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未来的建筑材料——纺织混凝土

作者: wj来源:材料科技在线2018/10/09 09:43:11

未来的建筑材料就是这种纺织混凝土。纺织钢筋混凝土(TRC)是耐用的,并且可以成形的形状多样,轻量化的结构。顾名思义,传统的TRC用碳或玻璃纤维作为织物而不是钢来增强。Wilhelm-Klauditz-Institut WKIFraunhofer木材研究所的一个研究小组正在用环保的天然纤维取代这些织物。这些替代品与传统混凝土的性能相匹敌,但制造成本更低。研究人员将于2019114日至19日在慕尼黑BAU 2019贸易博览会上展示一座天然纤维混凝土桥梁的原型。


德国的桥梁处于危险的状态。莱茵河上每两个都有一个腐烂。钢筋混凝土容易腐蚀,在任何迹象表明损坏之前,氧化会对钢筋造成损伤。现在,这个行业正在考虑混凝土裂缝和锈蚀的钢片,工程师和建筑师正在选择纺织钢筋混凝土,一种使用寿命长,结构性能与钢筋混凝土相同的耐腐蚀建筑材料。用这种材料制成的部件可以像几厘米那么薄。它可以被浇铸成柔软、轻质的结构,并用增强的纺织品可以弯曲成几乎任何形状,除了桥梁,材料也适用于外墙和天花板,设计师可以用它来装饰家具和雕塑。

这种高性能混凝土的秘密在于它是用碳、玻璃或聚合物纤维而不是钢来加固的。在BraunschweigFraunhofer WKI的研究人员希望用基于可再生原材料的纺织品来代替这些纤维,此举将为环境和气候带来丰厚的回报。在这种情况下,他们结合当地的产品——亚麻(可以进行纺纱或编织)。研究人员可以向亚麻纤维中添加一束聚合物纤维,从而制造出一种适合特定成分要求的混合织物。Fraunhofer WKI木材纤维研究中心的科学家使用杆织机来织造这种材料混合物。有了这种织造机——欧洲唯一的一种织造机——专家们能够生产具有复杂、特定纺织品结构和综合功能的创新轻质复合材料。该机器结合传统工艺和可持续的材料,使之具有成本效益。然后再把它们嵌入高性能混凝土中,使之具有几乎完全保护纤维免受风化的结构密度,这种织物也可以用天然树脂进行改性。

摆脱不利的环境影响

亚麻基纺织品是嵌入在给定的组件层。它的刚度是可变的,因此它可以按期望的形状排列。它可以被想象成产生弧形轮廓,如穹顶和圆形壁单元。然后在纺织品上浇注液态混凝土,这种混凝土是在Fraunhofer WKI轻质环保建筑中心(ZELUBA)内部专门开发的。生态可持续性很受开发商的青睐,他们尽量利用少量的原材料。

ZELUBA的科学家Jan Binde说:“钢筋混凝土由骨料(混凝土集料,专业术语),水,混凝土添加剂,以及由亚麻制成的增强纺织品组成。用亚麻织物制成的钢筋混凝土的质量高于桥梁中钢筋混凝土的质量。基质(结构)非常致密,以致有害物质不能渗透到部件中,这样可以延长使用寿命几十年。”

寿命长的复合材料

亚麻和混凝土的结合在试验中证明是一种理想的复合材料,通过新的、环保的纺织物增强混凝土的耐久性和承重能力。调查人员说:“天然纤维与建筑材料很相配,这也是因为我们可以控制纺织品在混凝土中的固定方式。”

由可再生能源制成的TRC使建筑工人能够竖立轻型和苗条的桥梁,也可能被机动车使用。一座跨度为15米的钢筋混凝土桥大约有3540厘米厚,而它的亚麻桥只有1216厘米厚,看起来相当苗条,这节省了大量的材料。Binde说:“建筑薄层是可行的。”研究人员致力于优化创新的建筑材料,而建筑当局对该材料的批准仍在进行中。

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