Kijkend naar de toekomst: een nieuw bouwmateriaal - koolstofbeton

Kondratieva Tatyana

Blok van koolstofbeton

Composietmaterialen hebben bouwers of klanten lange tijd niet verrast. Iedereen kent hun unieke eigenschappen, hun vermogen om agressieve externe factoren te weerstaan ​​is veel beter dan traditionele materialen. Het leven staat echter niet stil en elk jaar verschijnen er nieuwe ontwikkelingen op dit gebied.

Een daarvan - steenkoolbeton - is het waard om in detail te vertellen. Over het idee van zijn creatie, eigenschappen en vooruitzichten voor implementatie in de bouw.

Koolstofvezel

Koolstofvezel is een materiaal dat al lang bekend is en waar veel vraag naar is op verschillende gebieden van industriële productie. Maar vrij duur.

Het proces van het produceren van grafietfilamenten bestaat uit het in meerdere fasen verwarmen van polyacrylonitril- of viscosevezels in verschillende media tot het stadium van verkoling. Hierdoor ontstaat een materiaal dat bestaat uit pure koolstof.

Eigenschappen van koolstofvezel

De dikte van de koolstofvezel is slechts 5-10 micron, wat dunner is dan een mensenhaar. Het bestaat uit ketens van koolstofatomen gerangschikt in een kristalrooster.

Kristalstructuur van koolstoffilamenten

• Voor de productie van vezels worden de draden verbonden tot bundels waarin er maximaal 50.000 kunnen zijn.
• Welke eigenschappen van het materiaal trokken de aandacht en mochten het gebruiken bij de fabricage van constructies die onder de moeilijkste bedrijfsomstandigheden werken?
• Allereerst is het een unieke treksterkte. Het is vier keer dezelfde indicator voor de beste staalsoorten.

Het is interessant. Om een ​​5 mm dikke staaf van koolstofvezel te breken, is een kracht van 2500 kg vereist. Terwijl dezelfde gietijzeren staaf met 150 kg instort.

De dichtheid van koolstofvezel is vier keer lager dan die van hetzelfde staal. Hierdoor weegt het materiaal vier keer minder.

Waar wordt koolstofvezel gebruikt?

Composietmaterialen, waarin koolstofvezel wordt gebruikt als verstevigingselement, worden gebruikt in de machine- en vliegtuigbouw, de productie van sportartikelen en de bouw.

We zijn geïnteresseerd in de bouw, laten we daarom stilstaan ​​bij dit toepassingsgebied:

• Hier is koolstofvezel de basis voor het versterken van banden, webben en zelfs composietwapening voor betonconstructies.
• Linten en doeken gemaakt van grafietdraden zijn een speciaal geweven textielmateriaal geïmpregneerd met harsen;
• Versterking zijn staven van koolstofvezels geïmpregneerd met gehard polymeerbindmiddel.

Als referentie. Om een ​​betrouwbare hechting op beton te garanderen, wordt een zandcoating op het oppervlak van de staven aangebracht of worden uitstekende ribben gevormd.

Koolstofvezel heeft een zeer hoge sterkte, dus met zijn hulp om nieuwe ontwerpen te versterken of verloren eigenschappen terug te geven aan oude.

Overbruggingsbalken versterkt met koolstofvezelweefsel

Dit alles heeft weinig met koolstofbeton te maken. Maar het waren de bijzondere eigenschappen van koolstofvezel die Duitse wetenschappers ertoe brachten na te denken over het maken van een nieuw materiaal.

Wat is steenkoolbeton

Daarom besloten wetenschappers van het Dresden Institute for Monolithic Construction om de metalen wapening in beton te vervangen door koolstofvezel. In plaats daarvan wordt het textielmateriaal verkregen door weven om een ​​speciale roosterstructuur te verkrijgen.

Als resultaat ontvingen ze materiaal dat letterlijk in alle opzichten alle soorten beton overtreft die vandaag de dag bekend zijn. Met een veel grotere sterkte en een lager soortelijk gewicht.

Ondanks de ogenschijnlijke eenvoud van de uitvinding, werkten chemische wetenschappers er tientallen jaren aan, om ervoor te zorgen dat koolstofvezeltextiel betrouwbaar hecht aan het betonmengsel. Om dit te doen, wordt het behandeld met een speciale coating, waarvan de samenstelling nog steeds geheim wordt gehouden door de fabrikant.

Technologieën voor de productie van koolstofbetonproducten

Momenteel zijn er twee methoden voor de productie van koolstofbetonproducten ontwikkeld:

1. Een set lagen. De technologie bestaat uit het aanbrengen van lagen textiel op beton en vervolgens gieten. Dat wil zeggen, textiel wordt op de mengsellaag gelegd, met een dunne laag beton gegoten, en zo nu en dan totdat de vereiste dikte wordt verkregen.
2. Gieten in de bekisting. De traditionele manier is dat in de bekisting of vorm eerst de koolstofvezelwapening wordt gefixeerd, waarna het betonmengsel wordt gestort.

Beton in de mal gieten

Materiële voordelen

In vergelijking met gewapend beton biedt koolstofbeton de volgende voordelen:

• Het is veel lichter, wat de constructie vergemakkelijkt en versnelt;
• Steenkoolbeton is vele malen sterker;
• Het barst niet en de wapening aan de binnenkant roest niet, terwijl gewapend beton juist om deze reden na verloop van tijd begint te verslechteren.

Vernietiging van een structuur van gewapend beton

• Als resultaat van de laatste twee punten is koolstofbeton veel duurzamer en betrouwbaarder dan analogen met metalen wapening.

Het enige minpuntje van het materiaal zijn de hoge kosten. Als we er echter rekening mee houden dat de gemaakte structuren extreem duurzaam zijn en jarenlang niet hoeven te worden gerepareerd en gereconstrueerd, wordt dit minpunt gecompenseerd door de duurzaamheid van de werking.

Mogelijke toepassingen

Tot op heden hebben ontwikkelaars al een toepassing voor dit unieke materiaal gevonden. Ze gebruikten het in het bijzonder om oude gebouwen met historische waarde te reconstrueren in twee Duitse steden. Zonder hun hulp zouden deze gebouwen gesloopt moeten worden.

Een toepassingsgebied is de reconstructie van versleten constructies

In de toekomst is het de bedoeling om in nieuwbouw koolstofbeton te gebruiken. Er is al een experiment uitgevoerd met de bouw van een vier meter lang paviljoen van complexe elementen met een dikte van 4 centimeter. Het is onmogelijk om zo'n gebouw uit gewapend beton te bouwen en het zal niet verschillen in de vereiste sterkte.

Wetenschappers ontvangen zelfs vandaag nog verzoeken van over de hele wereld, waarin veel gebouwen van gewapend beton dringend moeten worden gereconstrueerd. Ze hopen op hun beurt dat de verhouding tussen koolstofbeton en gewapend beton dat in de bouw wordt gebruikt over tien jaar 1: 4 zal zijn.