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世界上第一座由碳纤维钢筋混凝土制造的建筑在德国开始建设

但更多地使用这些材料仍然面临障碍。

2020年6月04|
德国德累斯顿工业大学校园内的一座两层建筑将展示碳纤维增强混凝土设施。图片(c) Iurii Vakaliuk, IMB, TU Dresden

德国德累斯顿工业大学校园内的一座两层建筑将展示碳纤维增强混凝土设施。图片(c) Iurii Vakaliuk, IMB, TU Dresden

两个月前,该基金会被涌入多维数据集,在德国技术大学德累斯顿德累斯顿的场所,声称是世界上完全造成的第一栋楼碳纤维混凝土

该项目耗资500万欧元(约合563万美元),因冠状病毒爆发而被推迟,目前计划于明年春天完工。它由两部分组成:预制“箱”;而“扭曲”的双曲线屋顶则采用了重量更轻且可弯曲的复合材料。这座大学建筑——包括教室、实验室、演示空间和一个小厨房——将以其24米长的无缝混凝土区分开来。

德国联邦教育和研究部为这个示范项目提供了资金,该项目在当地也被称为Carbonhaus。(CUBE是c3 -碳混凝土复合材料的简称。)设计建筑师Gunter Henn是慕尼黑建筑公司Henn的董事长。建筑师事务所Architeckten Ingenieure Batzen (AIB)是工程师,Assmann Advice + Plan提供结构规划服务,Bendl HTS是CE, Betonwerk Oschatz负责建造盒子。莱比锡应用科学、经济和文化大学混凝土建筑研究所;德累斯顿技术大学的混凝土结构研究所也参与了这个项目,后者是采购一方。

Carbonhaus将包括教室、活动场所和实验室。

什么是碳纤维钢筋混凝土?

碳纤维增强混凝土是一种由提供强度和刚度的碳纤维和聚合物组成的复合产品,聚合物将纤维结合在一起形成一种基质。微纤维和超纤维可以是合成的,也可以是天然的。业内的共识是,这种加固可以显著提高复合材料使用的结构的寿命。

用于立方体的碳纤维由石油基聚丙烯腈或锅产生。它还可以由木质素制成,衍生自纸生产中的废料的有机聚合物。图慕尼黑一直探索藻类油的碳纤维的生产。

Tu Dresden的具体建筑研究所主任Manfred Curbach,他是一名教授,一直倡导更加易用的较轻较轻和更薄的加固材料超过二十年,从纺织和玻璃开始,而且 - 自从2003-碳纤维。然而,到目前为止,建筑业对混凝土部件采用这些材料缓慢,特别是在新建基础设施和建筑物。Curbach拒绝了使这些材料引入的规定更难以实现。

然后是行业惯性。亚利桑那州立大学(Arizona State University)可持续工程与建筑环境学院(School of Sustainable Engineering and The Built Environment)教授巴津·莫巴舍(Barzin Mobasher)自1991年以来一直在研究和研究不同的结构加固方法,他说:“在过去的40年里,行业一直在使用相同的加固方法。”

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例如,典型建筑构件中至少有一半的混凝土是用来保护钢筋不受腐蚀的。Mobasher补充说,多达60%的混凝土结构是自重,这在设计中没有考虑在内。

Mobasher解释说,由于钢筋和混凝土“协同工作,而不是一起工作”,由此产生的构件继续容易开裂和侵蚀,以至于建筑和基础设施不能像它们应该的那样持续多久。“它们的设计考虑的是强度,而不是耐久性,而且服役10年之后没有人会为此负责。”

另一方面,碳增强材料的重量约为钢的四分之一,具有相同的拉伸强度。复合元件更耐用,遏制,温室气体排放量高达70%。当劳动,设备,制造和运输中的一个因素时,成本不是障碍。(碳钢筋混凝土耗资13-15美元,生产与钢铁相同。)

Curbach指出,Carbonhaus的扭曲屋顶证明了这种材料可以弯曲和塑造成各种形状,给设计师和工程师更大的灵活性。

基础设施的修复为碳纤维增强混凝土带来了一些希望

为了推进碳纤维增强混凝土的使用,Curbach于2005年推出了Curbach Bösche Ingenieurpartner Dresden咨询公司。9年后,他创办了CarbonCon,一家传播材料信息的机构。

虽然他还没有与北美的AEC公司直接接触,但Curbach说,中国和以色列的公司已经表现出了一些兴趣。Curbach仍然相信碳钢筋混凝土将会得到更广泛的应用,但这可能需要20年的时间,并且需要法规来帮助加速CO的下降2。“


弧形屋顶和24米无缝混凝土墙是Carbonhaus的两个特点。

莫巴舍指出,25年前在建筑中使用不多的轻型钢,现在在商业框架中无处不在。他认为碳强化材料没有理由不能有同样的发展轨迹,尽管他承认在美国使用这些材料的交通基础设施成本仍然很高。

他已经看到了一些使用碳纤维增强材料进行更快修复工作的国内兴趣,其中一层复合材料将集成到受损基础设施中。

事实上,德国奥格斯堡大学已经开发出了短碳纤维加固材料,这种材料已被证明可以有效地缓解混凝土中的应力断裂和裂缝。然而,在结构元件中完全取代钢筋需要在应力方向上连续碳纤维的相对大的钢筋截面。这是不可能完成的短纤维是精细分布。

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