Карбоновое волокно облегчает и усиливает бетонные конструкции

Карбоновое волокно облегчает и усиливает бетонные конструкции

Прочные и лёгкие полимерные композиты сегодня заменили своих предшественников во многих отраслях промышленного производства. И это неудивительно, ведь по своим физическим, механическим, технологическим и иным характеристикам они превосходят традиционные материалы.

Углебетон на стройплощадке

Сегодня без них уже сложно представить космическую отрасль, авиацию или автомобильную промышленность. Разве что в строительной сфере композиты пока ещё представлены не так активно, как того хотелось бы.

Среди армирующих материалов особое место заслуженно занимает углеродное (карбоновое) волокно. Стоит лишь вспомнить, что на его основе производят все современные бронежилеты. А также элементы и детали авиатехники, автомобилей и кораблей. Разве что в производстве строительных материалов углеродное волокно до недавнего времени не имело особого распространения. Исключением из этого правила может стать композитный бетон.

Какие же свойства углеволокна привлекли к нему внимание и позволили использовать при производстве материалов, работающих в самых сложных условиях эксплуатации? В первую очередь, уникальная прочность на разрыв, в четыре раза превышает такой же показатель для лучших марок стали. Чтобы разорвать стержень из углепластика толщиной 5 мм, потребуется усилие в 2,5 т. Тогда как такой же стальной стержень разрушится при нагрузке в 150 кг. При этом плотность углеволокна в четыре раза ниже, соответственно, и весит оно вчетверо меньше. Самое главное, находящаяся внутри бетонных конструкций арматура не ржавеет, в то время как железобетон со временем начинает разрушаться именно по этой причине.

Ученые из дрезденского Института монолитного строительства решили заменить металлическую арматуру в бетоне углеродистым волокном. Точнее, сплетённым из него текстильным полотном особой решётчатой структуры. В результате был получен материал, буквально по всем параметрам превосходящий все известные сегодня виды бетонов. С намного большей прочностью и меньшей удельной массой. Несмотря на кажущуюся простоту решения, химики несколько десятилетий бились над проблемой надёжного сцепления углеволокна с бетонной смесью.

Углебетон в сравнении с железобетоном:

  • намного легче;
  • прочнее в несколько раз;
  • не трескается;
  • не поддаётся коррозии.

Как следствие, углебетон гораздо долговечнее и надежнее аналогов с металлическим армированием.

На данный момент разработано два способа производства углебетонных изделий: Технология набора слоёв заключается в послойной укладке текстильного полотна на бетон с последующей заливкой. На слой смеси укладывается текстиль, заливается тонким слоем бетона, и так далее до получения требуемой толщины. Традиционный способ заливки в опалубку, при котором используется углеволоконная арматура, напоминающая ставшую уже привычной стеклопластиковую.

Пока сдерживающим фактором является высокая стоимость углеродного волокна. Процесс получения графитовых нитей заключается в многоэтапном нагреве полиакрилонитрильных или вискозных волокон в разных средах до стадии обугливания. В результате чего и появляется материал из выстроенных в кристаллическую решетку цепочек атомов чистого углерода. Толщина одной углеродной нити всего 5-10 мкм, то есть тоньше человеческого волоса. Для практического использования такие нити соединяют в жгуты, в каждом из которых может быть до 50 тысяч подобных волокон.

К настоящему времени разработчики уже использовали углебетон для реконструкции исторических зданий в Германии, которые иначе пришлось бы снести. Теперь запросы, на срочную реконструкцию и спасение множества железобетонных строений, в первую очередь, ветхих мостов, поступают из разных стран мира.

В новом монолитном строительстве углебетон позволяет вместо прежних массивных объектов создавать легкие и прочные конструкции. Уже проведен эксперимент по возведению павильона из сложных элементов искривлённой формы толщиной 4 см. Из железобетона такое построить невозможно, да и нужной прочностью оно отличаться не будет. А первый в мире полностью основанный на технологии углебетона дом планируется построить в конце 2019 года / начале 2020 года в Дрездене.

Вытеснение железобетона с рынка не оставляет сомнений. В первую очередь речь идет о строительных изделиях, содержащих черные металлы. По разным оценкам, уже через десять лет соотношение используемого в строительстве углебетона и железобетона может составить 1:4.

Единственный минус материала - это его высокая стоимость. Однако если учесть, что конструкции из него получаются исключительно прочными, не требующими в течение многих лет ремонта и реконструкции, то этот минус компенсируется долговечностью эксплуатации.

bauen-neu-denken.de