Nhìn về tương lai: một vật liệu xây dựng mới - bê tông carbon

Kondratieva Tatyana

Khối bê tông carbon

Vật liệu composite không gây ngạc nhiên cho các nhà xây dựng hoặc khách hàng trong một thời gian dài. Mọi người đều biết về đặc tính độc đáo của họ, khả năng chống lại các yếu tố bên ngoài tích cực tốt hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Tuy nhiên, cuộc sống không đứng yên, và mỗi năm những phát triển mới lại xuất hiện trong lĩnh vực này.

Một trong số đó - than-bê tông - đáng để nói chi tiết. Về ý tưởng tạo ra nó, tính chất và triển vọng thực hiện trong xây dựng.

Sợi carbon

Sợi carbon là một vật liệu đã được biết đến từ lâu và có nhu cầu lớn trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp khác nhau. Nhưng khá đắt.

Quá trình sản xuất sợi than chì bao gồm đốt nóng nhiều giai đoạn của sợi polyacrylonitril hoặc sợi viscose trong các môi trường khác nhau đến giai đoạn cacbon hóa. Kết quả là, một vật liệu bao gồm carbon tinh khiết xuất hiện.

Đặc tính sợi carbon

Độ dày của sợi carbon chỉ 5-10 micron, mỏng hơn sợi tóc người. Nó bao gồm các chuỗi các nguyên tử carbon được sắp xếp trong một mạng tinh thể.

Cấu trúc tinh thể của sợi carbon

• Để sản xuất sợi, các sợi được kết nối thành bó trong đó có thể có tới 50.000.
• Những tính chất nào của vật liệu thu hút sự chú ý và được phép sử dụng nó trong sản xuất các cấu trúc hoạt động trong điều kiện vận hành khó khăn nhất?
• Trước hết, nó là một độ bền kéo độc đáo. Nó là bốn lần cùng một chỉ số cho các loại thép tốt nhất.

Nó là thú vị. Để phá vỡ một thanh sợi carbon dày 5 mm, cần có lực 2500 kg. Trong khi đó, thanh gang tương tự sẽ sụp đổ ở mức 150 kg.

Mật độ sợi carbon thấp hơn bốn lần so với cùng loại thép. Theo đó, vật liệu nặng ít hơn bốn lần.

Sợi carbon được sử dụng ở đâu?

Vật liệu composite, trong đó sợi carbon được sử dụng làm nguyên tố gia cố, được sử dụng trong chế tạo máy và máy bay, sản xuất thiết bị thể thao và xây dựng.

Chúng tôi quan tâm đến việc xây dựng, do đó, chúng ta hãy tập trung vào lĩnh vực ứng dụng này:

• Ở đây, sợi carbon là cơ sở để gia cố băng, web và thậm chí là cốt thép composite cho các kết cấu bê tông.
• Ruy băng và vải bạt làm từ sợi than chì là một vật liệu dệt dệt đặc biệt được tẩm nhựa;
• Cốt thép là thanh sợi carbon được ngâm tẩm với chất kết dính polymer cứng.

Để tham khảo. Để đảm bảo độ bám dính đáng tin cậy với bê tông, một lớp phủ cát được áp dụng cho bề mặt của thanh hoặc các xương sườn nhô ra được hình thành.

Sợi carbon có độ bền rất cao, vì vậy với sự giúp đỡ của nó củng cố các thiết kế mới, hoặc trả lại các đặc tính đã mất cho những cái cũ.

Dầm cầu được gia cố bằng vải sợi carbon

Tất cả điều này có ít liên quan đến bê tông carbon. Nhưng chính tính chất đặc biệt của sợi carbon đã khiến các nhà khoa học Đức nghĩ đến việc tạo ra một vật liệu mới.

Bê tông than là gì

Vì vậy, các nhà khoa học từ Viện Xây dựng nguyên khối Dresden đã quyết định thay thế cốt thép kim loại trong bê tông bằng sợi carbon. Thay vào đó, vật liệu dệt thu được từ nó bằng cách dệt để có được cấu trúc mạng đặc biệt.

Kết quả là, họ đã nhận được tài liệu theo nghĩa đen ở tất cả các khía cạnh vượt qua tất cả các loại bê tông được biết đến ngày nay. Với sức mạnh lớn hơn nhiều và trọng lượng riêng thấp hơn.

Bất chấp sự đơn giản rõ ràng của sáng chế, các nhà khoa học hóa học đã nghiên cứu nó trong nhiều thập kỷ, đảm bảo rằng hàng dệt sợi carbon đáng tin cậy tuân thủ hỗn hợp bê tông. Để làm điều này, nó được xử lý bằng một lớp phủ đặc biệt, thành phần của nó vẫn được giữ bí mật bởi nhà sản xuất.

Công nghệ sản xuất các sản phẩm bê tông carbon

Hiện nay, hai phương pháp sản xuất các sản phẩm bê tông carbon đã được phát triển:

1. Một tập hợp các lớp. Công nghệ này bao gồm việc tạo lớp vải dệt trên bê tông với lần đổ tiếp theo. Đó là, dệt được đặt trên lớp hỗn hợp, đổ bằng một lớp bê tông mỏng, và cứ thế xen kẽ cho đến khi đạt được độ dày cần thiết.
2. Đổ vào ván khuôn. Cách truyền thống, trong đó gia cố sợi carbon trước tiên được cố định trong ván khuôn hoặc hình thức, sau đó hỗn hợp bê tông được đổ.

Đổ bê tông vào khuôn

Lợi ích vật chất

Khi so sánh với bê tông cốt thép, bê tông carbon cho những lợi thế sau:

• Nó nhẹ hơn nhiều, tạo điều kiện và tăng tốc xây dựng;
• Bê tông than mạnh hơn nhiều lần;
• Nó không bị nứt, và cốt thép bên trong không bị rỉ, trong khi bê tông cốt thép bắt đầu xuống cấp theo thời gian chính xác vì lý do này.

Phá hủy kết cấu bê tông cốt thép

• Kết quả của hai điểm cuối cùng, bê tông carbon có độ bền và độ tin cậy cao hơn nhiều so với các chất tương tự với cốt thép kim loại.

Điểm trừ duy nhất của vật liệu là chi phí cao. Tuy nhiên, nếu chúng ta tính đến việc các cấu trúc làm từ nó cực kỳ bền và không cần sửa chữa và tái thiết trong nhiều năm, thì điểm trừ này được bù đắp bởi độ bền của hoạt động.

Ứng dụng khả thi

Đến nay, các nhà phát triển đã tìm thấy ứng dụng cho vật liệu độc đáo này. Cụ thể, họ đã sử dụng nó để xây dựng lại các tòa nhà cũ có giá trị lịch sử ở hai thành phố của Đức. Nếu không có sự giúp đỡ của họ, những tòa nhà này sẽ phải bị phá hủy.

Một lĩnh vực ứng dụng là tái cấu trúc các cấu trúc bị mòn

Trong tương lai, nó được lên kế hoạch sử dụng bê tông carbon trong xây dựng mới. Một thí nghiệm về việc xây dựng một gian hàng dài bốn mét gồm các yếu tố phức tạp với độ dày 4 cm đã được tiến hành. Không thể xây dựng một tòa nhà như vậy từ bê tông cốt thép, và nó sẽ không khác nhau về cường độ cần thiết.

Các nhà khoa học thậm chí ngày nay nhận được yêu cầu từ khắp nơi trên thế giới, trong đó nhiều tòa nhà bê tông cốt thép cần được xây dựng lại khẩn cấp. Đến lượt họ, họ hy vọng rằng trong mười năm nữa, tỷ lệ bê tông carbon và bê tông cốt thép được sử dụng trong xây dựng sẽ là 1: 4.