Текстильно-армированный бетон

Крупный план куска текстильно-армированного бетона

Текстильный железобетон – это разновидность железобетона , в котором обычная стальная арматура заменена текстильными материалами. Вместо использования металлической клетки внутри бетона в этом методе внутри нее используется тканевая клетка.

Обзор

Структура из стекловолокна для использования в бетоне, армированном текстилем.

Материалы с высокой прочностью на разрыв и незначительным удлинением армируют ткаными или неткаными материалами. Волокна , используемые для изготовления ткани, имеют высокую прочность, такие как джут , стекловолокно , кевлар , полипропилен , полиамиды (нейлон) и т. д. Ткачество ткани осуществляется либо рулонным, либо послойным способом. Расплавленные материалы, керамические глины, пластмассы или цементный бетон наносятся на базовую ткань таким образом, что внутренняя ткань полностью покрывается бетоном или пластиком.

В результате такой структуры полученный бетон становится гибким с внутренней стороны и обладает высокой прочностью, обеспечиваемой внешними материалами. Различные нетканые структуры также имеют приоритет при формировании базовой структуры. Для формирования спиральных тканей используются специальные типы ткацких станков, а многослойные ткани обычно являются неткаными.

История

Первые патенты

Первоначальное создание текстильного железобетона (ТРК) началось в 1980-х годах. Идея TRC была разработана Sächsisches Textiforschungs-institut eV STFI, немецким институтом, специализирующимся на текстильных технологиях. ^{[ 1 ]} Первый патент на конструкцию текстильного железобетона, выданный в 1982 году, касался элементов безопасности, связанных с транспортировкой. Эти предметы специально предназначались для усиления другими материалами, кроме стали. В 1988 году был выдан патент на барьер безопасности, в конструкции которого использовалась веревочная арматура. Эта арматура была изготовлена из бетонных отходов и текстиля, и отличалась инновационным расположением и размером армирующих волокон внутри. Арматура была установлена так, чтобы можно было заливать бетон, а размер арматуры описывался с использованием диаметра и размера ячейки. ^{[ 2 ]}

Бетонное каноэ и текстильный железобетон

В 1996 году студенты немецкого университета построили два бетонных каноэ, используя текстильное армирование. В одной лодке в качестве текстильного армирования использовалось щелочестойкое стекло. Для изготовления стекла в ткани использовался процесс под названием Малимо -техника, позволяющий удерживать стекло в одной непрерывной нити, чтобы его можно было использовать для изготовления ткани. Другая лодка была построена с использованием ткани из углеродного волокна в качестве метода усиления. Лодки участвовали в регате на бетонных каноэ в 1996 году в Дрездене, Германия, и это был первый случай, когда бетон, армированный текстилем, был привлечен к общественному вниманию; лодки получили награду за свою конструкцию. ^{[ 2 ]}

Строительство

При строительстве TRC важны четыре фактора: качество бетона, взаимодействие текстиля и бетона, количество используемых волокон и расположение текстильной арматуры внутри бетона. ^{[ 3 ]}

Размер частиц бетона необходимо тщательно выбирать. Если бетон слишком крупный, он не сможет проникнуть сквозь текстильную арматуру. Для достижения наилучших результатов следует использовать свежий бетон. Чтобы улучшить адгезию, можно добавить химические добавки, которые помогут волокнам прилипнуть к бетону. ^{[ 4 ]}

Характерными особенностями TRC являются его тонкая структура и пластичность, а также способность сохранять высокую прочность на разрыв; это связано с армированием бетона, в котором используются длинные непрерывные волокна, сплетенные в определенном направлении для придания прочности. ^{[ 2 ]} В результате различной прочности и свойств, необходимых для поддержания правильной нагрузки, в TRC можно использовать множество различных типов пряжи, текстильных переплетений и форм. Текстиль начинается с пряжи, состоящей из непрерывных нитей или скоб . Пряжа тканая, трикотажная, склеенная, сплетенная или оставленная нетканой, в зависимости от потребностей проекта. ^{[ 4 ]} углерод , AR-стекло и базальт Особенно хорошими материалами для этого процесса являются . Углерод имеет хорошую прочность на разрыв и низкое тепловое расширение, но он дорог и имеет плохую адгезию к бетону. Базальт образуется в результате плавления базальтовой породы; он более экономичен, чем углерод, и имеет хорошую прочность на разрыв. Недостаток базальта в том, что при помещении его в раствор щелочи, например в бетон, он теряет часть объема волокон, тем самым снижая свою прочность. Это означает, что для увеличения долговечности конструкции необходимо нанести нанокомпозитное полимерное покрытие. AR-стекло также имеет эту проблему, но положительные стороны использования AR-стекла в конструкции TRC, включая его адгезию к бетону и низкую стоимость, перевешивают эти проблемы. ^{[ 4 ]}

Бетон, армированный текстилем, относится к деформационно-твердеющим композитам. используются короткие волокна, такие как пряжа В деформационно-упрочняющихся композитах для усиления материала из углеродного волокна. Деформационное упрочнение требует тщательного проектирования арматуры и бетонной матрицы, окружающей арматуру, для достижения желаемой прочности. ^{[ 4 ]} Во время проектирования ткань должна быть ориентирована в правильном направлении, чтобы выдержать основную нагрузку и напряжения, которые она должна выдерживать. Типы переплетения, которые можно использовать для изготовления тканей для TRC, включают полотняное переплетение , переплетение перевивочного переплетения , основовязальное переплетение и трехмерное переплетение. ^{[ 3 ]}

Еще одним важным аспектом текстильно-армированного бетона является проницаемость текстиля. Особое внимание необходимо уделить его структуре, чтобы ткань была достаточно открытой для прохождения бетона, но при этом оставалась достаточно стабильной, чтобы сохранять свою форму, поскольку размещение арматуры жизненно важно для окончательной прочности детали. Текстильный материал также должен иметь высокую прочность на разрыв, высокое удлинение перед разрывом и более высокий модуль Юнга , чем окружающий его бетон. ^{[ 4 ]}

Текстиль можно укладывать в бетон вручную или процесс можно механизировать для повышения эффективности. Различные способы создания текстильно-армированного бетона варьируются от традиционных опалубочных форм до пултрузии . При изготовлении ТРК методом литья необходимо соорудить опалубку, а текстильную арматуру предварительно установить и подготовить к заливке бетона. После того как бетон залит и успел затвердеть, опалубку снимают, чтобы раскрыть структуру. Еще один способ создания конструкции ТРК – ламинирование вручную. Подобно отливке, необходимо создать опалубку для размещения бетона и текстиля; Затем бетон равномерно распределяется по опалубке, а сверху укладывается текстиль. Сверху заливается еще больше бетона, и с помощью валика бетон вдавливается в пустоты в текстиле; это выполняется слой за слоем, пока структура не достигнет необходимого размера. TRC также может быть создан с помощью Pultrusion. В этом процессе текстиль проталкивается через камеру для инфильтрации суспензии, где текстиль покрывается и заливается бетоном. Валики вдавливают бетон в ткань, и для получения желаемой формы и размера может потребоваться валик нескольких размеров. ^{[ 3 ]}

Использование

Использование текстильных армированных материалов и бетонов в наши дни значительно расширяется в сочетании с материаловедением и текстильными технологиями. Мосты, опоры и дорожные ограждения изготовлены из кевларового или джутового армированного бетона, чтобы противостоять вибрациям, внезапным рывкам и кручению (механика) . Использование железобетонных конструкций в современном мире обусловлено обширным доступность его ингредиентов – как арматурной стали, так и бетона. Железобетон подходит почти во всех формах, он чрезвычайно универсален и поэтому широко используется при строительстве зданий, мостов и т. д. Основным недостатком железобетона является то, что его стальная арматура склонна к коррозии. Бетон обладает высокой щелочностью и образует пассивный слой на стали, защищая ее. против коррозии. Вещества, проникающие в бетон снаружи (карбонизация), со временем снижают щелочность (депассивация), в результате чего стальная арматура теряет свою защиту. что приводит к коррозии. Это приводит к растрескиванию бетона, что снижает долговечность бетона. конструкции в целом и в крайних случаях приводит к разрушению конструкции.

Благодаря тонкости, экономичности и легкости бетона, армированного текстилем, его можно использовать для создания множества различных типов конструктивных элементов. Защита от растрескивания TRC намного лучше, чем у традиционного железобетона; когда TRC трескается, образуется множество небольших трещин шириной от 50 до 100 нанометров. В некоторых случаях трещины могут самозарастать, поскольку трещина размером 50 нанометров почти так же непроницаема, как и бетон без трещин. ^{[ 4 ]} Благодаря этим свойствам TRC может стать отличным материалом для всех типов архитектурного и гражданского строительства.

Бетон, армированный текстилем, можно использовать для создания полноценных конструкций, таких как мосты и здания, а также крупных конструкций в средах с большим количеством воды, например, в шахтах и лодочных причалах. ^{[ 4 ]} По состоянию на 2018 год процедуры испытаний и одобрения этих конструкций отсутствуют, хотя в настоящее время их можно использовать для создания небольших компонентов, например панелей. Фасадные панели могут быть удобным использованием TRC, поскольку материал тоньше и легче, чем обычные бетонные стены, и являются более дешевой альтернативой другим вариантам. Что касается мостов и строительных профилей, TRC может повысить прочность и общий дизайн конструкции. ^{[ 4 ]} TRC также можно использовать для создания неправильных форм с резкими краями и может стать новым способом улучшить стиль и архитектурный дизайн современных зданий. ^{[ 3 ]}^{[ 2 ]}

Бетон, армированный текстилем, также можно использовать для усиления, ремонта или дополнения к существующим зданиям как в структурном, так и в косметическом отношении. Кроме того, TRC можно использовать для создания защитного слоя для старых конструкций или для модернизации старых элементов из-за отсутствия коррозии , связанной с этим механизмом. В отличие от стали, которая ржавеет при образовании трещины, TRC не подвергается коррозии и сохраняет прочность даже при небольших трещинах. Если в качестве текстиля используется ткань из углеродного волокна, TRC можно использовать для обогрева зданий; Углеродное волокно является проводящим и может использоваться для поддержки здания, а также для его обогрева. ^{[ 2 ]}

Текущие примеры

Крупномасштабный бетон, армированный текстилем, можно увидеть в Германии, в RWTH Ахенском университете , где был построен павильон с крышей из бетона, армированного текстилем. Крыша была спроектирована с использованием четырех частей TRC; каждая деталь была тонкой и дважды изогнутой в форме гиперболического параболоида. Традиционный бетонный дизайн не позволил бы создать эту конструкцию из-за сложной опалубки, необходимой для создания изделия. RWTH Ахенский университет также использовал текстильно-армированный бетон для создания фасадных панелей на новой пристройке к зданию Института структурного бетона. Этот фасад был изготовлен с использованием AR-стекла, гораздо легче и экономичнее, чем традиционный фасад из железобетона или камня. В 2010 году RWTH Ахенский университет также помог спроектировать мост из текстильного железобетона в Альбштадте, Германия, с использованием AR-стекла в качестве армирования; Длина моста составляет около 100 метров, и ожидается, что он будет иметь гораздо более длительный срок службы, чем стальной железобетонный мост, который он заменил. ^{[ 3 ]}

Устойчивое развитие

Бетон, армированный текстилем, обычно тоньше традиционного железобетона. Типичная армированная сталью конструкция имеет толщину от 100 до 300 мм, тогда как конструкция TRC обычно имеет толщину 50 мм. TRC значительно тоньше за счет дополнительного защитного слоя бетона, который не нужен для его конструкции. Благодаря более тонкой структуре используется меньше материала, что помогает снизить стоимость использования бетона, поскольку уменьшается и необходимое количество бетона. ^{[ 3 ]} Поскольку TRC можно использовать для продления срока службы существующих конструкций, это сокращает затраты на материалы и рабочую силу, необходимые для сноса существующих конструкций и создания новых. Вместо замены старых конструкций теперь их можно отремонтировать, чтобы продлить срок службы конструкции на долгие годы. ^{[ 4 ]}

См. также

Ссылки

^ «Институт – Саксонский научно-исследовательский институт текстиля eV www.stfi.de. » Проверено 11 декабря 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Ширер, Силке. «Текстильный армирующий бетон — от идеи до высокоэффективного материала» (PDF) . Вебдефи . Проверено 1 декабря 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Симонссон, Эллен (2017). «Сложные формы с текстильным железобетоном» (PDF) . Чалмерс . Проверено 7 декабря 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Альва, Пелед; Бентур, Арнон; Мобашер, Барзин. Текстильный железобетон (Первое изд.). Бока-Ратон, Флорида. ISBN 9781315119151 . OCLC 993978342 .

[:3-1] «Институт – Саксонский научно-исследовательский институт текстиля eV www.stfi.de. » Проверено 11 декабря 2018 г.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Ширер, Силке. «Текстильный армирующий бетон — от идеи до высокоэффективного материала» (PDF) . Вебдефи . Проверено 1 декабря 2018 г.

[:2-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Симонссон, Эллен (2017). «Сложные формы с текстильным железобетоном» (PDF) . Чалмерс . Проверено 7 декабря 2018 г.

[:1-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Альва, Пелед; Бентур, Арнон; Мобашер, Барзин. Текстильный железобетон (Первое изд.). Бока-Ратон, Флорида. ISBN 9781315119151 . OCLC 993978342 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]