De cara al futur: un nou material de construcció: formigó carboni

Kondratieva Tatyana

Bloc de formigó de carboni

Els materials compostos no ens han sorprès els constructors ni els clients durant molt de temps. Tothom sap de les seves propietats úniques, la seva capacitat de suportar factors externs agressius és molt millor que els materials tradicionals. Tot i això, la vida no s’atura, i cada any apareixen novetats en aquest àmbit.

Una d’elles –el formigó de carbó– val la pena explicar-ne en detall. Sobre la idea de la seva creació, propietats i perspectives d’implementació en la construcció.

Fibra de carboni

La fibra de carboni és un material conegut des de fa temps i amb una gran demanda en diversos camps de la producció industrial. Però bastant car.

El procés de producció de filaments de grafit consisteix en un escalfament en múltiples etapes de fibres de poliacrilonitril o viscosa en diferents medis fins a l'estadi de carbonització. Com a resultat, apareix un material format per carboni pur.

Propietats de la fibra de carboni

El gruix de la fibra de carboni només és de 5-10 micres, que és més prim que un pèl humà. Consta de cadenes d’àtoms de carboni disposats en una gelosia de cristall.

Estructura cristal·lina dels filaments de carboni

• Per a la producció de fibres, els fils es connecten en feixos en els quals hi pot haver fins a 50.000.
• Quines propietats del material van cridar l’atenció i van permetre utilitzar-lo en la fabricació d’estructures que funcionen en les condicions de funcionament més difícils?
• En primer lloc, és una resistència a la tracció única. És quatre vegades el mateix indicador per a les millors notes d'acer.

És interessant. Per trencar una barra de fibra de carboni de 5 mm de gruix, cal una força de 2.500 kg. Mentre que la mateixa barra de ferro colat s’enfonsarà a 150 kg.

La densitat de fibra de carboni és quatre vegades inferior a la del mateix acer. Per tant, el material pesa quatre vegades menys.

On s’utilitza fibra de carboni?

Els materials compostos, en què s'utilitza fibra de carboni com a element de reforç, s'utilitzen en l'edificació de màquines i aeronaus, la producció d'equips esportius i la construcció.

Ens interessa la construcció, per tant, convidem en aquest àmbit d’aplicació:

• Aquí, la fibra de carboni és la base per reforçar cintes, teixits i fins i tot un reforç compost per a estructures de formigó.
• Les cintes i els llenços de fil de grafit són un material tèxtil especial teixit impregnat de resines;
• El reforç és barres de fibres de carboni impregnades amb aglomerant polímer endurit.

Per referència. Per garantir l’adherència fiable al formigó, s’aplica un recobriment de sorra a la superfície de les varetes o es formen costelles sobresortint.

La fibra de carboni té una resistència molt elevada, de manera que amb la seva ajuda reforça els nous dissenys o retorna les característiques perdudes a les antigues.

Bigues de pont reforçades amb teixit de fibra de carboni

Tot això té poc a veure amb el formigó de carboni. Però les propietats especials de la fibra de carboni van impulsar els científics alemanys a pensar en crear un nou material.

Què és el formigó de carbó

Així doncs, científics de l’Institut de Construcció Monolítica de Dresden van decidir substituir el reforç metàl·lic en formigó per fibra de carboni. Més aviat, el material tèxtil que se n’obté mitjançant el teixit per obtenir una estructura especial de gelosia.

Com a resultat, van rebre material que, literalment, sobrepassa tots els tipus de formigó conegut avui en dia. Amb força més gran i menor gravetat específica.

Malgrat l’aparent simplicitat de la invenció, els científics químics hi van treballar durant diverses dècades, garantint que els tèxtils de fibra de carboni s’adhereixin de forma fiable a la barreja de formigó. Per fer-ho, es tracta amb un revestiment especial, la composició del qual encara es manté en secret pel fabricant.

Tecnologies per a la producció de productes de formigó en carboni

Actualment, s’han desenvolupat dos mètodes per a la producció de productes de formigó carboni:

1. Un conjunt de capes. La tecnologia consisteix a posar capes tèxtils sobre formigó amb posterior abocament. És a dir, els tèxtils es posen sobre la capa de barreja, s’aboca amb una fina capa de formigó, etc., alternativament fins a obtenir el gruix necessari.
2. Abocament a l’encofrat. La forma tradicional és que en l’encofrat o forma, primer es fixa el reforç de fibra de carboni, després s’aboca la barreja de formigó.

Abocar el formigó al motlle

Beneficis materials

Si es compara amb el formigó armat, el formigó en carboni presenta els avantatges següents:

• És molt més lleuger, cosa que facilita i accelera la construcció;
• El formigó de carbó és diverses vegades més fort;
• No s’esquerda i el reforç al seu interior no s’oxida, mentre que el formigó armat comença a deteriorar-se amb el pas del temps precisament per aquest motiu.

Destrucció d'una estructura de formigó armat

• Com a conseqüència dels dos últims punts, el formigó en carboni és molt més durador i fiable que els anàlegs amb reforç metàl·lic.

L’únic menys del material és el seu elevat cost. Tanmateix, si tenim en compte que les estructures realitzades són extremadament duradores i no requereixen reparació i reconstrucció durant molts anys, aquest minús es compensa amb la durabilitat del funcionament.

Aplicacions possibles

Fins a la data, els desenvolupadors ja han trobat l'aplicació d'aquest material únic. En concret, la van utilitzar per reconstruir edificis antics de valor històric a dues ciutats alemanyes. Sense la seva ajuda, aquests edificis haurien de ser enderrocats.

Un dels àmbits d’aplicació és la reconstrucció d’estructures desgastades

En el futur, es preveu utilitzar formigó de carboni en les noves construccions. Ja s’ha realitzat un experiment sobre la construcció d’un pavelló de quatre metres d’elements complexos amb un gruix de 4 centímetres. És impossible construir aquest edifici a partir de formigó armat, i no diferirà en la força requerida.

Avui mateix, els científics reben peticions de tot el món, en què molts edificis de formigó armat necessiten una reconstrucció urgent. Al seu torn, esperen que d’aquí a deu anys la proporció de formigó carboni i formigó armat utilitzat a la construcció sigui d’1: 4.