Textilní železobeton - Textile-reinforced concrete

Detail kusu železobetonu

Textilní železobeton je typ železobeton ve kterém obvyklé ocelové výztužné tyče jsou nahrazeny textil materiály. Namísto použití kovové klece uvnitř betonu používá tato technika látkovou klec uvnitř.

Přehled

Struktura ze skleněných vláken pro použití v textilním železobetonu

Materiály s vysokou pevnost v tahu se zanedbatelným prodloužení vlastnosti jsou zesíleny tkaný nebo netkané textilie látky. The vlákna používané k výrobě látky mají vysokou houževnatost Juta, Skleněné vlákno, Kevlar, Polypropylen, Polyamidy (Nylon) atd tkaní textilie se provádí buď svitkovým způsobem nebo vrstvovým způsobem. Roztavené materiály, keramický jíly, plasty nebo cementový beton se ukládají na základní tkaninu tak, že vnitřní tkanina je zcela obalena betonem nebo plastem.

V důsledku tohoto druhu konstrukce se výsledný beton stává pružným z vnitřní strany spolu s vysokou pevností poskytovanou vnějšími materiály. Při vytváření základní struktury mají přednost také různé netkané struktury. K výrobě spirálových textilií se používají speciální typy tkacích strojů a vrstvené textilie jsou obecně netkané.

Dějiny

První patenty

Počáteční tvorba textilního železobetonu (TRC) začala v 80. letech. Koncepty pro TRC pocházejí od Sächsisches Textiforschungs-institut e.V. STFI, německý institut zaměřený na textilní technologie.[1] První patent na design železobetonu, udělený v roce 1982, byl pro bezpečnostní předměty související s přepravou. Tyto předměty měly být speciálně vyztuženy jinými materiály než ocelí. V roce 1988 byl udělen patent na bezpečnostní bariéru, která jako svůj design používala lanovou výztuž. Tato výztuž byla vyrobena z betonového odpadu a textilu a pozoruhodné bylo inovativní uspořádání a velikost výztužných vláken uvnitř. Výztuž byla nastavena tak, aby bylo možné beton nalít, a velikost výztuže byla popsána pomocí průměru a velikosti ok.[2]

Betonové kánoe a textilní železobeton

V roce 1996 němečtí studenti univerzity vytvořili dva betonové kánoe pomocí textilní výztuže. Jedna loď využívala jako textilní výztuž sklo odolné vůči zásadám. K výrobě skla v textilii byl použit proces zvaný Malimo-technika, který udržoval sklo v jedné souvislé přízi, takže bylo možné jej použít k výrobě textilie. Druhá loď byla postavena s použitím tkaniny z uhlíkových vláken jako metody vyztužení. Lodě se účastnily závodu na betonové kánoi z roku 1996 v německých Drážďanech a toto bylo poprvé, co se do pozornosti veřejnosti dostalo železobetonu; lodě získaly ocenění za svůj design.[2]

Konstrukce

Při konstrukci TRC jsou důležité čtyři faktory, které zahrnují kvalitu betonu, interakci mezi textilií a betonem, množství použitých vláken a uspořádání textilní výztuže uvnitř betonu.[3]

Je třeba pečlivě zvolit velikost částic betonu. Pokud je beton příliš hrubý, nebude schopen pronikat textilní výztuží. Pro dosažení nejlepších výsledků by měl být použit čerstvý beton. Pro usnadnění adheze lze přidávat chemické přísady, které pomáhají vláknům ulpívat na betonu.[4]

Charakteristickými rysy TRC jsou jeho tenká struktura a tvárná povaha, stejně jako jeho schopnost udržet vysokou pevnost v tahu; je to způsobeno vyztužením v betonu, které používá dlouhá souvislá vlákna, která jsou tkaná v určitém směru, aby se zvýšila pevnost.[2] Výsledkem proměnlivé síly a vlastností potřebných k podpoře správného naložení je mnoho různých druhů přízí, textilních vazeb a tvarů, které lze v TRC použít. Textil začíná přízí, která je vyrobena z nekonečného vlákna buď vlákna nebo sponky. Příze je tkaná, pletená, lepená, pletená nebo je ponechána netkaná, v závislosti na potřebách projektu.[4] Uhlík, Sklo AR a čedič jsou obzvláště dobré materiály pro tento proces. Uhlík má dobrou pevnost v tahu a nízkou tepelnou roztažnost, ale je nákladný a má špatnou přilnavost k betonu. Čedič se tvoří tavením čedičové horniny; je nákladově efektivnější než uhlík a má dobrou pevnost v tahu. Nevýhodou čediče je jeho umístění do alkalického roztoku, jako je beton, ztrácí část svého objemu vláken, čímž snižuje jeho pevnost. To znamená, že musí být nanesen nanokompozitní polymerní povlak, aby se prodloužila životnost konstrukce. AR sklo má také tento problém, ale pozitiva použití skla AR ve struktuře TRC, včetně jeho přilnavosti k betonu a nízkých nákladů, tyto problémy převažují.[4]

Textilní železobeton je popsán jako kompozit pro zpevnění tahu. Kompozity zpevňující kmeny používají krátká výztuž z vláken, jako např příze vyrobený z uhlíkových vláken, pro zpevnění materiálu. Zpevnění kmene vyžaduje, aby byly výztuže a betonová matice obklopující výztuž pečlivě navrženy, aby se dosáhlo požadované pevnosti.[4] Textilie musí být během návrhu orientována správným směrem, aby zvládla hlavní zatížení a napětí, která se podle očekávání drží. Mezi typy vazeb, které lze použít k výrobě látek pro TRC, patří plátnová vazba, Leno vazba, osnovní pletené a 3D spacer.[3]

Dalším důležitým aspektem železobetonu je propustnost textilu. Zvláštní pozornost je třeba věnovat její struktuře, takže textilie je dostatečně otevřená pro protékání betonu, přičemž zůstává dostatečně stabilní, aby udržela svůj vlastní tvar, protože umístění výztuže je zásadní pro konečnou pevnost kusu. Textilní materiál musí mít také vysokou pevnost v tahu, vysoké prodloužení před přetržením a vyšší Youngův modul než beton kolem něj.[4]

Textil může být ručně položen do betonu nebo může být proces mechanizován, aby se zvýšila účinnost. Různé způsoby výroby textilního železobetonu se liší od tradičních forma práce obsazení, až do Pultruze. Při výrobě TRC pomocí odlévání musí být bednění zkonstruováno a textilní výztuž musí být předinstalována a připravena k nalití betonu. Poté, co je beton nalit a měl čas na vytvrzení, je bednění odstraněno odhalit strukturu. Dalším způsobem, jak vytvořit strukturu TRC, je ruční laminace. Podobně jako při odlévání musí být vytvořeno bednění pro uložení betonu a textilu; beton se poté rovnoměrně rozloží do tvarovky a poté se na ni položí textil. Nahoře se nalije více betonu a váleček se použije k zatlačení betonu do mezer v textilu; toto je dokončeno vrstvu po vrstvě, dokud struktura nedosáhne požadované velikosti. TRC lze také vytvořit pomocí Pultrusion. V tomto procesu se textilie protlačuje přes infiltrační komoru kejdy, kde je textilie pokryta a zalita betonem. Válečky vtlačují beton do textilu a získání požadovaného tvaru a velikosti může trvat několik válečků.[3]

Použití

Budova vyrobená z železobetonu

Využití textilních vyztužených materiálů, betonů se v dnešní době výrazně zvyšuje v kombinaci s věda o materiálech a textil technologie. Mosty, sloupy a silniční zábrany jsou připraveny kevlarovými nebo jutovými vyztuženými betony, aby odolaly vibracím, náhlým trhnutím a torze (mechanika). Použití železobetonové konstrukce v moderním světě vyplývá z rozsáhlé dostupnosti jejích složek - výztužné oceli i betonu. Železobeton téměř zapadá do všech forem, je extrémně všestranný, a proto se široce používá při stavbě budov, mostů atd. Hlavní nevýhodou RC je, že jeho ocelová výztuž je náchylná ke korozi. Beton je vysoce alkalický a na oceli vytváří pasivní vrstvu, která jej chrání proti korozi. Látky pronikající do betonu zvenčí (karbonizace) snižují v průběhu času alkality (depasivace), takže ocelová výztuž ztrácí svoji ochranu, což vede ke korozi. To vede k odlupování betonu, snížení stálosti konstrukce jako celku a v extrémních případech k porušení konstrukce.

Vzhledem k tenké, nákladově efektivní a lehké povaze železobetonového betonu lze z něj vytvořit mnoho různých typů konstrukčních prvků. Kontrola trhlin u TRC je mnohem lepší než u tradičního železobetonu; když praskne TRC, vytvoří několik malých trhlin, širokých mezi 50 a 100 nanometry. V některých případech se praskliny mohou samovolně hojit, protože 50 nanometrová trhlina je téměř stejně nepropustná jako neprasklý beton.[4] Díky těmto vlastnostem by byl TRC skvělým materiálem pro všechny různé typy architektonických a stavebních aplikací.

Textilní železobeton lze použít k vytvoření celých konstrukcí, jako jsou mosty a budovy, stejně jako velkých konstrukcí v prostředích se spoustou vody, například v dolech a na lodích.[4] Od roku 2018 nejsou zkušební postupy a schválení pro tyto struktury k dispozici, i když je v současné době možné je použít k vytvoření malých komponent, jako jsou panely. Fasádní panely by byly pohodlným použitím TRC, protože materiál je tenčí a lehčí než typické betonové stěny, a levnější alternativou k jiným možnostem. U mostů a stavebních profilů může TRC přidat na pevnosti a celkové konstrukci konstrukce.[4] TRC lze také použít k vytvoření nepravidelných tvarů s tvrdými hranami a může to být nový způsob, jak vylepšit styl a architektonické řešení moderních budov.[3][2]

Textilní železobeton lze také použít ke zpevnění, opravě nebo doplnění stávajících budov, a to buď na konstrukčním, nebo kosmetickém základě. Kromě toho by TRC mohlo být použito k zajištění ochranné vrstvy pro staré konstrukce nebo k dovybavení nových prvků starou konstrukcí z důvodu nedostatku koroze spojené s tímto mechanismem. Na rozdíl od oceli, která bude rezat, pokud se vytvoří trhlina, TRC nekoroduje a udrží si svou pevnost, i při malých trhlinách. Pokud se jako textilie použije tkanina z uhlíkových vláken, lze TRC použít k vytápění budov; uhlíkové vlákno je vodivý a lze jej použít k podpoře budovy ak jejímu vytápění.[2]

Aktuální příklady

Rozsáhlý textilní železobeton lze vidět v Německu na RWTH Aachen University, kde byl pavilon postaven pomocí textilní železobetonové střechy. Střecha byla navržena pomocí čtyř kusů TRC; každý kus byl tenký a dvojitě zakřivený ve tvaru hyperbolického paraboloidu. Tradiční betonový design by tuto konstrukci neumožňoval kvůli složitému bednění, které bylo nutné k vytvoření díla. RWTH Aachen University také použila textilní železobeton k vytvoření fasádních panelů na nové přístavbě přidané do budovy Ústavu konstrukčních betonů. Tato fasáda byla vyrobena ze skla AR a byla vyrobena mnohem lehčí a nákladově efektivnějším způsobem než tradiční fasáda z železobetonu nebo kamene. V roce 2010 pomohla RWTH Aachen University také navrhnout železobetonový most v německém Albstadtu s použitím skla AR jako výztuže; most je dlouhý přibližně 100 metrů a očekává se, že bude mít mnohem delší životnost než ocelový železobetonový most, který nahradil.[3]

Udržitelnost

Beton vyztužený textilem je obecně tenčí než tradiční železobeton. Typická konstrukce vyztužená ocelí má tloušťku 100 až 300 mm, zatímco konstrukce TRC má obvykle tloušťku 50 mm. TRC je mnohem tenčí díky extra ochranné vrstvě betonu, která není pro jeho konstrukci nutná. Díky této tenčí struktuře se používá méně materiálu, což pomáhá snížit cenu za použití betonu, protože se také snižuje množství potřebného betonu.[3] Vzhledem k tomu, že TRC lze použít k prodloužení životnosti stávajících struktur, snižuje náklady na materiál a lidskou sílu potřebnou k demolici těchto stávajících struktur, aby se vytvořily nové. Namísto nahrazení starých konstrukcí je nyní lze opravit, aby životům jejich stavby přidaly roky služby.[4]

Viz také

Reference

  1. ^ „The Institute - Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.“ www.stfi.de. Citováno 2018-12-11.
  2. ^ A b C d E Scheerer, Silke. „Textilní železobeton - od nápadu k vysoce výkonnému materiálu“ (PDF). Webdefy. Citováno 1. prosince 2018.
  3. ^ A b C d E F Simonsson, Ellen (2017). "Složité tvary s textilním železobetonem" (PDF). Chalmers. Citováno 7. prosince 2018.
  4. ^ A b C d E F G h i Alva, Peled; Bentur, Arnon; Mobasher, Barzin. Textilní železobeton (První vydání). Boca Raton, FL. ISBN  9781315119151. OCLC  993978342.