التطلع إلى المستقبل: مادة بناء جديدة - خرسانة كربون

Kondratieva Tatyana

كتلة خرسانية كربونية

لم تفاجأ المواد المركبة بالبناة أو العملاء لفترة طويلة. يعلم الجميع عن خصائصهم الفريدة ، وقدرتهم على تحمل العوامل الخارجية العدوانية أفضل بكثير من المواد التقليدية. ومع ذلك ، فإن الحياة لا تتوقف ، وتظهر كل عام تطورات جديدة في هذا المجال.

واحد منهم - خرسانة الفحم - يستحق أن نخبره بالتفصيل. حول فكرة إنشائها وخصائصها وآفاق تنفيذها في البناء.

ألياف كربونيه

ألياف الكربون هي مادة معروفة منذ وقت طويل وهي مطلوبة بشكل كبير في مختلف مجالات الإنتاج الصناعي. لكن مكلفة للغاية.

تتكون عملية إنتاج خيوط الجرافيت من تسخين متعدد المراحل لألياف بولي أكريلونيتريل أو فيسكوز في وسائط مختلفة إلى مرحلة الكربنة. ونتيجة لذلك ، تظهر مادة تتكون من الكربون النقي.

خصائص ألياف الكربون

سمك ألياف الكربون هو 5-10 ميكرون فقط ، وهو أرق من شعر الإنسان. يتكون من سلاسل ذرات كربون مرتبة في شبكة بلورية.

التركيب البلوري لشعيرات الكربون

• لإنتاج الألياف ، يتم توصيل الخيوط بحزم يمكن أن يصل عددها إلى 50000.
• ما هي خصائص المواد التي جذبت الانتباه وسمحت باستخدامها في تصنيع الهياكل التي تعمل في أصعب ظروف التشغيل؟
• بادئ ذي بدء ، إنها قوة شد فريدة من نوعها. وهو أربعة أضعاف نفس المؤشر لأفضل درجات الصلب.

إنه مثير للاهتمام. لكسر قضيب من ألياف الكربون بسمك 5 مم ، يلزم قوة 2500 كجم. في حين أن نفس قضيب الحديد الزهر سوف ينهار عند 150 كجم.

كثافة ألياف الكربون أقل أربع مرات من نفس الفولاذ. وفقا لذلك ، تزن المادة أربع مرات أقل.

أين يتم استخدام ألياف الكربون؟

يتم استخدام المواد المركبة ، التي تستخدم فيها ألياف الكربون كعنصر تقوية ، في بناء الآلات والطائرات ، وإنتاج المعدات الرياضية ، والبناء.

نحن مهتمون بالبناء ، لذلك دعونا نتحدث عن هذا المجال من التطبيق:

• هنا ، ألياف الكربون هي الأساس لتقوية الأشرطة والشبكات وحتى التعزيز المركب للهياكل الخرسانية.
• شرائط وألواح مصنوعة من خيوط الجرافيت هي مادة نسجية خاصة منسوجة مشربة بالراتنجات ؛
• التعزيز هو قضبان من ألياف الكربون مشربة بموثق بوليمر مقوى.

كمرجع. لضمان التصاق موثوق به للخرسانة ، يتم تطبيق طلاء رملي على سطح القضبان أو يتم تشكيل ضلوع بارزة.

تتميز ألياف الكربون بقوة عالية جدًا ، لذا فهي تساعد على تعزيز التصميمات الجديدة ، أو إعادة الخصائص المفقودة إلى القديمة.

عوارض تمتد على الجسر معززة بنسيج ألياف الكربون

كل هذا لا علاقة له بالخرسانة الكربونية. لكن الخصائص الخاصة بألياف الكربون هي التي دفعت العلماء الألمان إلى التفكير في إنشاء مادة جديدة.

ما هو خرسانة الفحم

لذلك ، قرر علماء من معهد دريسدن للبناء المتآلف استبدال التعزيز المعدني في الخرسانة بألياف الكربون. بدلاً من ذلك ، يتم الحصول على المواد النسيجية منها عن طريق النسيج للحصول على بنية شبكية خاصة.

ونتيجة لذلك ، حصلوا على مواد تتجاوز حرفيا من جميع النواحي جميع أنواع الخرسانة المعروفة اليوم. مع قوة أكبر بكثير وجاذبية نوعية أقل.

على الرغم من البساطة الواضحة للاختراع ، عمل علماء الكيمياء عليه لعدة عقود ، لضمان أن منسوجات ألياف الكربون تلتصق بشكل موثوق بمزيج الخرسانة. للقيام بذلك ، يتم معالجته بطبقة خاصة ، والتي لا تزال الشركة المصنعة لها سرية.

تقنيات إنتاج منتجات الخرسانة الكربونية

حاليا ، تم تطوير طريقتين لإنتاج منتجات الخرسانة الكربونية:

1. مجموعة من الطبقات. تتكون التقنية من طبقات نسيج منسوج على الخرسانة مع سكب لاحق. أي ، يتم وضع النسيج على طبقة الخليط ، ويتم سكبه بطبقة رقيقة من الخرسانة ، وهكذا بالتناوب حتى يتم الحصول على السماكة المطلوبة.
2. صب في القوالب. الطريقة التقليدية ، التي يتم فيها تثبيت تقوية ألياف الكربون أولاً في القوالب أو الشكل ، ثم يسكب خليط الخرسانة.

صب الخرسانة في القالب

الفوائد المادية

عند المقارنة بالخرسانة المسلحة ، فإن الخرسانة الكربونية تعطي المزايا التالية:

• إنه أخف بكثير ، مما يسهل ويسرع البناء ؛
• خرسانة الفحم أقوى عدة مرات.
• لا يتصدع ، ولا يصدأ التعزيز الداخلي ، بينما تبدأ الخرسانة المسلحة في التدهور بمرور الوقت لهذا السبب.

تدمير هيكل خرساني مقوى

• نتيجة للنقطتين الأخيرتين ، فإن الخرسانة الكربونية أكثر متانة وموثوقية من نظائرها مع التعزيز المعدني.

ناقص المادة الوحيد هو تكلفته العالية. ومع ذلك ، إذا أخذنا في الاعتبار أن الهياكل المصنوعة منه متينة للغاية ولا تتطلب الإصلاح وإعادة البناء لسنوات عديدة ، فإن هذا السالب يتم تعويضه من خلال متانة العملية.

التطبيقات الممكنة

حتى الآن ، وجد المطورون بالفعل تطبيقًا لهذه المادة الفريدة. على وجه الخصوص ، استخدموه لإعادة بناء المباني القديمة ذات القيمة التاريخية في مدينتين ألمانيتين. بدون مساعدتهم ، يجب هدم هذه المباني.

أحد مجالات التطبيق هو إعادة بناء الهياكل البالية

في المستقبل ، من المخطط استخدام الخرسانة الكربونية في البناء الجديد. وقد أجريت بالفعل تجربة لبناء جناح يبلغ طوله أربعة أمتار من العناصر المعقدة بسماكة 4 سم. من المستحيل بناء مثل هذا المبنى من الخرسانة المسلحة ، ولن يختلف في القوة المطلوبة.

يتلقى العلماء حتى اليوم طلبات من جميع أنحاء العالم ، حيث تحتاج العديد من المباني الخرسانية المسلحة إلى إعادة بناء عاجلة. وهم يأملون بدورهم أن تكون نسبة الخرسانة الكربونية والخرسانة المسلحة المستخدمة في البناء في غضون عشر سنوات 1: 4.