Raugoties nākotnē: jauns būvmateriāls - oglekļa betons

Kondratieva Tatjana

Oglekļa betona bloks

Kompozītmateriāli ilgu laiku nepārsteidz ne celtniekus, ne klientus. Ikviens zina par savām unikālajām īpašībām, viņu spēja izturēt agresīvus ārējos faktorus ir daudz labāka nekā tradicionālie materiāli. Tomēr dzīve nestāv uz vietas, un katru gadu šajā jomā parādās jauni notikumi.

Par vienu no tiem - ogļu betonu - ir vērts pastāstīt sīkāk. Par tās radīšanas ideju, īpašībām un ieviešanas perspektīvām būvniecībā.

Karbona šķiedra

Oglekļa šķiedra ir materiāls, kas jau sen zināms un pieprasīts dažādās rūpnieciskās ražošanas jomās. Bet diezgan dārgi.

Grafīta pavedienu ražošanas process sastāv no poliakrilnitrila vai viskozes šķiedru daudzpakāpju karsēšanas dažādās vidēs līdz karbonizācijas pakāpei. Tā rezultātā parādās materiāls, kas sastāv no tīra oglekļa.

Oglekļa šķiedras īpašības

Oglekļa šķiedras biezums ir tikai 5-10 mikroni, kas ir plānāks nekā cilvēka mati. Tas sastāv no oglekļa atomu ķēdēm, kas sakārtotas kristāla režģī.

Oglekļa pavedienu kristāla struktūra

• Šķiedru ražošanai pavedieni tiek savienoti saišķos, kuros var būt līdz 50 000.
• Kādas materiāla īpašības piesaistīja uzmanību un ļāva to izmantot konstrukciju ražošanā, kas darbojas vissarežģītākajos ekspluatācijas apstākļos?
• Pirmkārt, tā ir unikāla stiepes izturība. Tas ir četras reizes vienāds rādītājs labākajām tērauda kategorijām.

Tas ir interesanti. Lai nojauktu 5 mm biezu oglekļa šķiedras stieni, nepieciešams 2500 kg liels spēks. Tā kā tas pats čuguna stienis sabruks pie 150 kg.

Oglekļa šķiedras blīvums ir četras reizes mazāks nekā tā paša tērauda blīvums. Attiecīgi materiāls sver četras reizes mazāk.

Kur tiek izmantota oglekļa šķiedra?

Kompozītmateriāli, kuros oglekļa šķiedru izmanto kā stiegrojuma elementu, tiek izmantoti mašīnu un lidmašīnu būvē, sporta aprīkojuma ražošanā un celtniecībā.

Tāpēc mēs esam ieinteresēti būvniecībā, tāpēc pakavēsimies pie šīs piemērošanas jomas:

• Šeit oglekļa šķiedra ir pamats lentu, audumu un pat kompozītmateriālu pastiprināšanai betona konstrukcijām.
• Lentes un audekli no grafīta pavedieniem ir īpašs aušanas tekstilmateriāls, kas piesūcināts ar sveķiem;
• Armatūra ir oglekļa šķiedru stieņi, kas piesūcināti ar sacietējušu polimēru saistvielu.

Uzziņai. Lai nodrošinātu ticamu saķeri ar betonu, uz stieņu virsmas tiek uzklāts smilšu pārklājums vai tiek izveidotas izvirzītas ribas.

Oglekļa šķiedrai ir ļoti augsta izturība, tāpēc ar tās palīdzību tiek pastiprināts jauns dizains vai zaudētās īpašības tiek atjaunotas vecajām.

Ar oglekļa šķiedras audumu pastiprinātas tilta laiduma sijas

Tam visam ir maz sakara ar oglekļa betonu. Bet tieši oglekļa šķiedras īpašības pamudināja vācu zinātniekus domāt par jauna materiāla izveidi.

Kas ir ogļu betons

Tātad Drēzdenes Monolītā būvniecības institūta zinātnieki nolēma aizstāt metāla stiegrojumu betonā ar oglekļa šķiedru. Drīzāk tekstilmateriāls, ko iegūst no tā, aujot, lai iegūtu īpašu režģa struktūru.

Rezultātā viņi saņēma materiālu, kas burtiski visos aspektos pārspēj visus mūsdienās zināmos betona veidus. Ar daudz lielāku izturību un zemāku īpatnējo svaru.

Neskatoties uz šķietamo izgudrojuma vienkāršību, ķīmijas zinātnieki strādāja pie tā vairākus gadu desmitus, nodrošinot, ka oglekļa šķiedras tekstilizstrādājumi ticami pielīp pie betona maisījuma. Lai to izdarītu, tas tiek apstrādāts ar īpašu pārklājumu, kura sastāvu ražotājs joprojām glabā noslēpumā.

Oglekļa betona izstrādājumu ražošanas tehnoloģijas

Pašlaik ir izstrādātas divas metodes oglekļa betona izstrādājumu ražošanai:

1. Slāņu komplekts. Tehnoloģija sastāv no tekstilmateriāla kārtošanas uz betona ar sekojošu liešanu. Tas ir, uz maisījuma slāņa tiek uzlikts tekstilizstrādājums, pārlej ar plānu betona slāni un tā tālāk, pārmaiņus, līdz tiek iegūts nepieciešamais biezums.
2. Ielīšana veidnē. Tradicionālais veids, kādā oglekļa šķiedru armatūru vispirms nostiprina veidnē vai formā, pēc tam ielej betona maisījumu.

Betona ieliešana veidnē

Materiālie ieguvumi

Salīdzinot ar dzelzsbetonu, oglekļa betons dod šādas priekšrocības:

• Tas ir daudz vieglāks, kas atvieglo un paātrina konstrukciju;
• Akmeņogļu betons ir vairākas reizes stiprāks;
• Tas neplaisā, un stiegrojums iekšpusē nerūsē, savukārt dzelzsbetons laika gaitā sāk pasliktināties tieši šī iemesla dēļ.

Dzelzsbetona konstrukcijas iznīcināšana

• Pēdējo divu punktu rezultātā oglekļa betons ir daudz izturīgāks un uzticamāks nekā analogi ar metāla stiegrojumu.

Vienīgais materiāla mīnuss ir tā augstās izmaksas. Tomēr, ja ņemam vērā, ka no tā izgatavotās konstrukcijas ir ārkārtīgi izturīgas un daudzus gadus neprasa remontu un rekonstrukciju, tad šo mīnusu kompensē darbības izturība.

Iespējamie pielietojumi

Līdz šim izstrādātāji jau ir atraduši lietojumu šim unikālajam materiālam. Jo īpaši viņi to izmantoja, lai rekonstruētu vecās vēsturiskās vērtības ēkas divās Vācijas pilsētās. Bez viņu palīdzības šīs ēkas būtu jānojauc.

Viena pielietojuma joma ir nolietoto konstrukciju rekonstrukcija

Nākotnē plānots izmantot oglekļa betonu jaunbūvē. Jau ir veikts eksperiments četrus metrus garā sarežģītu elementu paviljona ar biezumu 4 centimetri būvniecībā. Šādu ēku nav iespējams uzcelt no dzelzsbetona, un tas neatšķirsies pēc nepieciešamās stiprības.

Zinātnieki pat šodien saņem pieprasījumus no visas pasaules, kuros daudzām dzelzsbetona ēkām nepieciešama steidzama rekonstrukcija. Viņi, savukārt, cer, ka desmit gadu laikā būvniecībā izmantotā oglekļa betona un dzelzsbetona attiecība būs 1: 4.