Статья о методе, который упрощает масштабирование анализа и, таким образом, облегчает строительство более экологически чистых мостов, туннелей и зданий, иных конструкций из текстильного железобетона.
The article is about a method that simplifies the scaling of analysis and thus facilitates the construction of more environmentally friendly bridges, tunnels and buildings, and other structures made of textile reinforced concrete.

Армируя бетон тканью вместо стали, можно использовать меньше материала и создавать тонкие и легкие конструкции со значительно меньшим воздействием на окружающую среду. Технология использования текстиля из углеродного волокна уже существует, но, среди прочего, было сложно создать основу для надежных расчетов сложных и сводчатых конструкций. Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции теперь представляют метод, который упрощает масштабирование анализа и, таким образом, облегчает строительство более экологически чистых мостов, туннелей и зданий.

«Большая часть бетона, который мы используем сегодня, выполняет функцию защитного слоя, предотвращающего коррозию стальной арматуры. Если вместо этого мы можем использовать текстильную арматуру, мы сможем сократить расход цемента, а также использовать меньше бетона – и, таким образом, уменьшить воздействие на климат», – говорит Карин Лундгрен, профессор бетонных конструкций на факультете архитектуры и гражданского строительства в Чалмерсе.

Цемент является связующим веществом в бетоне, и его производство из известняка оказывает большое влияние на климат. Одна из проблем заключается в том, что во время производства выделяется большое количество углекислого газа, который был поглощен известняком. Ежегодно в мире производится около 4,5 миллиардов тонн цемента, а на цементную промышленность приходится около 8 процентов мировых выбросов углекислого газа. Поэтому ведется интенсивная работа по поиску альтернативных методов и материалов для бетонных конструкций.

Снижение выбросов углекислого газа за счет более тонких конструкций и альтернативных связующих

Используя альтернативные вяжущие вещества вместо цемента, такие как глина или вулканический пепел, можно еще больше сократить выбросы углекислого газа. Но пока неясно, насколько хорошо такие новые связующие смогут защитить стальную арматуру в долгосрочной перспективе.

Sebastian Almfeldt and Karin Lundgren at Chalmers University of Technology, Sweden, are two of the authors of a scientific article describing a new method that facilitates calculations of complex structures of textile-reinforced concrete. Here they show a carbon fibre reinforced concrete slab, the load-bearing capacity of which has been tested in the construction lab at Chalmers. In the foreground is a textile reinforcement mesh made of carbon fibre.
Photographer: Chalmers | Mia Hallerod Palmgren

«Вы можете уйти от проблемы защиты от коррозии, используя в качестве армирующего материала углеродное волокно вместо стали, поскольку его не нужно защищать таким же образом. Вы также можете получить еще больше, оптимизируя конструкции с тонкими оболочками с помощью меньшее воздействие на климат», – говорит Карин Лундгрен.

В недавно опубликованном исследовании Карин Лундгрен и ее коллеги описывают новую технику моделирования, которая доказала свою надежность при анализе взаимодействия текстильной арматуры с бетоном.

«Мы разработали метод, который облегчает расчеты сложных конструкций и снижает потребность в испытаниях несущей способности», – говорит Карин Лундгрен.

Ранее исследование Кембриджского университета показало, что текстильное армирование может снизить выбросы углекислого газа до 65 процентов по сравнению с традиционными твердыми полами.

<h3>Метод, облегчающий расчеты</h3>

<p>Армирующая текстильная сетка состоит из нитей, каждая из которых состоит из тысяч тонких нитей (длинных непрерывных волокон). Арматурная сетка заливается в бетон, и при нагрузке текстильно-армированного бетона нити скользят как по бетону, так и друг по другу внутри пряжи. Текстильная пряжа в бетоне не ведет себя как единое целое, что важно, если вы хотите понять способность композитного материала выдерживать нагрузки. Методика моделирования, разработанная исследователями Чалмерса, описывает эти эффекты.</p>

<p>«Вы можете описать это как нить, состоящую из внутреннего и внешнего сердечника, на которую в разной степени влияет нагрузка на бетон. Мы разработали метод испытаний и расчетов, который описывает это взаимодействие. В экспериментах нам удалось показать, что наш метод расчета достаточно надежен даже для сложных конструкций», – говорит Карин Лундгрен.</p>

<p>Совместная работа с коллегами сейчас продолжается по разработке методов оптимизации для более крупных структур.</p>

<p>«Учитывая, что Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) ожидает, что общая площадь площадей в мире удвоится в течение следующих 40 лет из-за повышения благосостояния и роста населения, мы должны сделать все возможное, чтобы строить как можно более эффективно с точки зрения ресурсов, чтобы удовлетворить климатическую проблему», – утверждает Карин Лундгрен.</p>

<p>Армируя бетон тканью вместо стали, можно использовать меньше материала и создавать тонкие и легкие конструкции со значительно меньшим воздействием на окружающую среду. Технология использования текстиля из углеродного волокна уже существует, но, среди прочего, было сложно создать основу для надежных расчетов сложных и сводчатых конструкций. Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции теперь представляют метод, который упрощает масштабирование анализа и, таким образом, облегчает строительство более экологически чистых мостов, туннелей и зданий.</p>

<p>«Большая часть бетона, который мы используем сегодня, выполняет функцию защитного слоя, предотвращающего коррозию стальной арматуры. Если вместо этого мы можем использовать текстильную арматуру, мы сможем сократить расход цемента, а также использовать меньше бетона – и, таким образом, уменьшить воздействие на климат», – говорит Карин Лундгрен, профессор бетонных конструкций на факультете архитектуры и гражданского строительства в Чалмерсе.</p>

<div class= — Test set-up where textile-reinforced concrete is loaded in the construction lab at Chalmers.
Photographer: Chalmers | Sebastian Almfeldt

Test set-up where textile-reinforced concrete is loaded in the construction lab at Chalmers.
Photographer: Chalmers | Sebastian Almfeldt

Снижение выбросов углекислого газа за счет более тонких конструкций и альтернативных связующих.

The pedestrian and bicycle bridge in Albstadt, Germany, is an early example of a textile-reinforced concrete structure. The bridge is about 100 meters long.
Photographer: Udo Jandrey

В недавно опубликованном исследовании в журнале «Строительство и строительные материалы» Карин Лундгрен и ее коллеги описывают новую технику моделирования, которая доказала свою надежность при анализе взаимодействия текстильной арматуры с бетоном.

Одной из областей, где технология текстильного армирования может значительно снизить воздействие на окружающую среду, является строительство арочных перекрытий. Поскольку большая часть воздействия здания на климат во время производства исходит от перекрытий, это эффективный способ более экологичного строительства. Предыдущее исследование Кембриджского университета показало, что текстильное армирование может снизить выбросы углекислого газа до 65 процентов по сравнению с традиционными твердыми полами.