Textilarmerad betong
Textilarmerad betong är en typ av armerad betong där de vanliga stålarmeringsjärnen ersätts med textila material. Istället för att använda en metallbur inuti betongen, använder denna teknik en tygbur inuti densamma.
Översikt
Material med hög draghållfasthet med försumbara töjningsegenskaper är förstärkta med vävda eller fiberdukar . De fibrer som används för att göra tyget är av hög seghet som jute , glasfiber , Kevlar , polypropen , polyamider (Nylon) etc. Vävningen av tyget görs antingen på ett spiralform eller i ett lager. Smälta material, keramiska leror, plaster eller cementbetong avsätts på basväven på ett sådant sätt att innerväven är helt inlindad med betongen eller plasten.
Som ett resultat av denna typ av struktur blir den resulterande betongen flexibel från insidan tillsammans med hög hållfasthet som tillhandahålls av de yttre materialen. Olika nonwoven-strukturer får också prioritet för att bilda basstrukturen. Speciella typer av vävmaskiner används för att forma spiraltyger och skikttyger är vanligtvis ovävda.
Historia
Första patenten
Den första skapandet av textilarmerad betong (TRC) började på 1980-talet. Koncept för TRC härrörde från Sächsisches Textiforschungs-institut eV STFI, ett tyskt institut med fokus på textilteknologi. Det första patentet för design av textilarmerad betong, beviljat 1982, gällde transportrelaterade säkerhetsartiklar. Dessa föremål var specifikt avsedda att förstärkas med andra material än stål. 1988 tilldelades ett patent för en säkerhetsbarriär som använde en repliknande förstärkning som design. Denna förstärkning gjordes av betongavfall och textilier, och det innovativa arrangemanget och storleken på armeringsfibrerna inuti var anmärkningsvärd. Armeringarna sattes på plats så att betongen kunde hällas i och armeringens storlek beskrevs med hjälp av diameter och maskstorlek.
Betongkanot och textilarmerad betong
1996 skapade tyska universitetsstudenter två betongkanoter med textilförstärkning. En båt använde alkalibeständigt glas som textilförstärkning. För att tillverka glaset i ett tyg användes en process som kallas Malimo -teknik för att hålla glaset i ett sammanhängande garn, så att det kunde användas för att tillverka tyget. Den andra båten konstruerades med kolfibertyg som förstärkningsmetod. Båtarna tävlade i 1996 Concrete Canoe Regatta i Dresden, Tyskland, och detta var första gången som textilarmerad betong fick allmänhetens uppmärksamhet; båtarna fick pris för sin design.
Konstruktion
Fyra faktorer är viktiga vid konstruktion av TRC, vilka inkluderar betongens kvalitet, samspelet mellan textilen och betongen, mängden fibrer som används och arrangemanget av textilarmeringen inuti betongen.
Betongens partikelstorlek måste väljas noggrant. Om betongen är för grov kommer den inte att kunna tränga igenom textilarmeringen. För bästa resultat bör färsk betong användas. För att underlätta vidhäftningen kan kemiska tillsatser tillsättas för att hjälpa fibrerna att fästa vid betongen.
De karakteristiska egenskaperna hos TRC är dess tunna struktur och formbara natur, samt dess förmåga att bibehålla en hög draghållfasthet; detta beror på armering i betongen som använder långa kontinuerliga fibrer som vävs i en specifik riktning för att öka styrkan. Som ett resultat av den varierande styrka och egenskaper som krävs för att stödja korrekt belastning, finns det många olika typer av garn, textilväv och former som kan användas i TRC. Textilen börjar med ett garn som är gjort av en sammanhängande tråd av antingen filament eller häftklamrar . Garnet är vävt, stickat, limmat, flätat eller lämnas ovävt beroende på projektets behov. Kol , AR-glas och basalt är särskilt bra material för denna process. Kol har god draghållfasthet och låg värmeexpansion, men är kostsamt och har dålig vidhäftning till betong. Basalt bildas genom att smälta basaltsten; det är mer kostnadseffektivt än kol och har en bra draghållfasthet. Nackdelen med basalt är att när den placeras i en alkalilösning, såsom betong, förlorar den en del av sin volym av fibrer, vilket minskar dess styrka. Detta innebär att en nanokompositpolymerbeläggning måste appliceras för att öka konstruktionens livslängd. AR-glas har också detta problem, men de positiva fördelarna med att använda AR-glas i TRC-struktur, inklusive dess vidhäftning till betong och låg kostnad, uppväger dessa problem.
Textilarmerad betong beskrivs som en töjningshärdande komposit. Töjningshärdande kompositer använder korta fiberförstärkningar, såsom garn tillverkat av kolfiber, för att stärka ett material. Töjningshärdning kräver att armeringarna och betongmatrisen som omger armeringen utformas noggrant för att uppnå önskad hållfasthet. Textilen måste vara orienterad i rätt riktning under designen för att klara den huvudbelastning och påfrestningar den förväntas hålla. Typer av väv som kan användas för att göra tyger för TRC inkluderar slätväv , Lenoväv , varpstickad och 3D-distans.
En annan viktig aspekt av textilarmerad betong är textilens permeabilitet. Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt dess struktur, så att textilen är tillräckligt öppen för att betongen ska flyta igenom, samtidigt som den förblir tillräckligt stabil för att hålla sin egen form, eftersom placeringen av armeringen är avgörande för den slutliga hållfastheten hos stycket. Textilmaterialet måste också ha hög draghållfasthet, hög töjning före brott och högre Young's Modulus än betongen som omger det.
Textilen kan läggas för hand i betongen eller så kan processen mekaniseras för att öka effektiviteten. Olika sätt att skapa textilarmerad betong varierar från traditionella formgjutningar , hela vägen till Pultrusion . Vid tillverkning av TRC med gjutning ska formen vara konstruerad, och textilarmeringen ska vara förinstallerad och klar för betong att gjutas i. Efter att betongen har gjutits och hunnit härda tas formen bort till avslöja strukturen. Ett annat sätt att skapa en TRC-struktur är laminering för hand. I likhet med gjutning måste en formsättning skapas för att inrymma betong och textil; betong sprids sedan jämnt i formen och sedan läggs textilen ovanpå. Mer betong hälls ovanpå, och en rulle används för att trycka in betongen i utrymmena i textilen; detta görs lager efter lager, tills strukturen når sin önskade storlek. TRC kan också skapas av Pultrusion. I denna process trycks en textil genom en slurryinfiltrationskammare, där textilen täcks och bäddas in med betong. Rullar klämmer in betongen i textilen och det kan krävas rullar i flera storlekar för att få önskad form och storlek.
Används
Användningen av textilarmerade material, betong ökar kraftigt i modern tid i kombination med materialvetenskap och textilteknik . Broar, pelare och vägskydd är förberedda av kevlar- eller jutearmerad betong för att motstå vibrationer, plötsliga ryck och vridning (mekanik) . Användningen av armerad betongkonstruktion i den moderna världen beror på den omfattande tillgången på dess ingredienser – armeringsstål såväl som betong. Armerad betong passar nästan i alla former, är extremt mångsidig och används därför i stor utsträckning vid konstruktion av byggnader, broar etc. Den stora nackdelen med RC är att dess stålarmering är utsatt för korrosion. Betong är mycket alkaliskt och bildar ett passivt lager på stål som skyddar mot korrosion. Ämnen som tränger in i betongen utifrån (karbonisering) sänker alkaliniteten med tiden (depassivering), vilket gör att stålarmeringen tappar sitt skydd vilket resulterar i korrosion. Detta leder till att betongen spjälkas, vilket minskar strukturens beständighet som helhet och leder till strukturella fel i extrema fall.
På grund av den tunna, kostnadseffektiva och lätta karaktären hos textilarmerad betong kan den användas för att skapa många olika typer av strukturella komponenter. Sprickkontrollen av TRC är mycket bättre än den traditionella stålarmerad betong; När TRC spricker skapar det flera små sprickor, mellan 50 och 100 nanometer breda. I vissa fall kan sprickorna självläka, eftersom en 50 nanometer spricka är nästan lika ogenomtränglig som en icke-sprucken betong. På grund av dessa egenskaper skulle TRC vara ett utmärkt material för alla olika typer av arkitektoniska och anläggningstillämpningar.
Textilarmerad betong kan användas för att skapa hela strukturer, som broar och byggnader, samt stora strukturer i miljöer med mycket vatten, som i gruvor och båtbryggor. Från och med 2018 är testprocedurerna och godkännandet för dessa strukturer inte tillgängliga, även om det för närvarande kan användas för att skapa små komponenter, såsom paneler. Fasadpaneler skulle vara en bekväm användning av TRC, eftersom materialet är tunnare och lättare än vanliga betongväggar, och ett billigare alternativ till andra alternativ. För broar och byggnadsprofiler kan TRC bidra till strukturens styrka och övergripande design. TRC kan också användas för att skapa oregelbundna former med hårda kanter, och kan vara ett nytt sätt att förbättra stil och arkitektonisk design av moderna byggnader.
Textilarmerad betong skulle också kunna användas för att förstärka, reparera eller komplettera befintliga byggnader, antingen strukturellt eller kosmetiskt. Dessutom skulle TRC kunna användas för att tillhandahålla ett skyddande lager för gamla strukturer eller eftermontera nya element till en gammal struktur, på grund av bristen på korrosion i samband med denna mekanism. Till skillnad från stål, som rostar om en spricka bildas, korroderar inte TRC och kommer att behålla sin styrka, även med små sprickor. Om kolfibertyg används som textil kan TRC användas för att värma upp byggnader; kolfiber är ledande och kan användas för att stödja byggnaden och värma den.
Aktuella exempel
Storskalig textilarmerad betong kan ses i Tyskland, vid RWTH Aachen University, där en paviljong byggdes med ett textilarmerat betongtak. Taket konstruerades med hjälp av fyra TRC-delar; varje del var tunn och dubbelböjd i form av en hyperbolisk paraboloid. Traditionell betongdesign skulle inte tillåta denna struktur, på grund av det komplexa formarbete som krävs för att skapa stycket. RWTH Aachen University använde också textilarmerad betong för att skapa fasadpaneler på en ny tillbyggnad som lades till deras Institute of Structural Concrete-byggnad. Denna fasad gjordes med AR-glas och gjordes mycket lättare och på ett mer kostnadseffektivt sätt än en traditionell fasad av stålarmerad betong eller sten. Under 2010 hjälpte RWTH Aachen University också till att designa en bro av textilarmerad betong i Albstadt, Tyskland, med AR-glas som förstärkning; bron är cirka 100 meter lång och förväntas ha mycket längre livslängd än den armerad betongbro som den ersatte.
Hållbarhet
Textilarmerad betong är i allmänhet tunnare än traditionell stålarmerad betong. Typisk stålförstärkt konstruktion är 100 till 300 mm tjock, medan en TRC-konstruktion i allmänhet är 50 mm tjock. TRC är mycket tunnare på grund av ett extra skyddande lager av betong som inte behövs för dess design. På grund av denna tunnare struktur används mindre material, vilket bidrar till att sänka priset på att använda betong, eftersom mängden betong som behövs också minskar. Eftersom TRC kan användas för att förlänga livslängden på befintliga strukturer, skär det ner på kostnaderna för material och arbetskraft som behövs för att riva dessa befintliga strukturer, för att skapa nya. Istället för att ersätta gamla strukturer kan de nu repareras för att lägga till flera års service till deras konstruktions livslängd.