Бетон научится предварительно напрягать себя

Подробнее

Размер

20.37K

Добавлен

01.04.2021

Скачиваний

3

Добавил

Евгения

Предмет

Тип работы

Факультет

Преподаватель

5
Текстовая версия:

Экономичность и экономия материалов

Когда бетон научится предварительно напрягать себя.

Бетон на сегодняшний день является самым широко используемым строительным материалом в мире, и эта тенденция растет. Используя новый тип бетонной формулы, команда Empa преуспела в производстве самонапряженных бетонных элементов. Эта инновация позволяет строить бережливые структуры гораздо более экономично-и в то же время экономить материал.

Балка из самонапряженного бетона с армированным углеродным волокном пластиком (углепластиком) в качестве армирования.

Ежегодно во всем мире производится и используется более десяти миллиардов тонн бетона. Это больше, чем все остальные строительные материалы вместе взятые. Для сравнения, сталь и асфальт – оба из которых также используются очень широко – производятся примерно по 1,5 миллиарда тонн в год. Несмотря на то, что энергия, необходимая для производства одной тонны бетона, и связанные с ней выбросы ниже, чем для других строительных материалов, эти огромные количества ответственны за значительное воздействие на окружающую среду.

Цемент, связующее вещество в бетоне, является главным виновником. Чуть менее трех процентов мировой первичной энергии используется для производства четырех миллиардов тонн цемента, необходимого ежегодно. Производство цемента также отвечает за до восьми процентов глобальных выбросов CO2. Согласно оценкам, ежегодное производство бетона и цемента может даже увеличиться еще на 50 процентов к 2050 году из-за растущего спроса в развивающихся странах. Однако замена бетона-задача не из легких; строительный материал просто предлагает слишком много преимуществ. Эти цифры показывают, что более устойчивое использование бетона – от производства и эффективного использования материалов до сноса и переработки – окажет огромное влияние на нашу окружающую среду и общество.

Ученые Empa изучают разработку методов, позволяющих сделать бетонные элементы более компактными, но прочными и стабильными, чтобы снизить расход материалов. Команда под руководством Джованни Терраси, Пьетро Лура и Матеуша Выржиковского недавно получила европейский и американский патенты на технологию самонапряжения бетона, которая позволяет достичь именно этого. Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки – например, балки, мосты или консольные конструкции. В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или сухожилия-обычно изготовленные из стали – закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются натяжению и снова фиксируются после затвердевания бетона. Силы, возникающие в сухожилиях, приводят бетон к сжимающему напряжению: элемент, так сказать, стягивается предварительно натянутой арматурой изнутри-и, таким образом, становится гораздо более устойчивым. Проблема в том, что сталь подвержена коррозии. Поэтому бетонный слой вокруг предварительно напряженной стали должен иметь определенную толщину.

Исследователи Empa Матеуш Виржиковский и Ольга Семанюк с помощью лаборанта Себастьяно Вальво исследуют новые возможности самонапряженных углепластиковых бетонных элементов.

Углеродные волокна вместо стали

Еще в 1990-е годы вместо стальной арматуры стали использовать армированные углеродным волокном полимеры (углепластик). Поскольку углепластик не подвержен коррозии, можно производить значительно более тонкие бетонные компоненты – с очень похожими структурными свойствами. Но если вы хотите предварительно напрячь эти подкрепления из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигнете своих пределов”-говорит Виржиковский. Требуются очень дорогие предварительно напряженные слои, а анкеровка углепластиковых стержней гораздо сложнее, чем у стальных. Таким образом, предварительно напряженный углепластиковый высокопрочный бетон до сих пор не очень широко используется.

Расширяющийся Бетон

Теперь команде Empa удалось полностью отказаться от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента, поскольку бетон выполняет работу сам по себе: благодаря специальной формуле бетон расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон помещает стержни из углепластика в свою внутреннюю часть под напряжение и, таким образом, автоматически предварительно напрягает себя. В своих лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что самонапряженные железобетонные элементы из углепластика могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с теми, которые были условно предварительно напряженными-примерно в три раза больше, чем ненапряженный железобетонный элемент из углепластика. “Наша технология открывает совершенно новые возможности в легкой конструкции”, - говорит Выржиковский. “Мы можем не только строить более стабильные конструкции, но и использовать значительно меньше материала.” Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения: “мы можем легко предварительно напрягать в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек”-говорит он, глядя в будущее. Эти новые приложения в настоящее время разрабатываются в сотрудничестве с промышленным партнером BASF.

Экономичность и экономия материалов

Когда бетон научится предварительно напрягать себя.

Бетон на сегодняшний день является самым широко используемым строительным материалом в мире, и эта тенденция растет. Используя новый тип бетонной формулы, команда Empa преуспела в производстве самонапряженных бетонных элементов. Эта инновация позволяет строить бережливые структуры гораздо более экономично-и в то же время экономить материал.

Балка из самонапряженного бетона с армированным углеродным волокном пластиком (углепластиком) в качестве армирования.

Ежегодно во всем мире производится и используется более десяти миллиардов тонн бетона. Это больше, чем все остальные строительные материалы вместе взятые. Для сравнения, сталь и асфальт – оба из которых также используются очень широко – производятся примерно по 1,5 миллиарда тонн в год. Несмотря на то, что энергия, необходимая для производства одной тонны бетона, и связанные с ней выбросы ниже, чем для других строительных материалов, эти огромные количества ответственны за значительное воздействие на окружающую среду.

Цемент, связующее вещество в бетоне, является главным виновником. Чуть менее трех процентов мировой первичной энергии используется для производства четырех миллиардов тонн цемента, необходимого ежегодно. Производство цемента также отвечает за до восьми процентов глобальных выбросов CO2. Согласно оценкам, ежегодное производство бетона и цемента может даже увеличиться еще на 50 процентов к 2050 году из-за растущего спроса в развивающихся странах. Однако замена бетона-задача не из легких; строительный материал просто предлагает слишком много преимуществ. Эти цифры показывают, что более устойчивое использование бетона – от производства и эффективного использования материалов до сноса и переработки – окажет огромное влияние на нашу окружающую среду и общество.

Ученые Empa изучают разработку методов, позволяющих сделать бетонные элементы более компактными, но прочными и стабильными, чтобы снизить расход материалов. Команда под руководством Джованни Терраси, Пьетро Лура и Матеуша Выржиковского недавно получила европейский и американский патенты на технологию самонапряжения бетона, которая позволяет достичь именно этого. Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки – например, балки, мосты или консольные конструкции. В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или сухожилия-обычно изготовленные из стали – закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются натяжению и снова фиксируются после затвердевания бетона. Силы, возникающие в сухожилиях, приводят бетон к сжимающему напряжению: элемент, так сказать, стягивается предварительно натянутой арматурой изнутри-и, таким образом, становится гораздо более устойчивым. Проблема в том, что сталь подвержена коррозии. Поэтому бетонный слой вокруг предварительно напряженной стали должен иметь определенную толщину.

Исследователи Empa Матеуш Виржиковский и Ольга Семанюк с помощью лаборанта Себастьяно Вальво исследуют новые возможности самонапряженных углепластиковых бетонных элементов.

Углеродные волокна вместо стали

Еще в 1990-е годы вместо стальной арматуры стали использовать армированные углеродным волокном полимеры (углепластик). Поскольку углепластик не подвержен коррозии, можно производить значительно более тонкие бетонные компоненты – с очень похожими структурными свойствами. Но если вы хотите предварительно напрячь эти подкрепления из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигнете своих пределов”-говорит Виржиковский. Требуются очень дорогие предварительно напряженные слои, а анкеровка углепластиковых стержней гораздо сложнее, чем у стальных. Таким образом, предварительно напряженный углепластиковый высокопрочный бетон до сих пор не очень широко используется.

Расширяющийся Бетон

Теперь команде Empa удалось полностью отказаться от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента, поскольку бетон выполняет работу сам по себе: благодаря специальной формуле бетон расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон помещает стержни из углепластика в свою внутреннюю часть под напряжение и, таким образом, автоматически предварительно напрягает себя. В своих лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что самонапряженные железобетонные элементы из углепластика могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с теми, которые были условно предварительно напряженными-примерно в три раза больше, чем ненапряженный железобетонный элемент из углепластика. “Наша технология открывает совершенно новые возможности в легкой конструкции”, - говорит Выржиковский. “Мы можем не только строить более стабильные конструкции, но и использовать значительно меньше материала.” Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения: “мы можем легко предварительно напрягать в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек”-говорит он, глядя в будущее. Эти новые приложения в настоящее время разрабатываются в сотрудничестве с промышленным партнером BASF.

Экономичность и экономия материалов

Когда бетон научится предварительно напрягать себя.

Бетон на сегодняшний день является самым широко используемым строительным материалом в мире, и эта тенденция растет. Используя новый тип бетонной формулы, команда Empa преуспела в производстве самонапряженных бетонных элементов. Эта инновация позволяет строить бережливые структуры гораздо более экономично-и в то же время экономить материал.

Балка из самонапряженного бетона с армированным углеродным волокном пластиком (углепластиком) в качестве армирования.

Ежегодно во всем мире производится и используется более десяти миллиардов тонн бетона. Это больше, чем все остальные строительные материалы вместе взятые. Для сравнения, сталь и асфальт – оба из которых также используются очень широко – производятся примерно по 1,5 миллиарда тонн в год. Несмотря на то, что энергия, необходимая для производства одной тонны бетона, и связанные с ней выбросы ниже, чем для других строительных материалов, эти огромные количества ответственны за значительное воздействие на окружающую среду.

Цемент, связующее вещество в бетоне, является главным виновником. Чуть менее трех процентов мировой первичной энергии используется для производства четырех миллиардов тонн цемента, необходимого ежегодно. Производство цемента также отвечает за до восьми процентов глобальных выбросов CO2. Согласно оценкам, ежегодное производство бетона и цемента может даже увеличиться еще на 50 процентов к 2050 году из-за растущего спроса в развивающихся странах. Однако замена бетона-задача не из легких; строительный материал просто предлагает слишком много преимуществ. Эти цифры показывают, что более устойчивое использование бетона – от производства и эффективного использования материалов до сноса и переработки – окажет огромное влияние на нашу окружающую среду и общество.

Ученые Empa изучают разработку методов, позволяющих сделать бетонные элементы более компактными, но прочными и стабильными, чтобы снизить расход материалов. Команда под руководством Джованни Терраси, Пьетро Лура и Матеуша Выржиковского недавно получила европейский и американский патенты на технологию самонапряжения бетона, которая позволяет достичь именно этого. Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки – например, балки, мосты или консольные конструкции. В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или сухожилия-обычно изготовленные из стали – закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются натяжению и снова фиксируются после затвердевания бетона. Силы, возникающие в сухожилиях, приводят бетон к сжимающему напряжению: элемент, так сказать, стягивается предварительно натянутой арматурой изнутри-и, таким образом, становится гораздо более устойчивым. Проблема в том, что сталь подвержена коррозии. Поэтому бетонный слой вокруг предварительно напряженной стали должен иметь определенную толщину.

Исследователи Empa Матеуш Виржиковский и Ольга Семанюк с помощью лаборанта Себастьяно Вальво исследуют новые возможности самонапряженных углепластиковых бетонных элементов.

Углеродные волокна вместо стали

Еще в 1990-е годы вместо стальной арматуры стали использовать армированные углеродным волокном полимеры (углепластик). Поскольку углепластик не подвержен коррозии, можно производить значительно более тонкие бетонные компоненты – с очень похожими структурными свойствами. Но если вы хотите предварительно напрячь эти подкрепления из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигнете своих пределов”-говорит Виржиковский. Требуются очень дорогие предварительно напряженные слои, а анкеровка углепластиковых стержней гораздо сложнее, чем у стальных. Таким образом, предварительно напряженный углепластиковый высокопрочный бетон до сих пор не очень широко используется.

Расширяющийся Бетон

Теперь команде Empa удалось полностью отказаться от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента, поскольку бетон выполняет работу сам по себе: благодаря специальной формуле бетон расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон помещает стержни из углепластика в свою внутреннюю часть под напряжение и, таким образом, автоматически предварительно напрягает себя. В своих лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что самонапряженные железобетонные элементы из углепластика могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с теми, которые были условно предварительно напряженными-примерно в три раза больше, чем ненапряженный железобетонный элемент из углепластика. “Наша технология открывает совершенно новые возможности в легкой конструкции”, - говорит Выржиковский. “Мы можем не только строить более стабильные конструкции, но и использовать значительно меньше материала.” Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения: “мы можем легко предварительно напрягать в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек”-говорит он, глядя в будущее. Эти новые приложения в настоящее время разрабатываются в сотрудничестве с промышленным партнером BASF.

Экономичность и экономия материалов

Когда бетон научится предварительно напрягать себя.

Бетон на сегодняшний день является самым широко используемым строительным материалом в мире, и эта тенденция растет. Используя новый тип бетонной формулы, команда Empa преуспела в производстве самонапряженных бетонных элементов. Эта инновация позволяет строить бережливые структуры гораздо более экономично-и в то же время экономить материал.

Балка из самонапряженного бетона с армированным углеродным волокном пластиком (углепластиком) в качестве армирования.

Ежегодно во всем мире производится и используется более десяти миллиардов тонн бетона. Это больше, чем все остальные строительные материалы вместе взятые. Для сравнения, сталь и асфальт – оба из которых также используются очень широко – производятся примерно по 1,5 миллиарда тонн в год. Несмотря на то, что энергия, необходимая для производства одной тонны бетона, и связанные с ней выбросы ниже, чем для других строительных материалов, эти огромные количества ответственны за значительное воздействие на окружающую среду.

Цемент, связующее вещество в бетоне, является главным виновником. Чуть менее трех процентов мировой первичной энергии используется для производства четырех миллиардов тонн цемента, необходимого ежегодно. Производство цемента также отвечает за до восьми процентов глобальных выбросов CO2. Согласно оценкам, ежегодное производство бетона и цемента может даже увеличиться еще на 50 процентов к 2050 году из-за растущего спроса в развивающихся странах. Однако замена бетона-задача не из легких; строительный материал просто предлагает слишком много преимуществ. Эти цифры показывают, что более устойчивое использование бетона – от производства и эффективного использования материалов до сноса и переработки – окажет огромное влияние на нашу окружающую среду и общество.

Ученые Empa изучают разработку методов, позволяющих сделать бетонные элементы более компактными, но прочными и стабильными, чтобы снизить расход материалов. Команда под руководством Джованни Терраси, Пьетро Лура и Матеуша Выржиковского недавно получила европейский и американский патенты на технологию самонапряжения бетона, которая позволяет достичь именно этого. Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки – например, балки, мосты или консольные конструкции. В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или сухожилия-обычно изготовленные из стали – закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются натяжению и снова фиксируются после затвердевания бетона. Силы, возникающие в сухожилиях, приводят бетон к сжимающему напряжению: элемент, так сказать, стягивается предварительно натянутой арматурой изнутри-и, таким образом, становится гораздо более устойчивым. Проблема в том, что сталь подвержена коррозии. Поэтому бетонный слой вокруг предварительно напряженной стали должен иметь определенную толщину.

Исследователи Empa Матеуш Виржиковский и Ольга Семанюк с помощью лаборанта Себастьяно Вальво исследуют новые возможности самонапряженных углепластиковых бетонных элементов.

Углеродные волокна вместо стали

Еще в 1990-е годы вместо стальной арматуры стали использовать армированные углеродным волокном полимеры (углепластик). Поскольку углепластик не подвержен коррозии, можно производить значительно более тонкие бетонные компоненты – с очень похожими структурными свойствами. Но если вы хотите предварительно напрячь эти подкрепления из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигнете своих пределов”-говорит Виржиковский. Требуются очень дорогие предварительно напряженные слои, а анкеровка углепластиковых стержней гораздо сложнее, чем у стальных. Таким образом, предварительно напряженный углепластиковый высокопрочный бетон до сих пор не очень широко используется.

Расширяющийся Бетон

Теперь команде Empa удалось полностью отказаться от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента, поскольку бетон выполняет работу сам по себе: благодаря специальной формуле бетон расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон помещает стержни из углепластика в свою внутреннюю часть под напряжение и, таким образом, автоматически предварительно напрягает себя. В своих лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что самонапряженные железобетонные элементы из углепластика могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с теми, которые были условно предварительно напряженными-примерно в три раза больше, чем ненапряженный железобетонный элемент из углепластика. “Наша технология открывает совершенно новые возможности в легкой конструкции”, - говорит Выржиковский. “Мы можем не только строить более стабильные конструкции, но и использовать значительно меньше материала.” Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения: “мы можем легко предварительно напрягать в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек”-говорит он, глядя в будущее. Эти новые приложения в настоящее время разрабатываются в сотрудничестве с промышленным партнером BASF.

Экономичность и экономия материалов

Когда бетон научится предварительно напрягать себя.

Бетон на сегодняшний день является самым широко используемым строительным материалом в мире, и эта тенденция растет. Используя новый тип бетонной формулы, команда Empa преуспела в производстве самонапряженных бетонных элементов. Эта инновация позволяет строить бережливые структуры гораздо более экономично-и в то же время экономить материал.

Балка из самонапряженного бетона с армированным углеродным волокном пластиком (углепластиком) в качестве армирования.

Ежегодно во всем мире производится и используется более десяти миллиардов тонн бетона. Это больше, чем все остальные строительные материалы вместе взятые. Для сравнения, сталь и асфальт – оба из которых также используются очень широко – производятся примерно по 1,5 миллиарда тонн в год. Несмотря на то, что энергия, необходимая для производства одной тонны бетона, и связанные с ней выбросы ниже, чем для других строительных материалов, эти огромные количества ответственны за значительное воздействие на окружающую среду.

Цемент, связующее вещество в бетоне, является главным виновником. Чуть менее трех процентов мировой первичной энергии используется для производства четырех миллиардов тонн цемента, необходимого ежегодно. Производство цемента также отвечает за до восьми процентов глобальных выбросов CO2. Согласно оценкам, ежегодное производство бетона и цемента может даже увеличиться еще на 50 процентов к 2050 году из-за растущего спроса в развивающихся странах. Однако замена бетона-задача не из легких; строительный материал просто предлагает слишком много преимуществ. Эти цифры показывают, что более устойчивое использование бетона – от производства и эффективного использования материалов до сноса и переработки – окажет огромное влияние на нашу окружающую среду и общество.

Ученые Empa изучают разработку методов, позволяющих сделать бетонные элементы более компактными, но прочными и стабильными, чтобы снизить расход материалов. Команда под руководством Джованни Терраси, Пьетро Лура и Матеуша Выржиковского недавно получила европейский и американский патенты на технологию самонапряжения бетона, которая позволяет достичь именно этого. Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки – например, балки, мосты или консольные конструкции. В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или сухожилия-обычно изготовленные из стали – закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются натяжению и снова фиксируются после затвердевания бетона. Силы, возникающие в сухожилиях, приводят бетон к сжимающему напряжению: элемент, так сказать, стягивается предварительно натянутой арматурой изнутри-и, таким образом, становится гораздо более устойчивым. Проблема в том, что сталь подвержена коррозии. Поэтому бетонный слой вокруг предварительно напряженной стали должен иметь определенную толщину.

Исследователи Empa Матеуш Виржиковский и Ольга Семанюк с помощью лаборанта Себастьяно Вальво исследуют новые возможности самонапряженных углепластиковых бетонных элементов.

Углеродные волокна вместо стали

Еще в 1990-е годы вместо стальной арматуры стали использовать армированные углеродным волокном полимеры (углепластик). Поскольку углепластик не подвержен коррозии, можно производить значительно более тонкие бетонные компоненты – с очень похожими структурными свойствами. Но если вы хотите предварительно напрячь эти подкрепления из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигнете своих пределов”-говорит Виржиковский. Требуются очень дорогие предварительно напряженные слои, а анкеровка углепластиковых стержней гораздо сложнее, чем у стальных. Таким образом, предварительно напряженный углепластиковый высокопрочный бетон до сих пор не очень широко используется.

Расширяющийся Бетон

Теперь команде Empa удалось полностью отказаться от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента, поскольку бетон выполняет работу сам по себе: благодаря специальной формуле бетон расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон помещает стержни из углепластика в свою внутреннюю часть под напряжение и, таким образом, автоматически предварительно напрягает себя. В своих лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что самонапряженные железобетонные элементы из углепластика могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с теми, которые были условно предварительно напряженными-примерно в три раза больше, чем ненапряженный железобетонный элемент из углепластика. “Наша технология открывает совершенно новые возможности в легкой конструкции”, - говорит Выржиковский. “Мы можем не только строить более стабильные конструкции, но и использовать значительно меньше материала.” Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения: “мы можем легко предварительно напрягать в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек”-говорит он, глядя в будущее. Эти новые приложения в настоящее время разрабатываются в сотрудничестве с промышленным партнером BASF.

Экономичность и экономия материалов

Когда бетон научится предварительно напрягать себя.

Бетон на сегодняшний день является самым широко используемым строительным материалом в мире, и эта тенденция растет. Используя новый тип бетонной формулы, команда Empa преуспела в производстве самонапряженных бетонных элементов. Эта инновация позволяет строить бережливые структуры гораздо более экономично-и в то же время экономить материал.

Балка из самонапряженного бетона с армированным углеродным волокном пластиком (углепластиком) в качестве армирования.

Ежегодно во всем мире производится и используется более десяти миллиардов тонн бетона. Это больше, чем все остальные строительные материалы вместе взятые. Для сравнения, сталь и асфальт – оба из которых также используются очень широко – производятся примерно по 1,5 миллиарда тонн в год. Несмотря на то, что энергия, необходимая для производства одной тонны бетона, и связанные с ней выбросы ниже, чем для других строительных материалов, эти огромные количества ответственны за значительное воздействие на окружающую среду.

Цемент, связующее вещество в бетоне, является главным виновником. Чуть менее трех процентов мировой первичной энергии используется для производства четырех миллиардов тонн цемента, необходимого ежегодно. Производство цемента также отвечает за до восьми процентов глобальных выбросов CO2. Согласно оценкам, ежегодное производство бетона и цемента может даже увеличиться еще на 50 процентов к 2050 году из-за растущего спроса в развивающихся странах. Однако замена бетона-задача не из легких; строительный материал просто предлагает слишком много преимуществ. Эти цифры показывают, что более устойчивое использование бетона – от производства и эффективного использования материалов до сноса и переработки – окажет огромное влияние на нашу окружающую среду и общество.

Ученые Empa изучают разработку методов, позволяющих сделать бетонные элементы более компактными, но прочными и стабильными, чтобы снизить расход материалов. Команда под руководством Джованни Терраси, Пьетро Лура и Матеуша Выржиковского недавно получила европейский и американский патенты на технологию самонапряжения бетона, которая позволяет достичь именно этого. Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки – например, балки, мосты или консольные конструкции. В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или сухожилия-обычно изготовленные из стали – закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются натяжению и снова фиксируются после затвердевания бетона. Силы, возникающие в сухожилиях, приводят бетон к сжимающему напряжению: элемент, так сказать, стягивается предварительно натянутой арматурой изнутри-и, таким образом, становится гораздо более устойчивым. Проблема в том, что сталь подвержена коррозии. Поэтому бетонный слой вокруг предварительно напряженной стали должен иметь определенную толщину.

Исследователи Empa Матеуш Виржиковский и Ольга Семанюк с помощью лаборанта Себастьяно Вальво исследуют новые возможности самонапряженных углепластиковых бетонных элементов.

Углеродные волокна вместо стали

Еще в 1990-е годы вместо стальной арматуры стали использовать армированные углеродным волокном полимеры (углепластик). Поскольку углепластик не подвержен коррозии, можно производить значительно более тонкие бетонные компоненты – с очень похожими структурными свойствами. Но если вы хотите предварительно напрячь эти подкрепления из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигнете своих пределов”-говорит Виржиковский. Требуются очень дорогие предварительно напряженные слои, а анкеровка углепластиковых стержней гораздо сложнее, чем у стальных. Таким образом, предварительно напряженный углепластиковый высокопрочный бетон до сих пор не очень широко используется.

Расширяющийся Бетон

Теперь команде Empa удалось полностью отказаться от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента, поскольку бетон выполняет работу сам по себе: благодаря специальной формуле бетон расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон помещает стержни из углепластика в свою внутреннюю часть под напряжение и, таким образом, автоматически предварительно напрягает себя. В своих лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что самонапряженные железобетонные элементы из углепластика могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с теми, которые были условно предварительно напряженными-примерно в три раза больше, чем ненапряженный железобетонный элемент из углепластика. “Наша технология открывает совершенно новые возможности в легкой конструкции”, - говорит Выржиковский. “Мы можем не только строить более стабильные конструкции, но и использовать значительно меньше материала.” Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения: “мы можем легко предварительно напрягать в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек”-говорит он, глядя в будущее. Эти новые приложения в настоящее время разрабатываются в сотрудничестве с промышленным партнером BASF.

Экономичность и экономия материалов

Когда бетон научится предварительно напрягать себя.

Бетон на сегодняшний день является самым широко используемым строительным материалом в мире, и эта тенденция растет. Используя новый тип бетонной формулы, команда Empa преуспела в производстве самонапряженных бетонных элементов. Эта инновация позволяет строить бережливые структуры гораздо более экономично-и в то же время экономить материал.

Балка из самонапряженного бетона с армированным углеродным волокном пластиком (углепластиком) в качестве армирования.

Ежегодно во всем мире производится и используется более десяти миллиардов тонн бетона. Это больше, чем все остальные строительные материалы вместе взятые. Для сравнения, сталь и асфальт – оба из которых также используются очень широко – производятся примерно по 1,5 миллиарда тонн в год. Несмотря на то, что энергия, необходимая для производства одной тонны бетона, и связанные с ней выбросы ниже, чем для других строительных материалов, эти огромные количества ответственны за значительное воздействие на окружающую среду.

Цемент, связующее вещество в бетоне, является главным виновником. Чуть менее трех процентов мировой первичной энергии используется для производства четырех миллиардов тонн цемента, необходимого ежегодно. Производство цемента также отвечает за до восьми процентов глобальных выбросов CO2. Согласно оценкам, ежегодное производство бетона и цемента может даже увеличиться еще на 50 процентов к 2050 году из-за растущего спроса в развивающихся странах. Однако замена бетона-задача не из легких; строительный материал просто предлагает слишком много преимуществ. Эти цифры показывают, что более устойчивое использование бетона – от производства и эффективного использования материалов до сноса и переработки – окажет огромное влияние на нашу окружающую среду и общество.

Ученые Empa изучают разработку методов, позволяющих сделать бетонные элементы более компактными, но прочными и стабильными, чтобы снизить расход материалов. Команда под руководством Джованни Терраси, Пьетро Лура и Матеуша Выржиковского недавно получила европейский и американский патенты на технологию самонапряжения бетона, которая позволяет достичь именно этого. Предварительное напряжение обычно используется, когда бетонный элемент должен выдерживать очень высокие нагрузки – например, балки, мосты или консольные конструкции. В традиционной технологии предварительного натяжения арматура или сухожилия-обычно изготовленные из стали – закрепляются с обеих сторон элемента перед заливкой бетона, подвергаются натяжению и снова фиксируются после затвердевания бетона. Силы, возникающие в сухожилиях, приводят бетон к сжимающему напряжению: элемент, так сказать, стягивается предварительно натянутой арматурой изнутри-и, таким образом, становится гораздо более устойчивым. Проблема в том, что сталь подвержена коррозии. Поэтому бетонный слой вокруг предварительно напряженной стали должен иметь определенную толщину.

Исследователи Empa Матеуш Виржиковский и Ольга Семанюк с помощью лаборанта Себастьяно Вальво исследуют новые возможности самонапряженных углепластиковых бетонных элементов.

Углеродные волокна вместо стали

Еще в 1990-е годы вместо стальной арматуры стали использовать армированные углеродным волокном полимеры (углепластик). Поскольку углепластик не подвержен коррозии, можно производить значительно более тонкие бетонные компоненты – с очень похожими структурными свойствами. Но если вы хотите предварительно напрячь эти подкрепления из углепластика, чтобы иметь возможность строить еще более тонкие конструкции с более высокой несущей способностью, вы достигнете своих пределов”-говорит Виржиковский. Требуются очень дорогие предварительно напряженные слои, а анкеровка углепластиковых стержней гораздо сложнее, чем у стальных. Таким образом, предварительно напряженный углепластиковый высокопрочный бетон до сих пор не очень широко используется.

Расширяющийся Бетон

Теперь команде Empa удалось полностью отказаться от анкеровки с обеих сторон бетонного элемента, поскольку бетон выполняет работу сам по себе: благодаря специальной формуле бетон расширяется по мере затвердевания. В результате этого расширения бетон помещает стержни из углепластика в свою внутреннюю часть под напряжение и, таким образом, автоматически предварительно напрягает себя. В своих лабораторных испытаниях исследователи смогли показать, что самонапряженные железобетонные элементы из углепластика могут выдерживать нагрузки, сопоставимые с теми, которые были условно предварительно напряженными-примерно в три раза больше, чем ненапряженный железобетонный элемент из углепластика. “Наша технология открывает совершенно новые возможности в легкой конструкции”, - говорит Выржиковский. “Мы можем не только строить более стабильные конструкции, но и использовать значительно меньше материала.” Исследователь Empa также видит совершенно новые области применения: “мы можем легко предварительно напрягать в нескольких направлениях одновременно, например, для тонких бетонных плит или филигранно изогнутых бетонных оболочек”-говорит он, глядя в будущее. Эти новые приложения в настоящее время разрабатываются в сотрудничестве с промышленным партнером BASF.