Pohľad do budúcnosti: nový stavebný materiál - uhlíkový betón
Kompozitné materiály prekvapujú staviteľov alebo zákazníkov už dlho. Každý vie o svojich jedinečných vlastnostiach, ich schopnosť vydržať agresívne vonkajšie faktory je oveľa lepšia ako tradičné materiály. Život však nehybne stojí a v tejto oblasti sa každý rok objavuje nový vývoj.
Jeden z nich - uhoľný betón - stojí za rozprávanie. O myšlienke jej vzniku, vlastnostiach a perspektívach realizácie v stavebníctve.
Obsah článku
Uhlíkové vlákno
Uhlíkové vlákno je materiál, ktorý je už dlho známy a je veľmi žiadaný v rôznych oblastiach priemyselnej výroby. Ale dosť drahé.
Proces výroby grafitových filamentov spočíva vo viacstupňovom zahrievaní polyakrylonitrilových alebo viskózových vlákien v rôznych médiách až po stupeň karbonizácie. V dôsledku toho sa objaví materiál pozostávajúci z čistého uhlíka.
Vlastnosti uhlíkových vlákien
Hrúbka uhlíkových vlákien je iba 5 až 10 mikrónov, čo je tenšia ako ľudské vlasy. Skladá sa z reťazcov atómov uhlíka usporiadaných v kryštalickej mriežke.
- Na výrobu vlákien sú nite spojené do zväzkov, v ktorých môže byť až 50 000.
- Ktoré vlastnosti materiálu priťahovali pozornosť a umožnili jeho použitie pri výrobe štruktúr pracujúcich v najťažších prevádzkových podmienkach?
- Predovšetkým je to jedinečná pevnosť v ťahu. Je to štvornásobok toho istého ukazovateľa pre najlepšie druhy ocele.
Je to zaujímavé. Na zlomenie tyče s hrúbkou 5 mm z uhlíkových vlákien je potrebná sila 2 500 kg. Zatiaľ čo rovnaká liatinová tyč sa zrúti pri 150 kg.
Hustota uhlíkových vlákien je štyrikrát nižšia ako hustota tej istej ocele. Materiál teda váži štyrikrát menej.
Kde sa používajú uhlíkové vlákna?
Kompozitné materiály, v ktorých sa ako vystužovací prvok používajú uhlíkové vlákna, sa používajú pri stavbe strojov a lietadiel, výrobe športových potrieb a stavebníctve.
Máme záujem o výstavbu, preto sa budeme zaoberať touto oblasťou použitia:
- Tu sú uhlíkové vlákna základom pre vystužovanie pásov, pásov a dokonca aj kompozitných výstuží pre betónové konštrukcie.
- Stuhy a plachty vyrobené z grafitových nití sú špeciálne tkané textilné materiály napustené živicami;
- Výstuž sú tyče z uhlíkových vlákien impregnované stuženým polymérnym spojivom.
Pre informáciu. Aby sa zabezpečila spoľahlivá priľnavosť k betónu, na povrch tyčí sa nanáša piesok alebo vznikajú vyčnievajúce rebrá.
-
- Armatúry z uhlíkových vlákien
-
- Vystužovací rám vyrobený z kompozitných tyčí
-
- Sieťka z uhlíkových vlákien
-
- Posilnenie mriežky
Uhlíkové vlákno má veľmi vysokú pevnosť, takže s jeho pomocou sa posilňujú nové vzory alebo vracajú stratené vlastnosti k starým.
To všetko má málo spoločného s uhlíkovým betónom. Ale to boli špeciálne vlastnosti uhlíkových vlákien, ktoré viedli nemeckých vedcov k premýšľaniu o vytvorení nového materiálu.
Čo je uhoľný betón
Vedci z Drážďanského inštitútu pre monolitické stavby sa preto rozhodli nahradiť kovovú výstuž v betóne uhlíkovými vláknami. Textilný materiál získaný z neho skôr tkaním získal skôr špeciálnu štruktúru mriežky.
Výsledkom bolo, že dostali materiál, ktorý doslova vo všetkých ohľadoch prekonáva všetky typy betónu známe dnes. S oveľa väčšou silou a nižšou špecifickou hmotnosťou.
-
- Navonok sa materiál málo líši od tradičného betónu
-
- Uhlíková betónová konštrukcia
-
- Karbónový stavebný blok
Napriek zjavnej jednoduchosti vynálezu na tom chemickí vedci pracovali niekoľko desaťročí, čím zabezpečili spoľahlivé priľnutie textilu z uhlíkových vlákien k betónovej zmesi. Za týmto účelom sa ošetruje špeciálnym povlakom, ktorého zloženie je výrobcom stále utajené.
Technológie na výrobu výrobkov z uhlíkového betónu
V súčasnosti boli vyvinuté dve metódy výroby betónových výrobkov z uhlíka:
- Sada vrstiev. Táto technológia spočíva v vrstvení textilnej tkaniny na betón s následným liatím. To znamená, že textil sa položí na vrstvu zmesi, vyleje sa tenkou vrstvou betónu a tak striedavo, až kým sa nedosiahne požadovaná hrúbka.
- Nalievanie do debnenia. Tradičným spôsobom, pri ktorom sa vystuženie uhlíkových vlákien najskôr fixuje v debnení alebo forme, sa naleje betónová zmes.
Hmotné výhody
V porovnaní so železobetónom dáva uhlíkový betón nasledujúce výhody:
- Je oveľa ľahší, čo uľahčuje a urýchľuje výstavbu;
- Uhoľný betón je niekoľkokrát pevnejší;
- Nepraská a výstuž vo vnútri nehrdzavie, zatiaľ čo železobetón sa z tohto dôvodu začína postupne zhoršovať.
- V dôsledku posledných dvoch bodov je uhlíkový betón oveľa odolnejší a spoľahlivejší ako analógy s kovovou výstužou.
Jediným mínusom materiálu sú jeho vysoké náklady. Ak však vezmeme do úvahy, že konštrukcie, ktoré sú z neho vyrobené, sú mimoriadne trvanlivé a nevyžadujú si opravu a rekonštrukciu po mnoho rokov, potom je táto mínus kompenzovaná trvanlivosťou prevádzky.
Možné aplikácie
Vývojári doteraz našli aplikáciu pre tento jedinečný materiál. Používali ho najmä na rekonštrukciu starých budov historickej hodnoty v dvoch nemeckých mestách. Bez ich pomoci by tieto budovy museli byť zbúrané.
V budúcnosti sa plánuje použitie uhlíkového betónu v novej výstavbe. Uskutočnil sa experiment na výstavbu štvormetrovej pavilónu zložitých prvkov s hrúbkou 4 centimetre. Nie je možné postaviť takúto budovu z vystuženého betónu a nebude sa líšiť v požadovanej pevnosti.
Vedci aj dnes dostávajú žiadosti z celého sveta, v ktorých mnohé železobetónové budovy potrebujú okamžitú rekonštrukciu. Dúfajú, že za desať rokov bude pomer uhlíkového a železobetónu použitého v stavebníctve 1: 4.
