Süsinikbetoon

1880 a patenteeris hr. Joseph Monier raudbetooni, ehk terasvarrasega või taladega betooni tugevdamise. Katsetused algasid varem ja esimese patendi sai Hr. Monier juba 1867 a. terasvõrguga tugevdatud aianduslike künade ja pottide kohta.  Monieri idee oluline punkt oli see, et see ühendas terase ja betooni, et mõlema materjali parimad omadused tõusid esile. Betooni on lihtne vormidaja on märkimisväärne survetugevus, kuid nihketugevus on mõnevõrra puudulik ning tõmbetugevus on märgatavalt nõrk. Betoonist oli välditud talade, tahvlite ja õhukeste seinte valmistamist, kuna selle tõmbetugevuse puudumine oli sellistes tingimustes määranud selle purunemisele. Aga kui betoonplaati tugevdada väikeste terasvarraste võrgustikuga selle alumisel pinnal, kus tekivad tõmbepinged, suureneb selle tugevus tohutult.

Lisaks töötab komposiitmaterjali osad teineteist kaitstes – terase roostetamist kaitseb betooni leeliselisus ja terast omakorda pragunemise eest terase tõmbetugevus. Sealt edasi algas raudbetooni uuringute areng, mis ei ole lõppenud kuni tänaseni.

1990 a algas areng süsinikkiust riide ja sünteetilise vaiguga betooni tugevdamise võimaluse koha pealt. Kiiresti selgus, et antud meetod on sobilik ainult teatud tingimustesse tänu sünteetilise vaigu väikesele kuumuse taluvusele ja võimele mitte veeauru läbi lasta.

Saksamaal viidi aastatel 1999–2011 professor Manfred Curbachi, professor Peter Offermanni, professor Chokri Cherifi ja professor Josef Heggeri algatusel ja juhtimisel läbi põhjalikumaid uuringuid tekstiilbetooni kohta kahes Deutsche Forschungsgemeinschafti koostöökeskuses Dresdenis ja Aachenis.

2006 aastal planeeriti ja tehti esimene sild süsinikbetoonist ja teostai ka esimene süsinikbetooniga kandva betooni parandamine.

2014 a loodi ettevõte CarboCon  Programmi eesmärk on asendada traditsiooniline raudbetoon ehitusmaterjalina süsinikbetooniga, millel on raudbetooni ees mitmeid eeliseid: see on kergem, paindlikum ja tõhusam ning puudub korrosioonioht. Ettevõte tegeleb projektidega, sh. arvestused ja koolitused.

Tänaseks on juba üle 250 teadaoleva süsnikbetooniga tugevdatud või valmistatud ehitise ja käib pidev töö lahenduse laialdasemaks seadustamiseks.

Süsinikbetoon on komposiitmaterjal, mis koosneb kahest kõrgjõudlusega materjalist. Süsinikkiust kangaste või varraste ja peeneteralise betooni uuenduslik kombinatsioon võimaldab samaaegselt oluliselt mitmekesisemaid kujundeid ja suurt kandevõimet. Kangaste ja armatuurvarraste korrosioonikindluse tõttu saab betoonkatte ja seega ka ressursside kasutamist minimeerida. Süsinikbetooni saab kasutada säästva, ressursisäästliku, vähem materjalimahuka ja kergema ehituse jaoks.

Süsinikbetoonis kõrval saab armeerimiseks kasutada ka basalt- ja klaaskiust armatuurmaterjale. Nende materjalide armatuurina kasutamise vorm sõltub suuresti planeeritud kasutusest ja tehnilistest nõuetest. Erineva mõõtmega varrasarmatuur on tõenäoliselt enamikule ehitustööstuses osalejatele teada ja tuttav. Süsinikbetoonis seevastu kasutatakse väga kergeid, kuid suure jõudlusega süsinikust või muudest materjalidest vardaid, võrke ja linte. Võrgud on väga õhukesed võrkstruktuurid, mis on valmistatud erineva tihedusega kiudkiududest, mida toodetakse mitmeastmelistes tootmisprotsessides ja mida saab ehitusplatsidele tarnida rullides või mattides.

Kuna süsinik ei korrodeeru, siis ei vaja kaitsekihti, nagu teras. Seega on võimalik tugevuse suurendamiseks paigaldada võrgu kihte üksteise peale vaid 5 mm peenbetooni kihi järel. Optimaalne on kuni 6 kihti võrku tänu peenbetooni suurepärasele nakkejõule aluspinnaga. Lisaks on võimalikud kombineeringud – hübriidid – varraste ja võrguga, mis lisavad hulgaliselt võimalusi parimate lahenduste saavutamiseks.

Alates raudbetoonist kui kandvast ehitusmaterjalist on see oma kasutuselevõtust alates võimaldanud ehitada olulisi hooneid väga lühikese aja jooksul ja vastupidavate konstruktsioonidega. Raudbetoonkonstruktsioonide kasutusiga jääb aga oma korrosioonitundlikkuse tõttu varasematest ootustest palju maha. Paljud hooned on vaevalt vanemad kui inimesed, kes neid kasutavad. Raudbetoon, mida ehituses igal aastal kasutatakse, on maailmas kõige olulisem ehitusmaterjal.

Betooni kasutamine maailmas pärast vett enimkasutatava ehitusmaterjalina on toonud kaasa suure tooraine ja energia tarbimise. Lisaks on terase hinnad oma mitmekülgse kasutamise tõttu ehituses ja teistes tööstusharudes tohutute kõikumiste all.

Just siin tulebki mängu uus süsinikbetoon. See vähendab materjalide kogutarbimist (õhem kiht) ja asendab terase tõmbetsoonis süsinikkiududest tootega. Kuna süsinik ei roosteta, on terase korrosiooni eest kaitsmiseks vaja vähem betooni. Süsinikbetooni saab kasutada säästva, ressursisäästliku, vähem materjalimahuka ja kergema ehituse jaoks.

Kaal -75%                             Energia -50%                      Maksumus:-30%              Renoveerimise aeg -30%

Samuti eeldatakse, et süsinikbetooni kasutusiga on umbes kaks korda pikem kui terasel, st tublisti üle 100 aasta !

• Säästetakse kuni 80% materjalist (liiv, vesi ja tsement, mõnikord tuleb hakkama saada ilma pinnakaitsesüsteemideta). See on tingitud saledamatest konstruktsioonidest, uusehitiste armatuuri korrosiooni eest kaitsmiseks mõeldud betoonkatte vähendamisest minimaalselt 10 mm-ni 55 mm asemel ning renoveerimise, remondi ja tugevdamise korral betoonkihi minimaalse mõõtmega 15 mm 80 mm asemel.
• kuni 80% vähem CO2 eraldub, kuid see sõltub kasutatavate ressursside hulgast, ökoloogilise betooni kasutamisest ning kohandatud pingutustest laadimise ja transpordi ajal.
• Keskmiselt 50% ja lõpuks kuni 80% laadimise (kahveltõstuk, kraana jne), transpordi (kütus, lastiruum jne) ja ladustamise ressurssidest säästetakse, kuna komponendi kasulik koormus on väiksem.
• Korrosiooni- ja kloriidikindluse tõttu on oodata 200-aastast – seega neli korda pikemat – kasutusiga. 100 aastat on juba kinnituste raames kontrollitud.
• Ehitus-, konstruktsiooni- ja tsiviilehituse lagunenud objekte saab säilitada ja taaselustada, kui muud ehitusmeetodid jõuavad oma toimivuspiirini täiendava kandevõime nõuete või muinsuskaitsealuste hoonete piirangute tõttu.
• Müügiks, üürimiseks või enda tarbeks on võimalik saada kuni 8% rohkem ruumi, kuna netopind on sama brutopõrandapinna juures suurem. Selle tulemusel saab vähendada ehituskulusid kasuliku pinna ruutmeetri kohta. Lisaks toob suurem ruum laos, silos, kaupluses jne kaasa suurema panipaigapinna ja seega madalamad kulud kasuliku mahu kuupmeetri kohta.
• Madalamad hoonekõrgused on saavutatavad, mis viib uute lähenemisviisideni sildade ja jõgede läbipääsude, tunnelite ja garaažide läbipääsukõrguste ning hoonete ruumide kõrguste ehitamisel. Jalgteede ja jalgrattateede alusehitisi võib sellisel kujul säilitada ainult pärast renoveerimist, remonti ja tugevdamist, samas kui uusehitisse saab ehitada lisakorruse.
• Materjalide ja komponentide käsitsemine on palju lihtsam, eriti kerge ja painduva süsinikkiust armatuuri tõttu. Tavaliselt on üks inimene võimeline sellist armatuuri kandma ilma tõsteseadmeteta (kahveltõstuk, kraana jne) ning see lihtsustab ka pea kohal töötamist. Armatuuri lõikamiseks saab kasutada kergeid tööriistu.
• Armatuuri saab samaaegselt kasutada pinnakütte (seina- või põrandaküte) jaoks, kuna see on elektrit juhtiv ja suure takistusega. Samamoodi võib täiendavalt paigaldatud süsinikust armatuur toimida katoodse korrosioonikaitsena.
• Uued disainiesteetikad on võimalikud õhukeste, kõverate või isegi bioonilise kujuga komponentide puhul, mida varem sellises variandis rakendada ei saanud.

Süsnikkiud võrk

Võrktugevdusi valmistatakse tekstiili meetodi abil. Tugevus ja kimbu suurus, ristlõige ning kimpude vaheline kaugus võivad varieeruda. Sõltuvalt immutamisest on matid või võrgud jäigad või kergesti painduvad ning neid saab osta lehtedena, rullidena või individuaalselt konfigureerituna.

See tähendab, et on valida erinevate tugevusega võrkude vahel kas 100% ühes suunas ja ainult 20% ristisuunaliselt või 100% pikisuunaliselt ja 90% ristisuunaliselt. Jäiga ja elastse võrgu vahe on immutusaines. Jäik immutus tagab suurema tugevuse. Elastne lihtsama käsitluse. Ka siin on võimalik kombineerida näiteks nurkade tugevdamiseks eelpainutatud jäika ja lisaks elastset võrku.

Süsnikkiud vardad

Süsinikkiust vardad on erineva läbimõõduga ja erineva pinna profiiliga. tõmbejõud on võrreldes terasega u. 4-6 korda suuremad, ehk saab kasutada peenemaid läbimõõtusid ja väikest kaitsekihti.