Tourné vers l'avenir: un nouveau matériau de construction - le béton de carbone

Kondratieva Tatyana

Bloc de béton de carbone

Les matériaux composites n'ont surpris ni constructeurs ni clients depuis longtemps. Tout le monde connaît leurs propriétés uniques, leur capacité à résister à des facteurs externes agressifs est bien meilleure que les matériaux traditionnels. Cependant, la vie ne s'arrête pas et chaque année de nouveaux développements apparaissent dans ce domaine.

L'un d'eux - charbon-béton - mérite d'être expliqué en détail. À propos de l'idée de sa création, des propriétés et des perspectives de mise en œuvre dans la construction.

Fibre de carbone

La fibre de carbone est un matériau connu depuis longtemps et très demandé dans divers domaines de la production industrielle. Mais assez cher.

Le processus de production de filaments de graphite consiste à chauffer en plusieurs étapes des fibres de polyacrylonitrile ou de viscose dans différents milieux jusqu'au stade de carbonisation. En conséquence, un matériau constitué de carbone pur apparaît.

Propriétés des fibres de carbone

L'épaisseur de la fibre de carbone n'est que de 5 à 10 microns, ce qui est plus mince qu'un cheveu humain. Il se compose de chaînes d'atomes de carbone disposées en réseau cristallin.

Structure cristalline des filaments de carbone

• Pour la production de fibres, les fils sont connectés en faisceaux pouvant contenir jusqu'à 50 000.
• Quelles propriétés du matériau ont attiré l'attention et permis de l'utiliser dans la fabrication de structures opérant dans les conditions de fonctionnement les plus difficiles?
• Tout d'abord, c'est une résistance à la traction unique. C'est quatre fois le même indicateur pour les meilleures nuances d'acier.

C'est intéressant. Pour casser une tige en fibre de carbone de 5 mm d'épaisseur, une force de 2500 kg est requise. Alors que la même tige en fonte s'effondrera à 150 kg.

La densité de la fibre de carbone est quatre fois inférieure à celle du même acier. En conséquence, le matériau pèse quatre fois moins.

Où utilise-t-on la fibre de carbone?

Les matériaux composites, dans lesquels la fibre de carbone est utilisée comme élément de renforcement, sont utilisés dans la construction de machines et d'avions, la production d'équipements sportifs et la construction.

Nous sommes intéressés par la construction, nous allons donc nous attarder sur ce domaine d'application:

• Ici, la fibre de carbone est la base des bandes de renforcement, des bandes et même des armatures composites pour les structures en béton.
• Les rubans et toiles en fils de graphite sont un matériau textile de tissage spécial imprégné de résines;
• Le renfort est des tiges de fibres de carbone imprégnées de liant polymère durci.

Pour référence. Pour assurer une adhérence fiable au béton, un revêtement de sable est appliqué à la surface des tiges ou des nervures saillantes sont formées.

La fibre de carbone a une résistance très élevée, donc avec son aide pour renforcer de nouvelles conceptions, ou rendre les caractéristiques perdues aux anciennes.

Poutres de travée de pont renforcées de tissu en fibre de carbone

Tout cela n'a rien à voir avec le béton de carbone. Mais ce sont les propriétés particulières de la fibre de carbone qui ont poussé les scientifiques allemands à penser à créer un nouveau matériau.

Qu'est-ce que le béton de charbon

Les scientifiques de l'Institut de construction monolithique de Dresde ont donc décidé de remplacer l'armature métallique du béton par de la fibre de carbone. Au contraire, le matériau textile obtenu à partir de celui-ci par tissage pour obtenir une structure en treillis spéciale.

En conséquence, ils ont reçu des matériaux qui dépassent littéralement à tous égards tous les types de béton connus aujourd'hui. Avec une résistance beaucoup plus grande et une densité plus faible.

Malgré l'apparente simplicité de l'invention, les chimistes y ont travaillé pendant plusieurs décennies, garantissant que les textiles en fibre de carbone adhèrent de manière fiable au mélange de béton. Pour ce faire, il est traité avec un revêtement spécial, dont la composition est toujours tenue secrète par le fabricant.

Technologies pour la production de produits en béton de carbone

Actuellement, deux méthodes de production de produits en béton de carbone ont été développées:

1. Un ensemble de couches. La technologie consiste à superposer du tissu textile sur du béton avec coulage ultérieur. C'est-à-dire que le textile est posé sur la couche de mélange, coulé avec une fine couche de béton, et ainsi de suite alternativement jusqu'à ce que l'épaisseur requise soit obtenue.
2. Verser dans le coffrage. La manière traditionnelle, dans laquelle l'armature en fibre de carbone est d'abord fixée dans le coffrage ou la forme, puis le mélange de béton est coulé.

Verser du béton dans le moule

Avantages matériels

Comparé au béton armé, le béton de carbone offre les avantages suivants:

• Il est beaucoup plus léger, ce qui facilite et accélère la construction;
• Le béton de charbon est plusieurs fois plus résistant;
• Il ne se fissure pas et l'armature à l'intérieur ne rouille pas, tandis que le béton armé commence à se détériorer avec le temps précisément pour cette raison.

Destruction d'une structure en béton armé

• En raison des deux derniers points, le béton de carbone est beaucoup plus durable et fiable que les analogues à armature métallique.

Le seul inconvénient du matériau est son coût élevé. Cependant, si nous tenons compte du fait que les structures qui en sont faites sont extrêmement durables et ne nécessitent pas de réparation et de reconstruction pendant de nombreuses années, ce moins est compensé par la durabilité du fonctionnement.

Applications possibles

À ce jour, les développeurs ont déjà trouvé une application pour ce matériau unique. Ils l'ont notamment utilisé pour reconstruire de vieux bâtiments de valeur historique dans deux villes allemandes. Sans leur aide, ces bâtiments devraient être démolis.

Un domaine d'application est la reconstruction de structures usées

À l'avenir, il est prévu d'utiliser du béton de carbone dans les nouvelles constructions. Une expérience sur la construction d'un pavillon de quatre mètres d'éléments complexes d'une épaisseur de 4 centimètres a déjà été menée. Il est impossible de construire un tel bâtiment à partir de béton armé et sa résistance requise ne différera pas.

Aujourd'hui encore, les scientifiques reçoivent des demandes du monde entier, dans lesquelles de nombreux bâtiments en béton armé nécessitent une reconstruction urgente. Ils espèrent, quant à eux, que dans dix ans, le rapport entre le béton de carbone et le béton armé utilisé dans la construction sera de 1: 4.