Текстильно-армированный бетон

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Textile-reinforced concrete" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (December 2018) (Learn how and when to remove this message)

Текстильно-армированный бетон — это тип армированного бетона, в котором обычные стальные арматурные стержни заменяются текстильными материалами. Вместо использования металлической клетки внутри бетона, эта технология использует тканевую клетку внутри него.

Материалы с высокой прочностью на разрыв с незначительными свойствами удлинения армируются ткаными или неткаными материалами. Волокна , используемые для изготовления ткани, обладают высокой прочностью, например , джут , стекловолокно , кевлар , полипропилен , полиамиды (нейлон) и т. д. В последнее время внимание уделяется использованию растительных волокон (дисперсных или в виде ткани) при армировании бетона. ^{[1] [2] [3] [4] [5] [6]} Использование растительных волокон является многообещающим, но отдельные компоненты подвержены деградации из-за щелочной среды. ^{[7] [8] [9]} Плетение ткани выполняется либо в виде катушки, либо в виде слоя. Расплавленные материалы, керамические глины, пластмассы или цементный бетон наносятся на базовую ткань таким образом, что внутренняя ткань полностью обернута бетоном или пластмассой.

В результате такого рода структуры полученный бетон становится гибким с внутренней стороны, а также высокой прочностью, обеспечиваемой внешними материалами. Различные нетканые структуры также получают приоритет для формирования базовой структуры. Специальные типы ткацких станков используются для формирования спиральных тканей, а слоистые ткани, как правило, являются неткаными.

Первоначальное создание текстильно-армированного бетона (TRC) началось в 1980-х годах. Концепции TRC возникли в Sächsisches Textiforschungs-institut eV STFI, немецком институте, специализирующемся на текстильных технологиях. ^[10] Первый патент на конструкцию текстильно-армированного бетона, выданный в 1982 году, был выдан для элементов безопасности, связанных с транспортировкой. Эти элементы специально предназначались для армирования материалами, отличными от стали. В 1988 году был выдан патент на защитный барьер, в конструкции которого использовалась канатоподобная арматура. Эта арматура была изготовлена ​​из бетонных отходов и текстиля, и инновационное расположение и размер армирующих волокон внутри были заметны. Арматура была установлена ​​на месте таким образом, чтобы бетон можно было заливать, а размер арматуры описывался с использованием диаметра и размера ячеек. ^[11]

В 1996 году студенты немецкого университета создали два бетонных каноэ с использованием текстильного армирования. В одной лодке в качестве текстильного армирования использовалось щелочестойкое стекло. Для изготовления стекла в ткани использовался процесс, называемый техникой Малимо , чтобы удерживать стекло в одной непрерывной нити, так что его можно было использовать для изготовления ткани. Другая лодка была построена с использованием ткани из углеродного волокна в качестве метода армирования. Лодки соревновались в регате по бетонным каноэ 1996 года в Дрездене, Германия, и это был первый случай, когда текстильно-армированный бетон был представлен публике; лодки получили награду за свой дизайн. ^[11]

При строительстве TRC важны четыре фактора: качество бетона, взаимодействие между текстилем и бетоном, количество используемых волокон и расположение текстильной арматуры внутри бетона. ^[12]

Размер частиц бетона должен быть тщательно выбран. Если бетон слишком крупный, он не сможет проникнуть через текстильную арматуру. Для достижения наилучших результатов следует использовать свежий бетон. Для улучшения адгезии можно добавлять химические добавки, чтобы помочь волокнам прилипнуть к бетону. ^[13]

Характерными особенностями TRC являются его тонкая структура и пластичная природа, а также его способность сохранять высокую прочность на растяжение; это происходит из-за армирования бетона, которое использует длинные непрерывные волокна, которые сплетены в определенном направлении для увеличения прочности. ^[11] В результате различной прочности и свойств, необходимых для поддержки правильной нагрузки, существует множество различных типов пряжи, текстильных переплетений и форм, которые могут использоваться в TRC. Текстиль начинается с пряжи, которая сделана из непрерывной нити либо нитей , либо штапелей . Пряжа соткана, вяжет, склеена, оплетена или остается нетканой, в зависимости от потребностей проекта. ^[13] Углерод , AR-стекло и базальт являются особенно хорошими материалами для этого процесса. Углерод имеет хорошую прочность на растяжение и низкое тепловое расширение, но он дорог и имеет плохую адгезию к бетону. Базальт образуется путем плавления базальтовой породы; он более экономичен, чем углерод, и имеет хорошую прочность на растяжение. Недостатком базальта является то, что при помещении его в щелочной раствор, такой как бетон, он теряет часть объема волокон, тем самым снижая свою прочность. Это означает, что для увеличения долговечности конструкции необходимо нанести нанокомпозитное полимерное покрытие. У стекла AR также есть эта проблема, но положительные стороны использования стекла AR в структуре TRC, включая его адгезию к бетону и низкую стоимость, перевешивают эти проблемы. ^[13]

Бетон, армированный текстилем, описывается как композит, упрочняющийся деформацией. Композиты, упрочняющиеся деформацией, используют армирование короткими волокнами, такими как пряжа из углеродного волокна, для укрепления материала. Упрочнение деформацией требует тщательного проектирования армирования и бетонной матрицы, окружающей армирование, для достижения желаемой прочности. ^[13] Текстиль должен быть ориентирован в правильном направлении во время проектирования, чтобы выдерживать основную нагрузку и напряжения, которые он должен выдерживать. Типы переплетений, которые могут использоваться для изготовления тканей для TRC, включают полотняное переплетение , перевивочное переплетение , основовязаное и 3D-спейсер. ^[12]

Другим важным аспектом текстильно-армированного бетона является проницаемость текстиля. Особое внимание следует уделять его структуре, чтобы текстиль был достаточно открытым для прохождения бетона, оставаясь при этом достаточно стабильным, чтобы сохранять свою собственную форму, поскольку размещение арматуры имеет жизненно важное значение для окончательной прочности изделия. Текстильный материал также должен иметь высокую прочность на растяжение, большое удлинение до разрыва и более высокий модуль Юнга , чем окружающий его бетон. ^[13]

Текстиль можно вручную укладывать в бетон или процесс можно механизировать для повышения эффективности. Различные способы создания бетона, армированного текстилем, варьируются от традиционных формовок до пултрузии . При изготовлении TRC с использованием литья необходимо построить опалубку, а текстильное армирование должно быть предварительно установлено и готово к заливке бетона. После того, как бетон залит и затвердел, опалубку снимают, чтобы обнажить структуру. Другой способ создания структуры TRC — ламинирование вручную. Подобно литью, необходимо создать опалубку для размещения бетона и текстиля; затем бетон равномерно распределяется по опалубке, а затем сверху укладывается текстиль. Сверху заливается еще больше бетона, и ролик используется для проталкивания бетона в пространства в текстиле; это выполняется слой за слоем, пока структура не достигнет требуемого размера. TRC также можно создавать с помощью пултрузии. В этом процессе текстиль проталкивается через камеру инфильтрации пульпы, где текстиль покрывается и заливается бетоном. Валики вдавливают бетон в текстиль, и для получения желаемой формы и размера может потребоваться несколько валиков разного размера. ^[12]

Использование текстильных армированных материалов, бетонов в наши дни значительно увеличивается в сочетании с материаловедением и текстильными технологиями. Мосты, столбы и дорожные ограждения изготавливаются из бетона, армированного кевларом или джутом, чтобы выдерживать вибрации, резкие рывки и кручение (механика) . Использование железобетонных конструкций в современном мире обусловлено широкой доступностью его ингредиентов — арматурной стали, а также бетона. Железобетон подходит практически для любой формы, чрезвычайно универсален и поэтому широко используется при строительстве зданий, мостов и т. д. Основным недостатком железобетона является то, что его стальная арматура подвержена коррозии. Бетон является сильнощелочным и образует пассивный слой на стали, защищая ее от 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, снижению долговечности конструкции в целом и в экстремальных случаях к разрушению конструкции.

Благодаря тонкому, экономичному и легкому характеру текстильно-армированного бетона, его можно использовать для создания множества различных типов структурных компонентов. Контроль трещин TRC намного лучше, чем у традиционного стального бетона; когда TRC трескается, он создает множество мелких трещин шириной от 50 до 100 нанометров. В некоторых случаях трещины могут самовосстанавливаться, поскольку трещина в 50 нанометров почти так же непроницаема, как и нерастрескавшийся бетон. ^[13] Благодаря этим свойствам TRC станет отличным материалом для всех различных типов архитектурных и гражданских инженерных приложений.

Текстильно-армированный бетон может использоваться для создания полных конструкций, таких как мосты и здания, а также крупных конструкций в средах с большим количеством воды, таких как шахты и лодочные причалы. ^[13] По состоянию на 2018 год процедуры тестирования и одобрения для этих конструкций недоступны, хотя в настоящее время его можно использовать для создания небольших компонентов, таких как панели. Фасадные панели были бы удобным применением TRC, поскольку материал тоньше и легче обычных бетонных стен, и более дешевой альтернативой другим вариантам. Для мостов и профилей зданий TRC может повысить прочность и общий дизайн конструкции. ^[13] TRC также может использоваться для создания неправильных форм с жесткими краями и может стать новым способом улучшения стиля и архитектурного дизайна современных зданий. ^{[12] [11]}

Текстильно-армированный бетон также может использоваться для укрепления, ремонта или пристройки к существующим зданиям, как в структурном, так и в косметическом плане. Кроме того, TRC может использоваться для создания защитного слоя для старых конструкций или модернизации новых элементов старой конструкции из-за отсутствия коррозии , связанной с этим механизмом. В отличие от стали, которая ржавеет при образовании трещины, TRC не корродирует и сохраняет свою прочность даже при небольших трещинах. Если в качестве текстиля используется ткань из углеродного волокна, TRC может использоваться для обогрева зданий; углеродное волокно является проводящим и может использоваться для поддержки здания, а также для его обогрева. ^[11]

Крупномасштабный текстильно-армированный бетон можно увидеть в Германии, в Рейнско-Вестфальском техническом университете Ахена , где павильон был построен с использованием текстильно-армированной бетонной крыши. Крыша была спроектирована с использованием четырех частей TRC; каждая часть была тонкой и дважды изогнутой в форме гиперболического параболоида. Традиционная конструкция бетона не позволила бы создать такую ​​конструкцию из-за сложной опалубки, необходимой для создания детали. Рейнско-Вестфальский технический университет Ахена также использовал текстильно-армированный бетон для создания фасадных панелей на новой пристройке, добавленной к зданию Института конструкционного бетона. Этот фасад был изготовлен с использованием стекла AR и был сделан намного легче и более экономичным способом, чем традиционный фасад из бетона, армированного сталью, или камня. В 2010 году Рейнско-Вестфальский технический университет Ахена также помог спроектировать текстильно-армированный бетонный мост в Альбштадте, Германия, используя стекло AR в качестве арматуры; Длина моста составляет около 100 метров, и ожидается, что он прослужит гораздо дольше, чем замененный им стальной железобетонный мост. ^[12]

Текстильно-армированный бетон, как правило, тоньше традиционного стального бетона. Типичная стальная армированная конструкция имеет толщину от 100 до 300 мм, в то время как конструкция TRC обычно имеет толщину 50 мм. TRC намного тоньше из-за дополнительного защитного слоя бетона, который не нужен для ее конструкции. Благодаря этой более тонкой структуре используется меньше материала, что помогает снизить стоимость использования бетона, поскольку количество необходимого бетона также уменьшается. ^[12] Поскольку TRC можно использовать для продления срока службы существующих конструкций, он сокращает стоимость материалов и рабочей силы, необходимых для сноса этих существующих конструкций, чтобы создать новые. Вместо того, чтобы заменять старые конструкции, теперь их можно ремонтировать, чтобы добавить годы службы к срокам их строительства. ^[13]

• Геотекстиль
• Фибробетон

На Викискладе есть медиафайлы по теме Текстильный армированный бетон .