprietà uniche, la loro capacità di resistere a fattori esterni aggressivi è molto meglio dei materiali tradizionali. Tuttavia, la vita non si ferma e ogni anno compaiono nuovi sviluppi in questo settore.
Uno di questi - carbone-cemento - vale la pena raccontarlo in dettaglio. Sull'idea della sua creazione, proprietà e prospettive di implementazione nelle costruzioni.
Il contenuto dell'articolo
Fibra di carbonio
La fibra di carbonio è un materiale noto da tempo e molto richiesto in vari settori della produzione industriale. Ma piuttosto costoso.
Il processo di produzione di filamenti di grafite consiste nel riscaldamento a più stadi di poliacrilonitrile o fibre di viscosa in diversi mezzi fino allo stadio di carbonizzazione. Di conseguenza, appare un materiale costituito da carbonio puro.
Proprietà in fibra di carbonio
Lo spessore della fibra di carbonio è di soli 5-10 micron, che è più sottile di un capello umano. È costituito da catene di atomi di carbonio disposte in un reticolo cristallino.
- Per la produzione di fibre, i fili sono collegati in fasci in cui possono esserci fino a 50.000.
- Quali proprietà del materiale hanno attirato l'attenzione e permesso di utilizzarlo nella fabbricazione di strutture che operano nelle condizioni operative più difficili?
- Innanzitutto, è una resistenza alla trazione unica. È quattro volte superiore rispetto allo stesso indicatore per i migliori tipi di acciaio.
È interessante. Per rompere un'asta di fibra di carbonio spessa 5 mm, è necessaria una forza di 2500 kg. Considerando che la stessa barra di ghisa crollerà a 150 kg.
La densità della fibra di carbonio è quattro volte inferiore a quella dello stesso acciaio. Di conseguenza, il materiale pesa quattro volte di meno.
Dove viene utilizzata la fibra di carbonio?
I materiali compositi, in cui la fibra di carbonio viene utilizzata come elemento di rinforzo, vengono utilizzati nella costruzione di macchine e aeromobili, nella produzione di attrezzature sportive e nella costruzione.
Siamo interessati alla costruzione, quindi, soffermiamoci su questo campo di applicazione:
- Qui, la fibra di carbonio è la base per rinforzare nastri, nastri e persino rinforzi compositi per strutture in calcestruzzo.
- Nastri e tele realizzati con fili di grafite sono uno speciale tessuto tessile intrecciato con resine;
- Il rinforzo è costituito da barre di fibre di carbonio impregnate di legante polimerico indurito.
Per riferimento. Per garantire un'adesione affidabile al calcestruzzo, viene applicato un rivestimento di sabbia sulla superficie delle aste o si formano nervature sporgenti.
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- Raccordi in fibra di carbonio
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- Telaio di rinforzo realizzato con aste composite
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- Rete di rinforzo in fibra di carbonio
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- Rinforzo della griglia
La fibra di carbonio ha una resistenza molto elevata, quindi con il suo aiuto rinforza nuovi progetti o restituisce caratteristiche perse a quelli vecchi.
Tutto ciò ha poco a che fare con il calcestruzzo al carbonio. Ma sono state le proprietà speciali della fibra di carbonio che hanno spinto gli scienziati tedeschi a pensare di creare un nuovo materiale.
Cos'è il calcestruzzo di carbone
Quindi, gli scienziati dell'Istituto di Dresda per l'edilizia monolitica hanno deciso di sostituire il rinforzo metallico nel calcestruzzo con fibra di carbonio. Piuttosto, un materiale tessile ottenuto da esso tessendo per ottenere una struttura reticolare speciale.
Di conseguenza, hanno ricevuto materiale che letteralmente supera tutti i tipi di calcestruzzo conosciuti oggi. Con una resistenza molto maggiore e un peso specifico inferiore.
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- Esternamente, il materiale differisce poco dal calcestruzzo tradizionale
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- Struttura in cemento armato
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- Blocco in calcestruzzo di cemento
Nonostante l'apparente semplicità dell'invenzione, gli scienziati chimici ci hanno lavorato per diversi decenni, assicurando che i tessuti in fibra di carbonio aderissero in modo affidabile alla miscela di calcestruzzo. Per fare ciò, viene trattato con un rivestimento speciale, la cui composizione è ancora tenuta segreta dal produttore.
Tecnologie per la produzione di prodotti in calcestruzzo al carbonio
Attualmente sono stati sviluppati due metodi per la produzione di prodotti in calcestruzzo al carbonio:
- Un insieme di strati. La tecnologia consiste nella stratificazione del tessuto su calcestruzzo con successiva colata. Cioè, il tessuto viene posato sullo strato di miscela, versato con un sottile strato di calcestruzzo e così via alternativamente fino a ottenere lo spessore richiesto.
- Versando nella cassaforma. Il modo tradizionale, in cui il rinforzo in fibra di carbonio viene prima fissato nella cassaforma o nella forma, quindi viene versata la miscela di calcestruzzo.
Benefici materiali
Rispetto al cemento armato, il calcestruzzo al carbonio offre i seguenti vantaggi:
- È molto più leggero, il che facilita e accelera la costruzione;
- Il calcestruzzo di carbone è più volte più forte;
- Non si spezza e il rinforzo interno non arrugginisce, mentre il cemento armato inizia a deteriorarsi nel tempo proprio per questo motivo.
- Come risultato degli ultimi due punti, il calcestruzzo al carbonio è molto più resistente e affidabile rispetto agli analoghi con rinforzo in metallo.
L'unico aspetto negativo del materiale è il suo costo elevato. Tuttavia, se si tiene conto del fatto che le strutture realizzate sono estremamente resistenti e non richiedono riparazioni e ricostruzioni per molti anni, questo aspetto negativo viene compensato dalla durabilità dell'operazione.
Possibili applicazioni
Fino ad oggi, gli sviluppatori hanno già trovato un'applicazione per questo materiale unico. In particolare, lo hanno usato per ricostruire vecchi edifici di valore storico in due città tedesche. Senza il loro aiuto, questi edifici dovrebbero essere demoliti.
In futuro, si prevede di utilizzare il calcestruzzo al carbonio nelle nuove costruzioni. È già stato condotto un esperimento sulla costruzione di un padiglione di quattro metri di elementi complessi con uno spessore di 4 centimetri. È impossibile costruire un tale edificio in cemento armato e non differirà nella resistenza richiesta.
Ancora oggi gli scienziati ricevono richieste da tutto il mondo, in cui molti edifici in cemento armato necessitano di una ricostruzione urgente. A loro volta, sperano che tra dieci anni il rapporto tra calcestruzzo al carbonio e cemento armato utilizzato nelle costruzioni sarà 1: 4.
