Naujos šiuolaikinėms statyboms skirtos medžiagos, pvz., anglies pluošto{0}}gelžbetonis, tapo žaidimu-keistas tarp šių revoliucinių medžiagų. Ši novatoriška kompozitinė medžiaga sinergizuoja betono gniuždymo stiprumą ir anglies pluošto tempimo savybes, todėl statybinė medžiaga įvairiuose pritaikymuose pranoksta tradicinį gelžbetonį.
Kuo anglies pluoštu armuotas betonas skiriasi nuo tradicinio betono
Anglies pluoštu sustiprintas betonas (CFRC)
Anglies pluošto armuotas betonas (CFRC) yra sudėtinė anglies pluošto medžiaga betono matricoje. Skirtingai nuo tradicinės plieno armatūros, kai plieniniai strypai įdedami į betoną prieš sukietėjimą, anglies pluoštai tolygiai paskirstomi pagal betono receptą, kad būtų sukurta 3D armatūros sistema, pagerinanti jo savybes.
CFRC naudojami anglies pluoštai paprastai yra gaunami iš poliakrilnitrilo (PAN), naftos-pagrindo polimero. Vis dėlto dabar atsiranda ekologiškesnių versijų, gaunamų iš organinių polimerų, pvz., lignino (šalutinio popieriaus apdirbimo produkto). Šie trapūs pluoštai pasižymi įspūdingu tempimo stipriu, iki penkių kartų didesniu nei plieno, ir yra 80 % lengvesni.
Integruoti į betoną anglies pluoštai sudaro matricą, kuri žymiai sustiprina medžiagos atsparumą įtrūkimams, padidina jos atsparumą tempimui ir pagerina ilgaamžiškumą. Anglies pluoštas yra didelio našumo{1}}konstrukcinė medžiaga, turinti daug pranašumų, palyginti su tradiciniu gelžbetoniu.
Anglies pluošto ir plieno armatūros palyginimas
Labai svarbu palyginti anglies pluoštą su tradiciniu betono armavimo metodu, plienine armatūra, kad sužinotume, kodėl žmonės dažniau naudoja anglies pluošto betoną. Pagrindiniai anglies pluošto pranašumai ir pranašumai, palyginti su plienu, yra didžiuliai ir daugialypiai. Maždaug 80 % lengvesnis nei plienas, anglies pluoštas žymiai sumažina konstrukcijų savąją apkrovą. Dėl stiprumo- anglies pluošto tempiamasis stiprumas yra 5 kartus didesnis nei plieno ir yra du kartus standesnis.
Skirtingai nei plienas, anglies pluoštas nerūdys, todėl išvengiama rūdžių, dėmių ar betono skilimo problemos, atsirandančios naudojant tradicinę armatūrą. Todėl mažas anglies pluošto šilumos laidumas pagerina betoninių konstrukcijų izoliacines savybes. Be to, anglies pluošto armatūra yra tolygiai paskirstyta betoniniame elemente ir nereikalauja dangos, kaip tai daro plieno armatūra.
Dėl šių anglies pluošto savybių jis yra puiki alternatyva tradiciniam plienui daugeliui pritaikymų, ypač kai pagrindiniai klausimai yra svoris, ilgaamžiškumas ir atsparumas korozijai.
Anglies pluošto betone pranašumai
Struktūrinis ir ne{0}}konstrukcinis statybos komponentas, apimantis kiekvieną jungties tiltą, kelią, siją ir lengvą bei sunkią naudojimo sritį, būtų apsaugotas nuo griūties, jei betone būtų galima naudoti anglies pluoštą.
Struktūriniai pranašumai
Anglies juostelė yra stiprus pluoštas, pasižymintis tvirtumu ir dideliu stiprumu, o į įvairius veiksnius reikia atkreipti dėmesį:
Tyrimai parodė, kad drastiški pagrindinių veiklos rodiklių patobulinimai nusveria iššūkius, su kuriais susiduria šios organizacijos. Į betono mišinį įdėjus tik 1 % anglies pluošto, gniuždymo stipris buvo iki 59,9 % didesnis. Įtraukus šį nedidelį anglies pluošto kiekį, skilimo tempiamasis stipris pagerėja 56,3 proc. Lenkimo stiprio padidėjimas yra bene reikšmingiausias, nes jis padidina iki 107,69%, kai pridedama tik 1% anglies pluošto. Dėl šio didelio stiprumo padidėjimo galima sukurti plonesnius, lengvesnius betono komponentus neprarandant eksploatacinių savybių.
Patvarumo privalumai
Betono ir anglies pluošto sutvirtinimas įvairiais būdais gali nepaprastai padidinti medžiagos patvarumą. Šis tempiamasis stipris sumažina arba pašalina džiūvimo paketus ir plastiko susitraukimą visame betone, todėl susidaro tvirtesnės konstrukcijos. Jis pasižymi geresniu atsparumu smūgiams ir dinaminei apkrovai, todėl jį galima naudoti vietose, kuriose yra vibracijos ar smūgių. Medžiaga taip pat yra atsparesnė rūgštims ir sulfatams nei įprastas betonas, todėl prailgėja jos eksploatavimo laikas chemiškai agresyvioje aplinkoje. Anglies pluošto gelžbetonis gali būti naudojamas esant sudėtingoms šiluminėms sąlygoms, nes turi didelę šiluminę varžą, atsparumą temperatūros svyravimams ir aukštai temperatūrai. Be to, jis pagerino atsparumą užšalimo ir atitirpimo ciklams, todėl yra naudingas šalto klimato regionams, kur tradiciniai cemento junginiai linkę gerokai pablogėti.
Statybos privalumai
Be konstrukcijos ir ilgaamžiškumo pranašumų, anglies pluoštas taip pat turi daug privalumų statyboje. Taip yra dėl grebėstinio įtemptojo betono elementų gebėjimo turėti labai aukštą stiprio -svorio ir -svorio santykį, o tai reiškia, kad toms pačioms apkrovoms gali būti naudojami plonesni elementai, todėl sumažėja medžiagų kiekis ir užtikrinamas optimalesnis dizainas. Lengvesnis anglies pluoštu{4}}sustiprintų elementų svoris sumažina transportavimo išlaidas ir palengvina montavimą net ir atšiauriausioje statybos aplinkoje.
Anglies pluoštas taip pat pašalina arba sumažina įprasto plieno armatūros įdėjimo poreikį, o tai gali sutrumpinti statybos laiką. Sumažėjęs naudojamų plokščių skaičius sumažina darbo sąnaudas ir statybos laiką. Be to, cfrp sutvirtinimo sistemos yra žymiai plonesnės nei įprastos plieninės armatūros alternatyvos, todėl konstrukcijose, kuriose svarbus kiekvienas brūkšnys, išlaikoma vertinga erdvė.
Surenkamojo betono taikymas
Surenkamasis betonasyra ypač vertingas anglies pluošto pritaikymas, kur jis gali geriausiai išnaudoti savo savybes su kontroliuojamomis gamyklinėmis jungtimis.
„CarbonCast“ technologija
Vienas sėkmingiausių ir plačiausiai naudojamų anglies pluošto panaudojimo būdų surenkamajame betone yra „Altus group“ gaminama anglies liejimo sistema. Ši technologija naudoja „Chomarat“ tinklelį, anglies pluošto / epoksidinį tinklelį, skirtą surenkamųjų betoninių plokščių šlyties santvaroms.
CarbonCast sistema turi daug privalumų. Plokštės yra lengvesnės ir plonesnės nei įprastas surenkamasis betonas, o tai sumažina bendrą konstrukcijos savąją apkrovą. Tai leidžia padidinti plokštės dydžio potencialą, sumažinant projektui reikalingų dalių skaičių. Montavimas yra greitesnis ir turi mažiau, lengvesnių dalių. Tai lemia fantastiškesnį medžiagų ir transportavimo efektyvumą, o tai žymiai sumažina anglies pėdsaką statybos metu. Sistema veikia kartu su izoliuotomis plokštėmis ir užtikrina aukštą šiluminį efektyvumą, optimizuodama baigtų pastatų energinį naudingumą.
Pagrindinės surenkamųjų elementų taikymas
Surenkamajame betone anglies pluoštas naudojamas įvairiais būdais. Sienų plokštėse anglies pluošto tinklelis arba tinklelis yra integruotas į išorinę ir vidinę daugiasluoksnių sienų plokščių dalis vietoj plieno armatūros, taip sumažinant šilumos tiltelių problemas, susijusias su plieninėmis jungtimis. Betoninėse plokštėse anglies pluošto tinkleliai pakeičia suvirintas plienines groteles, leidžiančias sumažinti svorį ir pasiekti vienodą arba pagerinti konstrukcines savybes.
Anglies pluoštasyra automobilių stovėjimo konstrukcijų garso sutvirtinimas dėl lengvesnio svorio ir nereikalingos cheminės apsaugos nuo apledėjimo druskų ir kitų korozinių komponentų. Anglies pluošto stiprumas ir lankstumas suteikia architektūros elementams galimybę tyrinėti kūrybingus ir sudėtingus dizainus, kuriuos būtų sunku arba nepraktiška pasiekti naudojant tradicinį sutvirtinimą.
Realaus{0}}pasaulio programos
Vienas iš novatoriškų anglies pluošto gelžbetonio panaudojimo būdų yra karbonatų namas Technikos universiteto miestelyje Drezdene, Vokietijoje. Šis pastatas yra pirmoji pasaulyje betoninė konstrukcija, kurios armatūroje plienas pakeistas anglies pluoštu. Vokietijos federalinės švietimo ir tyrimų ministerijos teritorijoje esanti novatoriška konstrukcija, kainuojanti apie 5 milijonus eurų, demonstruoja anglies pluošto sutvirtinimo galimybes statyboje. Tai parodo, kaip anglies pluoštas gali sudaryti plonesnius elementus, pašalinant plieno armatūros poreikį, kartu sumažinant bendrą svorį ir korozijos riziką, taip užtikrinant konstrukcijos vientisumą ir saugumą.
Tilto stiprinimas naudojant CFRP
Anglies pluoštu{0}}sustiprintos polimero (CFRP) plokštės dažnai sustiprina esamas tiltų konstrukcijas. Viename tyrime [60] įtempti ir plokšti -plokščių tvirtinimo įtaisai buvo pritvirtinti prie ištraukto pilno- mastelio pluošto, ištraukto iš seno tilto, aplink kurį buvo sujungtos cfrp plokštės, galuose (lenkimas prilipo prie apatinio sofito). Naudojant šią išankstinio įtempimo techniką, sijos lenkiamasis standumas ir laikomoji galia buvo labai padidinti. Tyrimai atskleidė, kad naudojant iš anksto įtemptą cfrp, standumas elastingoje pakopoje gali padidėti 64,9–67,1%, o galutinė apkrova – 19,53–31,9%. Dėl to cfrp taip pat yra puiki galimybė atkurti senesnę infrastruktūrą jos visiškai nepakeičiant. Žymiai mažiau įprastinė tilto armatūra korozijose dėl-ledo druskų ir drėgmės poveikio, todėl korozija taps nepataisoma ir sukels ankstyvą gedimą.
Buitiniai modeliai su mažesnėmis energijos sąnaudomis
Iki šiol anglies išleidimo sistema buvo įdiegta keliose miesto vietose, įskaitant Gruzijos valstybinio universiteto pjemonto Centrinio studentų būsto projektą. Paraiškoje buvo daug panaudotos anglies pluoštu sustiprintos surenkamojo betono plokštės. Tai drastiškai sutrumpino statybos laiką, palyginti su tradiciniais metodais. Nesvarbu, ar tai didelis, atskiras įrenginys, ar paskirstytos energijos sistemos, sistema sumažino sudėtingumą ir sumažino sąnaudas, nes supaprastinti įrengimo reikalavimai ir sunaudota mažiau medžiagų. Aplinkosaugos nauda buvo mažesnė anglies dvideginio emisija dėl mažesnio medžiagų naudojimo ir mažesnių transportavimo reikalavimų. Galbūt svarbiausias dalykas gyvenamajame pastate yra tai, kad plokštės pagerino energijos vartojimo efektyvumą, pagerino šilumines savybes ir sumažino šilumos tiltelį.
Šio darbo architektas pranešė, kad „c{0}}grid“ nustatymas kondicionuojamose patalpose yra įprastas dalykas dėl mažesnių išankstinių sąnaudų ir ilgalaikio- energijos taupymo. Šis dėklas apsaugo nuo neigiamo gaisro poveikio anglies pluošto sutvirtinimu, suteikia tiesioginių konstrukcijos pranašumų ir plečiasi nuolatinės eksploatacinės naudos.
Iššūkiai ir apribojimai
Nepaisant daugybės privalumų, anglies pluošto{0}}gelžbetonis turi tam tikrų iššūkių ir apribojimų, į kuriuos reikia atsižvelgti.
Išlaidų svarstymai
Kaina yra vienas iš svarbiausių ribojančių veiksnių. Anglies pluošto medžiagos paprastai yra brangesnės nei tradicinė plieno armatūra. Tačiau kainų skirtumą galima pateisinti keliomis kitomis savybėmis. Mažesnės darbo sąnaudos montuojant montavimo metu paprastai panaikins didesnes medžiagų sąnaudas, nes anglies pluošto sutvirtinimas paprastai yra paprastesnis ir greitesnis. Mažesnis svoris reiškia mažesnes transportavimo išlaidas, o tai gali žymiai sutaupyti didelių projektų ir (arba) atokiose vietose. Jis prailgina tarnavimo laiką ir sumažina techninės priežiūros poreikį, todėl dėl mažesnių gyvavimo ciklo sąnaudų gaunamas ilgalaikis{5}}ekonominis pranašumas. Be to, tampa įmanoma naudoti griaustinio betono elementus, o tai sumažina bendrą medžiagų sunaudojimą ir taip padidina anglies pluošto išlaidų kompensaciją.
Sudėtingumas, ypač naudojant anglies pluošto sutvirtinimą
Anglies pluošto sutvirtinimas turi keletą techninių apribojimų, į kuriuos reikia atsižvelgti inžinieriams. Minėtas anglies pluoštas yra naudingas daugumoje betoninių konstrukcijų, palyginti su kitomis konstrukcijomis, tokiomis kaip plienas ar mediena, todėl ribojamas jo veikimas skirtingose statybos sistemose. Anglies pluošto klijavimas turi būti atliekamas žemesnėje nei 60 laipsnių temperatūroje, kad būtų užtikrintas tinkamas sukibimas ir stiprumas, taip pat turi būti išlaikytos rišamųjų medžiagų aplinkos temperatūros ribos. Kitas svarbus apribojimas yra susijęs su atsparumu šlyčiai, nes anglies pluošto šlyties atsparumas yra nepakankamas kai kuriose tilto konstrukcijose, kurioms reikia hibridinių sprendimų arba alternatyvių sprendimų šioms konkrečioms apkrovos sąlygoms.
Statybos iššūkiai
Anglies pluošto armatūros integravimas kelia unikalių statybos iššūkių, kuriuos reikia kruopščiai apsvarstyti. Įrengimas reikalauja aukštos patirties ir kvalifikuotų specialistų, kad būtų užtikrinta kokybė ir saugumas diegimo metu. Statybos procesas gali būti sudėtingas, ypač išorėje suklijuotų sistemų, kurioms keliami aukšti reikalavimai klijavimo ir tvirtinimo proceso metu; Jei konstrukcija nebus atlikta gerai, sutvirtinimo efektas bus silpnas ir netgi sukels pavojų saugai. Dėl nesumaišytų ir prastai išdėstytų pluoštų betono matricoje gali pasiskirstyti netolygiai, o tai kartais gali pakenkti eksploatacinėms savybėms. Kitas iššūkis yra kokybės kontrolė, nes be specializuotos įrangos ir procesų gali būti sunku patvirtinti didelių betono liejimų su pluošto armatūra kokybę.
Anglies pluošto turinys ir mišinio dizainas
Nustatyta, kad optimali anglies pluošto dozė yra 1 % betono masės. Suspaudimo, skilimo tempimo ir lenkimo stipris buvo didžiausias esant šiai koncentracijai ir sumažėjo esant didesnei koncentracijai (1,25% ir daugiau).
Šis naujas atradimas bus nepaprastai svarbus inžinieriams ir betono gamintojams, norintiems pasinaudoti anglies pluošto sutvirtinimo privalumais, kartu mažinant medžiagų sąnaudas. Tyrimas taip pat rodo, kad betono apdirbamumas (naudojant nuosėdų bandymus) mažėja didėjant anglies pluošto procentinei daliai, o reikšmingai sumažėja, kai koncentracija didesnė nei 0,75%. Poveikis apdirbamumui turi būti įvertintas mišinio konstrukcijoje, dažnai reikia superplastifikatorių ar kitų priedų, kad būtų užtikrintas pakankamas takumas, kad būtų galima įdėti ir konsoliduoti.
Tvarumo aspektai
Anglies pluošto gelžbetonyje yra daug aplinkos tvarumo pranašumų, kurie atitinka dabartinį šiuolaikinės statybos dėmesį į ekologinę atsakomybę. Dėl geresnio patvarumo ir atsparumo įtrūkimams, kurį suteikia cfrc, pailgėja konstrukcijų tarnavimo laikas, todėl ilgainiui reikia mažiau priežiūros ir keitimo. Šis ilgaamžiškumas tiesiogiai sumažina neigiamą remonto ir atstatymo poveikį aplinkai. Padidėjęs stiprumas reiškia plonesnius betono elementus, dėl kurių sumažėja bendras cemento suvartojimas -, o tai labai prisideda prie CO₂ išmetimo statybos pramonėje. Transportavimo poveikis sumažėja, nes lengvesniems komponentams reikia mažiau degalų tiekti į statybvietes. Tai sumažina energijos suvartojimą per visą pastato gyvavimo ciklą.
Tačiau yra pastebimas minusas: įprasta anglies pluošto gamyba{0}}naudoja daug energijos. Vienas iš galimų anglies pluošto gelžbetonio tvarumo patobulinimų būtų bio- anglies pluošto, gauto iš lignino ar kitų organinių šaltinių, panaudojimas. Pavyzdžiui, pakeitus gamybos metodus į tirpalą ir miltelius, kai kuriais atvejais gali sumažėti to anglies pluošto energija{4}}, o našumas būtų panašus.
Kylančios tendencijos
Kadangi anglies pluošto naudojimas betone ir toliau vystosi, pastebimos kelios tendencijos. Problema: tvarumo problemos, susijusios su tradicinių anglies pluoštų gamyba, paskatino sukurti bio-anglies pluoštą iš atsinaujinančių šaltinių. Norint išspręsti šiuos kompromisus, svarbiausia yra tai, kad mokslininkai tiria hibridines sutvirtinimo sistemas, kuriose yra anglies pluošto su papildomais pluošto tipais (pvz., stiklu arba aramidu), kad būtų galima optimizuoti našumą ir optimizuoti sąnaudas, sukuriant optimizuotus derinius skirtingoms reikmėms.
Naujos pažangios gamybos technologijos yra tiesiogiai naudojamos surenkamojo anglies pluošto pramonėje, siekiant suteikti jiems pranašumų optimizuojant produktų gamybą ir dizaino kūrimą. Anglies pluoštas atitinka pažangius jutiklius, aukštąsias technologijas ir išmaniuosius fibroblastus kartu su pažangiais jutikliais, anglies pluoštas tampa naujovišku ateities betonu, leidžiančiu išmaniuoju betonu-savaime patvirtinti konstrukcijų būklę ir įspėti savininkus, kai viskas pasidaro blogai, kol jie tampa kritiški. Pirmaujančios pramonės grupės pradeda kurti anglies pluošto{4}}gelžbetonio projektavimo standartus ir kodus, kad būtų galima plačiai pritaikyti inžinieriams standartizuotas įgyvendinimo gaires.
Išvada
Anglies pluošto{0}}gelžbetonis yra revoliucinis žingsnis statybinių medžiagų technologijose. Dėl išskirtinio stiprumo-svorio ir{3}}svorio santykio, atsparumo korozijai ir ilgaamžiškumo tai tampa vis patrauklesne medžiaga naujoms statyboms ir esamų konstrukcijų rekonstrukcijai.
Nors išlieka didelių kliūčių, ypač susijusių su sąnaudomis, techninių žinių reikalavimais ir standartizavimu, automobilių pramonės perėjimas prie anglies pluošto sutvirtinimų ir daugiau dalių bei komponentų, naudojant daugiau pritaikymų, ilgainiui tampa ekonomiškai pagrįstas. Anglies pluoštas galiausiai vaidins daug svarbesnį vaidmenį kuriant tvarią, didelio našumo{1}}konstrukciją, nes technologija bręsta ir gamybos sąnaudos mažės.
Surenkamojo betono reikmėms anglies pluošto armatūra yra įtikinamas vertės pasiūlymas, leidžiantis gaminti lengvesnius, tvirtesnius, patvaresnius ir termiškai efektyvius komponentus. Nemanome, kad anglies pluoštas yra papildomas esamo betono patobulinimas; Projektai, pvz., „Carbonhaus“, ir komercinės sistemos, pvz., „Carboncast“, rodo, kad anglies pluoštas yra praktiškas sprendimas, turintis realią -naudą pasaulyje-, ir mes jį optimizavome.
